RU2697907C2

RU2697907C2 - Controlled axial-piston hydraulic machine

Info

Publication number: RU2697907C2
Application number: RU2018102069A
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Стажков; Антон Олегович Кузьмин; Пётр Иванович Валиков
Priority date: 2018-01-18
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2019-08-21
Also published as: RU2018102069A3; RU2018102069A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to hydraulic machine building and can be used in volumetric hydraulic drive of running and process equipment of process machines. Adjustable axial-piston hydraulic machine consists of a housing in which a cylinder block is rigidly connected to the shaft by means of a splined joint. Piston mechanisms are arranged in cylindrical bores of cylinder block to make boreholes with borings, which are hydraulically communicated via holes in cylinder block with distributor chambers, which, in their turn, are connected with hydraulic lines of hydraulic machine. Cavities of the distributor are separated by bridges. On the other side piston mechanisms rest on support discs. On the support discs identical gear rims are installed, which form identical gears connected to the control roller fixed in the hydraulic machine body.

EFFECT: enlarging functional capabilities of axial-piston hydraulic machine due to possibility of smooth control of angular speed in motor mode or liquid flow rate in pump mode without occurrence of hydraulic shocks in under-piston chambers.

1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в объемном гидроприводе ходового и технологического оборудования технологических машин.The present invention relates to hydraulic engineering and can be used in a volumetric hydraulic drive of running and technological equipment of technological machines.

Известна аксиально-поршневая гидромашина, патент РФ №2031241, содержащая корпус с размещенными в нем наклонным опорным диском и блоком цилиндров, в цилиндрических расточках которого расположены поршни с образованием подпоршневых полостей, каждый их которых имеет шарнир, центр которого расположен на наклонной оси, направленной по нормали к поверхности наклонного диска, пересекающей ось поршня и проходящей через опорную поверхность цилиндровых расточек блока цилиндров при любом положении поршня относительно блока цилиндров, и на котором установлен башмак, опертый на поверхность наклонного диска, с гидростатической камерой на опорной поверхности, при этом в поршне и в башмаке имеются каналы для гидравлической связи гидростатической камеры с подпоршневой полостью, отличающаяся тем, что шарнир выполнен цилиндрическим с осью, расположенной перпендикулярно плоскости наклона опорного диска, а на поверхности поршня в плоскостях, параллельных опорной плоскости наклонного диска, выполнены две кольцевые наклонные канавки, при этом первая канавка гидравлически связана с подпоршневой полостью, вторая канавка расположена перед первой со стороны наклонного диска и гидравлически связана с корпусом, при этом точка пересечения оси поршня и наклонной оси расположена в середине промежутка между канавками по оси поршня, причем обе канавки расположены внутри цилиндрической расточки при любом положении поршня относительно цилиндрового блока.Known axial piston hydraulic machine, RF patent No. 2031241, comprising a housing with an inclined support disk and a cylinder block disposed in it, the pistons in the cylindrical bores of which form piston cavities, each of which has a hinge, the center of which is located on an inclined axis directed along normal to the surface of the inclined disk, intersecting the axis of the piston and passing through the supporting surface of the cylinder bores of the cylinder block at any position of the piston relative to the cylinder block, and on which a shoe is mounted, supported on the surface of the inclined disk, with a hydrostatic chamber on the supporting surface, while in the piston and in the shoe there are channels for hydraulic connection of the hydrostatic chamber with the under-piston cavity, characterized in that the hinge is made cylindrical with an axis located perpendicular to the plane of inclination of the supporting disk and on the piston surface in planes parallel to the supporting plane of the inclined disk, two annular inclined grooves are made, while the first groove is hydraulically connected to the support a cavity, the second groove is located in front of the first from the side of the inclined disk and is hydraulically connected to the housing, while the intersection point of the piston axis and the inclined axis is located in the middle of the gap between the grooves along the piston axis, both grooves are located inside the cylindrical bore at any position of the piston relative to the cylinder block.

Недостатком данной аксиально-поршневой гидромашины является отсутствие возможности ее регулирования с целью улучшения и расширения ее функциональных возможностей, обусловленных тем, что конструкция поршня не позволяет изменять угол наклона опорного наклонного диска (шайбы). Таким образом, возникает проблема изменения рабочего объема гидромашины и, как следствие, проблема управления угловой скоростью гидромашины (в моторном режиме) или расходом жидкости (в насосном режиме).The disadvantage of this axial piston hydraulic machine is the lack of the possibility of its regulation in order to improve and expand its functionality, due to the fact that the piston design does not allow changing the angle of inclination of the support inclined disk (washer). Thus, the problem arises of changing the working volume of the hydraulic machine and, as a result, the problem of controlling the angular velocity of the hydraulic machine (in the motor mode) or the flow rate of the liquid (in the pump mode).

Для решения проблемы управления такой гидромашиной можно использовать техническое решение, описанное в патенте BS 14695 С1 2011.08.30, в котором описана аксиально-поршневая гидромашина, содержащая корпус, блок цилиндров, установленный с возможностью вращения на неподвижном валу, закрепленном в корпусе, две группы поршней в блоке цилиндров, взаимодействующих своими сферическими головками с башмаками двух наклонных шайб и образующих рабочие полости, соединенные попарно и связанные радиальными каналами в блоке цилиндров с полостями полукольцевых пазов, выполненных на образующей поверхности неподвижного вала и соединенных с подводящим и отводящим каналом, отличающаяся тем, что наклонные шайбы установлены в подшипниковых узлах с возможностью поворота в одной плоскости относительно оси гидромашины на угол от 0 до 180°, при этом каждая наклонная шайба оснащена зубчатым венцом червячного зацепления, взаимодействующим с червяком, установленным в подшипниковом узле в корпусе и приводимым во вращение от вала автономного двигателя, каждая наклонная шайба выполнена с возможностью поворота при крайнем фиксированном положении второй наклонной шайбы. Эта машина относится к регулируемым аксиально-поршневым гидромашинам, так как содержит механизм, предназначенный для обеспечения плавного управления угловой скоростью в моторном режиме или расходом рабочей жидкости в насосном режиме.To solve the problem of controlling such a hydraulic machine, you can use the technical solution described in patent BS 14695 C1 2011.08.30, which describes an axial piston hydraulic machine containing a housing, a cylinder block mounted for rotation on a fixed shaft mounted in the housing, two groups of pistons in the cylinder block, interacting with their spherical heads with the shoes of two inclined washers and forming working cavities connected in pairs and connected by radial channels in the cylinder block with half-ring cavities x grooves made on the forming surface of the fixed shaft and connected to the input and output channels, characterized in that the inclined washers are mounted in the bearing units with the possibility of rotation in the same plane relative to the axis of the hydraulic machine at an angle from 0 to 180 °, while each inclined washer is equipped a worm gear ring interacting with a worm mounted in a bearing assembly in a housing and driven into rotation from a shaft of an autonomous engine, each inclined washer is rotatable ota under extreme fixed position second swashplate. This machine belongs to adjustable axial piston hydraulic machines, as it contains a mechanism designed to provide smooth control of the angular velocity in the motor mode or the flow rate of the working fluid in the pump mode.

Недостатком известной аксиально-поршневой гидромашины является то, что «каждая наклонная шайба выполнена с возможностью поворота при крайнем фиксированном положении второй наклонной шайбы», что в свою очередь приводит к возникновению гидравлического удара, приводящего к ее неработоспособности при переходе отверстия, соединяющего подпоршневое пространство с распределителем, через уплотнительную перемычку распределителя. Это происходит потому, что в данный момент поршень со стороны установленного в «крайнее фиксированное положение» опорного диска имеет нулевую скорость, а поршень со стороны развернутого опорного диска совершает поступательное движение, и рабочая жидкость в момент перекрытия отверстия, гидравлически связывающего полость цилиндровой расточки с распределителем, вытесняется из этой полости.A disadvantage of the known axial piston hydraulic machine is that “each inclined washer is rotatable with the extreme fixed position of the second inclined washer”, which in turn leads to the occurrence of water hammer, which leads to its inoperability when the hole passes connecting the piston space with the distributor , through the sealing jumper of the distributor. This is because at the moment the piston from the side of the support disk set to the “extreme fixed position” has zero speed, and the piston from the side of the deployed support disk is translational, and the working fluid at the moment of closing the hole hydraulically connecting the cavity of the cylinder bore to the distributor displaced from this cavity.

Иначе говоря, если наклонные шайбы развернуты не на одинаковый угол относительно «крайнего фиксированного положения» (как описано в патенте BS 14695 С1 2011.08.30), то в этом случае, в момент перекрытия уплотнительными перемычками распределителя отверстий, соединяющих подпоршневые пространства с распределителем, поршневые механизмы совершают движение с разной скоростью. Это в свою очередь приводит к изменению объема подпоршневых пространств, и, как следствие, к возникновению гидравлических ударов и неработоспособности гидромашины.In other words, if the inclined washers are not rotated at the same angle relative to the “extreme fixed position” (as described in patent BS 14695 C1 2011.08.30), then in this case, when the sealing bridges overlap the distributor of holes connecting the piston spaces with the distributor, the piston mechanisms move at different speeds. This in turn leads to a change in the volume of the piston spaces, and, as a result, to the occurrence of hydraulic shocks and the inoperability of the hydraulic machine.

Задачей заявляемого изобретения является разработка конструкции АПГ с механизмом регулирования, обеспечивающим плавное управление угловой скоростью гидромашины (в моторном режиме) или расходом жидкости (в насосном режиме).The objective of the invention is the development of the design of the APG with a control mechanism that provides smooth control of the angular speed of the hydraulic machine (in motor mode) or fluid flow (in pump mode).

Выполнение задачи достигается тем, аксиально-поршневая гидромашина, содержащая корпус, блок цилиндров, закрепленный на приводном валу, установленном в корпусе в подшипниковых опорах, две группы поршневых механизмов, опирающихся на наклонные шайбы и образующие в блоке цилиндров рабочие полости, соединенные попарно и связанные радиальными каналами с полостями полукольцевых пазов цапфенного распределителя, соединенными с подводящим и отводящим каналами гидромашины, наклонные шайбы, установленные в подшипниковых опорах с возможностью поворота в одной плоскости относительно оси гидромашины и оснащенные зубчатыми венцами, имеет установленный в корпусе управляющий валик. Валик кинематически связан с зубчатыми венцами наклонных шайб посредством зубчатого механизма. Зубчатый механизм, в свою очередь, обеспечивает синхронный поворот наклонных шайб друг относительно друга на один и тот же угол в противоположные стороны при повороте управляющего валика. Это приводит к тому, что в момент перехода отверстия, соединяющего подпоршневое пространство с распределителем, через уплотнительную перемычку распределителя объем подпоршевого пространства не изменяется, что в свою очередь не приводит к возникновению гидравлического удара.The task is achieved by the fact that an axial piston hydraulic machine comprising a housing, a cylinder block mounted on a drive shaft mounted in a housing in bearing bearings, two groups of piston mechanisms based on inclined washers and forming working cavities in the cylinder block, connected in pairs and connected by radial channels with cavities of half-ring grooves of a trunnion distributor connected to the inlet and outlet channels of the hydraulic machine, inclined washers installed in bearing bearings with the possibility of ovor in one plane relative to the axis of the hydraulic machine and equipped with gear rims, has a control roller installed in the housing. The roller is kinematically connected with the gear rims of the inclined washers by means of a gear mechanism. The gear mechanism, in turn, provides simultaneous rotation of the inclined washers relative to each other at the same angle in opposite directions when the control roller is rotated. This leads to the fact that at the moment of passage of the hole connecting the sub-piston space to the distributor through the sealing jumper of the distributor, the volume of the sub-piston space does not change, which in turn does not lead to the occurrence of a water hammer.

Техническим результатом такой конструкции является расширение функциональных возможностей гидромашины за счет плавного управления угловой скоростью в моторном режиме или расходом жидкости в насосном режиме без возникновения гидравлических ударов в подпоршневых полостях.The technical result of this design is to expand the functionality of the hydraulic machine due to the smooth control of the angular velocity in the motor mode or the fluid flow in the pump mode without the occurrence of hydraulic shocks in the piston cavities.

Заявляемое техническое решение поясняется иллюстрациями. На фиг. 1 показано сечение гидромашины А-А при расположении наклонных шайб, обеспечивающем нулевую угловую скорость (в моторном режиме) или нулевой расход рабочей жидкости (в насосном режиме), на фиг. 2 показано сечение гидромашины Б-Б, на фиг. 3 показано сечение гидромашины А-А при расположении наклонных шайб, обеспечивающем максимальную угловую скорость (в моторном режиме) или максимальный расход рабочей жидкости (в насосном режиме). На фиг. 1 и 3 показан вариант конструктивного исполнения механизма регулирования гидромашины, при котором управляющее воздействие передается от управляющего валика через конические и цилиндрические зубчатые передачи к зубчатым венцам наклонных шайб. На фиг. 4 показаны возможные варианты исполнения механизма регулирования гидромашины, при которых воздействие от управляющего валика передается к зубчатым венцам наклонных шайб посредством цилиндрической зубчатой (фиг. 4а) или червячной передачи (фиг. 4б).The claimed technical solution is illustrated by illustrations. In FIG. 1 shows a section of a hydraulic machine AA with the arrangement of inclined washers providing zero angular velocity (in the motor mode) or zero flow rate of the working fluid (in the pump mode), FIG. 2 shows a cross section of the hydraulic machine BB, in FIG. Figure 3 shows the cross section of the hydraulic machine AA with the location of inclined washers, providing the maximum angular speed (in the motor mode) or the maximum flow rate of the working fluid (in the pump mode). In FIG. Figures 1 and 3 show an embodiment of the control mechanism of the hydraulic machine, in which the control action is transmitted from the control roller via bevel and spur gears to the gear rims of the inclined washers. In FIG. 4 shows possible versions of the control mechanism of the hydraulic machine, in which the action from the control roller is transmitted to the gear rims of the inclined washers by means of a cylindrical gear (Fig. 4a) or a worm gear (Fig. 4b).

Регулируемая аксиально-поршневая гидромашина состоит из корпуса 1 (фиг. 1, 2, 3), в котором на подшипниках 2 и 3 (фиг. 2, 3) установлен блок цилиндров 4, жестко связанный с валом 5 посредством шлицевого соединения. В цилиндрических расточках блока цилиндров 4 расположены поршневые механизмы 6, образующие с расточками рабочие полости 7, которые через радиальные каналы 8 в блоке цилиндров 4 могут гидравлически сообщаются с полостями 9 распределителя 10, которые, в свою очередь, связаны с подводящими и отводящими каналами 11 гидромашины. Полости 9 распределителя 10 разделены перемычками 12. С другой стороны поршневые механизмы 6 опираются на наклонные шайбы 13 и 14. Установленные на наклонных шайбах одинаковые зубчатые венцы 15 и 16 через одинаковые передачи 17 и 18 кинематически связаны с установленным в корпусе гидромашины управляющим валиком 19. Расположение валика определяется компоновочными требованиями и конструкцией гидромашины.The adjustable axial piston hydraulic machine consists of a housing 1 (Fig. 1, 2, 3), in which a cylinder block 4 is mounted on bearings 2 and 3 (Fig. 2, 3), rigidly connected to the shaft 5 by means of a spline connection. Piston mechanisms 6 are located in the cylindrical bores of the cylinder block 4, which form working cavities 7 with the bores, which through the radial channels 8 in the cylinder block 4 can hydraulically communicate with the cavities 9 of the distributor 10, which, in turn, are connected with the inlet and outlet channels 11 of the hydraulic machine . The cavities 9 of the distributor 10 are separated by jumpers 12. On the other hand, the piston mechanisms 6 are supported by inclined washers 13 and 14. The identical gear rims 15 and 16 mounted on the inclined washers are kinematically connected via the same gears 17 and 18 to the control roller 19 installed in the hydraulic machine body. the roller is determined by the layout requirements and design of the hydraulic machine.

Работа гидромашины в насосном режиме осуществляется следующим образом.The operation of the hydraulic machine in pumping mode is as follows.

В случае если наклонные шайбы расположены таким образом, как показано на рис. 1, то есть плоскости наклонных шайб 13 и 14, на которые опираются поршневые механизмы 6, параллельны, то при вращении блока цилиндров 4, установленного с помощью шлицевого соединения на валу 5 гидромашины, поршневые механизмы 6, расположенные в одной и той же цилиндрической расточке, совершают движение в одну и ту же сторону с одинаковой скоростью при полном обороте блока цилиндров 4. При этом подпоршневое пространство сохраняет постоянный объем, и рабочая жидкость не перекачивается из одной полости распределителя 9 в другую. В моторном режиме вал гидромашины 5 имеет нулевую скорость, а в насосном - расход жидкости равен нулю. То есть реализуется «холостой» ход гидромашины.If the inclined washers are located in such a way as shown in fig. 1, that is, the planes of the inclined washers 13 and 14, on which the piston mechanisms 6 are supported, are parallel, then when the cylinder block 4 is installed by means of a spline connection on the shaft 5 of the hydraulic machine, the piston mechanisms 6 located in the same cylindrical bore, they move in the same direction at the same speed with a complete revolution of the cylinder block 4. At the same time, the piston space maintains a constant volume, and the working fluid is not pumped from one cavity of the distributor 9 to another. In the motor mode, the shaft of the hydraulic machine 5 has zero speed, and in the pump mode, the fluid flow is zero. That is, the idle stroke of the hydraulic machine is realized.

В случае если наклонные шайбы 13 и 14 расположены таким образом, как показано на рис. 3, то есть по сравнению с рис. 1 развернуты друг относительно друга на угол 90 градусов в противоположном направлении, то при вращении блока цилиндров, поршневые механизмы 6, расположенные в одной и той же цилиндрической расточке, совершают встречное или расходящееся движение с одинаковой скоростью, осуществляя вытеснение или забор рабочей жидкости из полостей распределителя 9, тем самым обеспечивая либо максимальную угловую скорость вращения вала 5 (в моторном режиме), либо максимальный расход рабочей жидкости в насосном режиме. При этом в момент перекрытия перемычками 12 радиальных каналов 8 поршневые механизмы 6 имеют нулевую скорость, что предотвращает возникновение гидравлического удара в подпоршневом пространстве.If the inclined washers 13 and 14 are located in such a way as shown in fig. 3, i.e., in comparison with fig. 1 are rotated relative to each other at an angle of 90 degrees in the opposite direction, then when the cylinder block rotates, the piston mechanisms 6 located in the same cylindrical bore make oncoming or diverging movement at the same speed, displacing or withdrawing the working fluid from the distributor cavities 9, thereby ensuring either the maximum angular velocity of rotation of the shaft 5 (in the motor mode) or the maximum flow rate of the working fluid in the pump mode. Moreover, at the moment of overlapping by the jumpers 12 of the radial channels 8, the piston mechanisms 6 have zero speed, which prevents the occurrence of a water hammer in the under-piston space.

В случае если наклонные шайбы 13 и 14 синхронно развернуты в противоположные стороны на одинаковый угол в пределах от 0 до 90 градусов, то в момент перекрытия перемычками 12 радиальных каналов 8, поршневые механизмы 6 совершают движение в одном и том же направлении с одинаковой скоростью. При этом подпоршневое пространство сохраняет постоянный объем и гидравлический удар не возникает.If the inclined washers 13 and 14 are synchronously turned in opposite directions at the same angle in the range from 0 to 90 degrees, then at the moment of overlapping by the jumpers 12 of the radial channels 8, the piston mechanisms 6 move in the same direction at the same speed. At the same time, the piston space maintains a constant volume and water hammer does not occur.

Таким образом, в данном случае регулирование скорости гидромотора или подачи гидронасоса можно осуществить с помощью установки управляющего валика 19, кинематически связанного с наклонными шайбами посредством одного из показанных в качестве возможных примеров на фиг. 1, 3 и 4 механизмов, обеспечивающих синхронный поворот наклонных шайб 13 и 14 друг относительно друга на один и тот же угол в противоположные стороны.Thus, in this case, the regulation of the speed of the hydraulic motor or the hydraulic pump feed can be carried out by installing a control roller 19 kinematically connected to the inclined washers by means of one of the examples shown as possible examples in FIG. 1, 3 and 4 mechanisms that provide synchronous rotation of the inclined washers 13 and 14 relative to each other at the same angle in opposite directions.

Предлагаемое техническое решение расширяет функциональные возможности аксиально-поршневой гидромашины за счет возможности плавного управления угловой скоростью в моторном режиме или расходом жидкости в насосном режиме без возникновения гидравлических ударов в подпоршневых полостях.The proposed technical solution expands the functionality of the axial piston hydraulic machine due to the possibility of smooth control of the angular velocity in the motor mode or fluid flow in the pump mode without the occurrence of hydraulic shock in the piston cavities.

Claims

An adjustable axial piston hydraulic machine comprising a housing, a cylinder block mounted on a drive shaft mounted in a housing in bearing bearings, two groups of piston mechanisms based on inclined washers and forming working cavities in the cylinder block, connected in pairs and connected by radial channels in the cylinder block with cavities of half-ring grooves of a trunnion distributor, connected to the inlet and outlet channels of the hydraulic machine, inclined washers mounted in bearing bearings with the possibility of rotation from one in the same plane relative to the axis of the hydraulic machine and equipped with gear rims, characterized in that a control roller is installed in the housing kinematically connected to the gear rims of the inclined washers by means of a mechanism that synchronously rotates the inclined washers relative to each other at the same angle in opposite directions when turning the control roller.