Планетарная цилиндролопастная гидромашина

Реферат

 

Использование: в машиностроении, в частности, в гидроприводах машин и оборудования в качестве насосов и гидромоторов. Сущность изобретения: гидромашина содержит корпус с рабочими лопастями, установленный в корпусе ротор с цилиндрическими планетарными замыкателями, лопасти-вытеснители с клапанами подвода и отвода рабочей жидкости, расположенными в лопастях, зубчатый синхронизатор вращения ротора и замыкателей, расположенный в рабочей полости и выполненный уплотняющим. Подводящие и отводящие клапаны лопастей сообщены кольцевыми каналами. Зубчатый синхронизатор выполнен с полнопрофильными зубьями, расположенными вне рабочей полости, а в рабочей полости - участки со срезанными по высоте зубьями. Уплотнения линий контакта лопастей, замыкателей ротора включают ролики, ползушки, Г-образные-пластины, прямолинейные участки гипоциклоиды, накладки. Ротор и замыкатели гидравлически разгружены. Вариант выполнения ротора из двух кривошипов, вкладышей и дисков. 13 з.п. ф-лы, 20 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к гидромашинам объемного действия. Оно может быть использовано в гидроприводах, насосах, гидромоторах и т.д.

Конструкции машины объемного действия для перекачивания жидкости или для получения крутящего момента известны. Известны ролико-лопастные машины, где осуществляется взаимодействие вытеснителей /лопастей/ и замыкателей с рабочими поверхностями цилиндрической формы /SV N 486995, F 04 С 2/14, 1974/.

Недостатком этих технических решений является значительная переточка жидкости между соприкасающимися элементами и громоздкость.

Более близким к изобретению является конструкция роликолопастной гидромашины, содержащая корпус с лопастями, установленный в корпусе ротор с цилиндрическими замыкателями, зубчатый синхронизатор, торцевые крышки и каналы подвода и отвода рабочей среды (FR, N 2372975, 04 С 13/00, 1976/.

Однако такая конструкция не позволяет оптимизировать габариты гидромашины и обеспечить надежную ее герметизацию.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков ролико-лопастной машины и такое выполнение планетарно-лопастной гидромашины, которое позволило бы не только обеспечить высокий объемный КПД, но и значительно увеличить производительность гидромашины.

Технический результат достигается тем, что конструкция гидромашины содержит корпус с лопастями, установленный в корпусе ротор с цилиндрическими замыкателями и зубчатый синхронизатор. Имеются также каналы подвода и отвода рабочей среды, а корпус закрыт торцевыми крышками.

Каналы подвода и отвода рабочей среды выполнены в самих лопастях, которые при этом своими концевыми цилиндрическими поверхностями контактируют с поверхностями вращающегося ротора, в то время как боковые поверхности лопастей контактируют с замыкателями, что практически сводит к минимуму переточку рабочей среды через зазоры этих контактных связей. Зубчатый синхронизатор размещен в рабочей повести, выполнен уплотняющим и состоит из зубчатых венцов замыкателей, сцепленных с соответствующими частями зубчатого венца на внутренней поверхности полого корпуса.

Подводящие и отводящие каналы лопастей сообщены кольцевыми каналами, выполненными в общем коллекторе. К особенностям относится и частный случай решения зубчатого синхронизатора, когда последний состоит из зубчатого венца на трубчатом цилиндрическом замыкателе, сцепленного с шестерней, размещенной вне рабочей полости, при этом длина зуба шестерни должна быть вдвое больше длины зуба, который образует венец на трубчатом цилиндрическом замыкателе. К таким же частным случаям выполнения предлагаемой гидромашины следует отнести и то, что она может быть снабжена роликами, каждый из которых установлен на осевой линии вращающегося замыкателя и контактирует с концевой цилиндрической поверхностью лопасти. Причем выполнение этого ролика должно быть таким, чтобы он обладал уплотняющим качеством, практически исключая перетечку жидкости через зазор. Этой же цели должно служить и размещение по периферии полости упругих, но достаточно жестких накладок, прижимаемых давлением рабочей среды к поверхностям замыкателей.

По одному из вариантов предложения предусматривается выполнение на каждой из лопастей прямолинейных участков для непрерывного плотного контакта кромок замыкателей при обкатке последних по внутреннему зубчатому венцу корпуса машины. При этом учитывается, что в случае, когда средние диаметры зубчаток относятся как 2:1, участок гипоциклоиды представляет собой отрезок прямой линии. Еще одна особенность решения позволяет по бокам каждой лопасти установить подпружиненные ползушки, которые в другом варианте могут быть заменены уплотнительными подпружиненными пластинками Г-образного сечения, отжимаемыми кромками замыкателей в тангенциальном направлении, которые также устанавливаются на обеих кромках каждой лопасти.

Следующей частной особенностью предложенной гидромашины является конструктивное решение ротора, который может быть составлен из двух кривошипов и двух вкладышей, установленных на штифтах и стянутых с помощью резьбового соединения. Можно при этом сделать так, чтобы трубчатые замыкатели были установлены на шейках этих кривошипов, которые таким образом выполняют функцию осей вращения замыкателей. При этом зубчатые венцы замыкателей могут иметь участки с однопрофильными зубьями, размещенные вне рабочей полости, а в рабочей полости участки со срезанными по высоте зубьями. Можно также зубья колеса и шестерни /замыкателя/ выполнить модифицированными, с участком наращенной высоты зуба и увеличенной впадиной в ответной зубчатке.

Еще одним вариантом предлагаемой гидромашины предусматривается возможность размещать разгрузочные карманы на цилиндрических поверхностях осей замыкателей и для подвода рабочей среды сообщать эти карманы с отверстиями в трубчатых замыкателях.

Предусмотрено также каждую лопасть и каждую накладку выполнять из двух симметричных половин с целью создания условий, когда в зазоры между этими половинами проходит рабочая среда высокого давления, раздвигающая половины, способствуя уплотнению зазоров между лопастями и ротором, лопастями и замыкателями.

Наконец, для повышения производительности гидромашина может быть выполнена, например, с шестью замыкателями, размещенными симметрично центру или ротор может иметь три сооснопарных гнезда, в каждом из которых установлено по одному замыкателю, относящемуся к одной рабочей полости, причем оба замыкателя жестко соединены таким образом машина имеет и две рабочие полости.

На прилагаемых чертежах планетарная цилиндро-лопастная гидромашина согласно изобретению показана схематически. Общий вид машины продольный разрез Б-Б дан на фиг.1, фиг.2 поперечный ее разрез А-А. Схема разделения потока /в развертке/ на два потока, циркулирующих в каждой рабочей камере, показана на фиг.3.

Следующая фиг.4 относится к одному из вариантов решения задачи взаимодействия замыкателей с лопастями, когда ролики установлены на осевых линиях вращающихся замыкателей и контактируют с цилиндрическими по форме поверхностями на концах лопастей. Фиг.4 позволяет понять конструктивное решение машины с установленными по бокам лопасти ползушками, а фиг.5 изображает другое частное решение гидромашины, когда взамен ползущей на обеих кромках каждой лопасти установлены подпружиненные пластины Г-образного сечения, отжимаемые кромками замыкателей в тангенциальном направлении.

Фиг. 6 и 7 необходимы для понимания конструктивного решения задачи гидравлической разгрузки трубчатых замыкателей и представляют собой продольный разрез узла с разгрузочными карманами /фиг.6/ и поперечный разрез В-В с фиг. 6.

Вариант зубчатого синхронизатора, состоящего из зубчатого венца на трубчатом цилиндрическом замыкателе, сцепленного с шестерней, размещенной вне рабочей полости, представлен на фиг.8 продольный разрез Д-Д с фиг.9, на фиг. 9 поперечный разрез Г-Г с фиг.8.

Фиг.10 и фиг.11 необходимы для пояснения случая, когда гидромашина выполнена с ротором, составленным из двух кривошипов и двух вкладышей. Здесь фиг.10 представляет собою продольный разрез Е-Е гидромашины с фиг.11, а фиг. 11 поперечный разрез Ж-Ж с фиг.10. Из этих же фигур понятно положение и характер движения участков зубчаток с полнопрофильными и срезанными зубьями.

Выполнение зубьев модифицированными поясняется схемой на фиг.12 /после фиг.17/, а выполнение лопастей и накладок из двух симметричных половин показано на фиг.13 и 14, где первая является продольным разрезом по ломаной З-3 с фиг. 14, а фиг.14 поперечный разрез И-И с фиг.13 /без верхнего штуцера/. Фиг.14 изображает вариант выполнения гидромашины с шестью замыкателями.

На фиг. 15,16,17 представлен еще один вариант выполнения гидромашины с шестью замыкателями но уже по три замыкателя в каждой из двух полостей. Фиг. 15 представляет собою продольный разрез такой гидромашины, фиг.16 и 17 - поперечные разрезы К-К и Л-Л с фиг.15.

Наконец Фиг.18,19 и 20 необходимы для пояснения работы гидромашины. Первые две из этих фигур являются последовательными изображениями двух моментов взаиморасположения лопасти и замыкателя при обходе замыкателем выступающего конца лопасти и при наличии соосного с замыкателем ротора и подпружиненных ползушек.

Фиг.20 схема обкатки лопастей кромками замыкателей.

Согласно изобретению планетарная цилиндро-лопастная гидромашина /фиг.1/ имеет корпус 1 с торцевыми крышками 2 и 3. В корпусе 1 установлен коллектор 4 с лопастями 5 и 6 /фиг.3/, которые размещены симметрично друг другу. В лопастях выполнены каналы 7 подвода и 8 отвода рабочей среды. Соосно с корпусом 1 в нем установлен ротор 9 в котором выбраны гнезда 10 для размещения в них трубчатых замыкателей 11. На последних выполнены зубья 12 /фиг.2/, сцепленные с зубьями 13 участков коронной шестерни 14, что при соотношении числа зубьев замыкателя и коронной шестерни 1:2 обеспечивает синхронное вращение замыкателей и ротора. Шейки 15 замыкателей оперты на шарикоподшипники 16. Дуговой цилиндрический участок 17 на конце лопасти 5 /фиг.2/ контактирует с дуговой поверхностью выемки в теле стержня 18, который имеет на своем левом конце фиксационную головку а на другом гайку 19, и является соосным с замыкателем 11. Для осевой фиксации замыкателей 11 относительно лопастей 5 и 6 в замыкателях выполнены проточки, в которые вставлены кольца 20. Гайками 19 и штифтом 21 к ротору 9 прикреплена крышка 22 с шейкой 23. Ротор установлен на шарикоподшипниках 24 и 25.

В целях разгрузки ротора 9 и подшипников 24 и 25 конструкция гидромашины выполнена симметричной относительно продольной вертикальной плоскости. При подаче и отводе рабочей среды через каналы 7 и 8 обе рабочие камеры 26 и 27 находятся в одинаковых условиях.

Каналы 7 и 8 лопастей 5 и 6 сообщены попарно с входными 28 и сливным 29 штуцерами, а также с выточками 30 и 31 коллектора 4. От радиального перемещения лопасти фиксируются упругими кольцами 32.

Ряд следующих элементов, предусмотренных конструкцией гидромашины, согласно изобретению, относится к частным решениям этой машины. Так, на осевых линиях вращающихся замыкателей 11 могут устанавливаться ролики 33 меньшего диаметра, контактирующие как с цилиндрическим концом 17 лопасти 5, так и с соответствующей выемкой в замыкателе 11 /фиг.4/. Кроме того, по периферии полостей 26 и 27 размещаются упругие накладки 34, прижимаемые давлением рабочей среды к поверхностям замыкателей 11. Перемещение накладок 34 ограничивается штифтами 35, проходящими через коллектор 4. На каждой из лопастей 5 и 6 по ее бокам могут устанавливаться ползушки 36, подпружиненные упругими коромыслами 37. В другом варианте в качестве таких ползушек могут применяться уплотнительные подпружиненные пластины 38 Г-образного сечения, отжимаемые кромками 39 замыкателей 11 в тангенциальном направлении /фиг.5/.

В еще одном варианте выполнения гидромашины по изобретению для гидравлической разгрузки трубчатого замыкателя 11 на цилиндрической поверхности неподвижного стержня 18 выполнены два продольных симметричных разгрузочных кармана 40, ограниченных перемычками 41, а на поверхности замыкателя 11 два кольцевых разгрузочных кармана 42. Суммарные площади разгрузочных карманов 40 и 42 равны между собой. Соединение карманов с рабочими полостями осуществляется отверстиями 43, причем размещены карманы таким образом, чтобы в момент перехода одной пары отверстий 43 через линию уплотнения замыкателя 11 последующая пара отверстий 43 вступала в действие.

Предусмотрен и такой вариант решения гидромашины по изобретению, согласно которому зубчатый синхронизатор включает в себя зубчатый венец 45 /фиг. 8,9/ на трубчатом цилиндрическом замыкателе 11, сцепленный с шестерней 44, размещенной вне рабочих полостей, при этом длина зуба шестерни 44 вдвое больше длины зуба 45 на одном из венцов трубчатого замыкателя 11, другой венец /на фиг.8 не показан/ имеет зуб такой же длины, но размещен в противоположном секторе внутренней окружности, образуемой коллектором 4 /фиг.8/, и смещен вдоль оси гидромашины относительно участка с шестерней 44.

Решена и задача обеспечения непрерывного плотного контакта кромок 39 замыкателя 11 /фиг.5 и 9/ при обкатке ими лопастей. Для этого на каждой из лопастей 5 и 6 выполняются прямые участки 46, по которым и скользит кромка 39 замыкателя при обкатке, поскольку при соотношении диаметров средних линий взаимодействующих зубчаток 1:2 точка на конце кромки 39 движется по гипоциклоиде, имеющей в таких условиях вид участка прямой.

По следующему варианту выполнения гидромашины согласно изобретению основой ротора являются /фиг.10 и 11/ два кривошипа: кривошип 47 с цапфой 48, вращаемый на валу 49 с шарикоподшипником 50, и кривошип 51 с опорой 52, вращающийся в шарикоподшипнике 53. Шейки 54 кривошипов с гайками 55 являются опорами трубчатых замыкателей 11. Ротор в этой конструкции гидромашины включает вкладыши 56 и диски 57 со втулками 58, фиксированные штифтами 59. На замыкателе 11 выполнен полнопрофильный зубчатый венец 45, ограниченный втулкой 58, и полупрофильные зубья 59 /фиг.11/. Шестерня 14 коллектора 4, ограниченная упорами 61 крышек 2 и 3, выполнена шире рабочей полости 62 гидромашины. В средние окна 63 шестерни 14 установлены лопасти 5 с каналами 7 и 8, фиксированные в окнах 63 штифтами 64.

Предусмотренное по одному из вариантов гидромашины исполнение лопастей и накладок в виде двух симметричных половин 65 и 66 лопасти, 67 и 68 накладки показано на фигурах 13 и 14 чертежей. Имеются уплотнительные кольца 69 и 71, а также стопорное кольцо 70 и гайка 72, стягивающая составные части ротора Конструктивное решение гидромашины, у которой ротор имеет три соосных гнезда, в каждом из которых установлено по два замыкателя 11, относящемуся поочередно к одной рабочей полости /обозначена одна из них позиция 75/, дана на фиг. 15,16,17, две последние из которых являются разрезами К-К и Л-Л с фиг. 15. Оба замыкателя 11 в этой конструкции жестко соединены муфтой 73 и фиксированы кольцами 74.

Заканчивая описание состава гидромашины следует указать, что зубья 13 колеса и зубья 12 /фиг.1.2/ шестерни /замыкателя/ 11 могут быть выполнены модифицированными, как это показано на фиг.12. Относительно делительной окружности 0,02 зубья 19 выполняются срезанными на величину -h, в этом случае впадины 76 зубьев замыкателей делаются глубже на ту же величину +h.

Гидромашина по изобретению обратима и может работать в режимах как насоса, так и гидромотора.

В режиме насоса. При вращении ротора 9 замыкатели 11 совершают планетарное движение, обкатывая лопасти 5 и 6 за счет сцепления зубчатой пары 12 и 13. При этом за один планетарный оборот каждый замыкатель 11 /кроме случаев, когда замыкателей больше двух/ совершает два оборота вокруг своей оси, встречаясь своим стержнем 18 последовательно с концами то лопасти 5, то то лопасти 6. Таким образом вращающиеся замыкатели 11 вытесняют рабочую среду /фиг. 3/ от каналов 7 подвода в лопастях 5 и 6 к каналам 8 отвода. Причем поскольку поступающий через штуцер 28 поток жидкости раздваивается и подается к каждой камере 30 и 31 коллектора 4, производительность насоса при неизменных габаритах повышается вдвое по сравнению с насосами, в которых рабочая среда не разделяется в самих лопастях. В момент прохода замыкателем 11 около лопасти 5 происходит контакт цилиндрической поверхности 17 на конце лопасти 5 с поверхностью выемки в теле стержня 18 /фиг.2/, либо поверхности 17 с ротором 9, либо поверхности 17 с роликом 33 /фиг.4/. Наряду с этим имеет место сгибание боковых поверхностей лопастей 5 и 6 зубьями 12 замыкателей 11 /фиг.2/ или кромками замыкателей /фиг.4,5,11/. При этом замыкатели 11 не соприкасаются между собой в центральной части ротора 9 /фиг.11/.

По одному из вариантов решения функции разделения полостей нагнетания и слива /подвода и отвода рабочей среды/ осуществляют ползушки 36 /фиг.4/, подпружиненные коромыслами 37. Ползушки прижаты к кромкам замыкателей 11 на всем участке "а" /фиг.18 и 19/. Будучи прижатыми к этим поверхностям, ползушки 36 как и другие упомянутые элементы рассматриваемого решениям существенно снижают перетекание рабочей среды из одной камеры /полости/ в другую при проходе замыкателей 11 мимо лопастей 5 и 6, способствуя тем самым повышению объемного КПД и надежности машины.

В режиме гидромотора. При подаче рабочей среды через канал 7 в лопасти 5 и 6 возникает давление на стенки замыкателей 11, которое создает окружные силы, передающиеся на ротор 9, сцепленный с замыкателями 11 зубьями 12 и 13. Образованная таким образом пара сил создает крутящий момент на валу 49 /фиг. 10/ ротора 9 с шейкой 48, заставляя ротор вращаться на шарикоподшипниках 53 и 59. При вращении ротора 9 замыкатели 11 отжимают ползушки 36 /фиг.4/. В режиме гидромотора машина также создает условия для существенного повышения ее объемного КПД по с сравнению с машинами, не имеющими каналов в лопастях.

Огибание боковых поверхностей лопастей замыкателями 11 по прямым участкам А-В, Б-Д, Б-Г и А-С показано на схеме фиг.20. Такой контакт обеспечивает отделение друг от друга полостей высокого и низкого давления без обязательного применения специальных уплотнений в виде гофрированных пластин и т.п. средств. Выполнение гидромашины с распределением потоков жидкости каналами в лопастях позволяет удваивать производительность гидромашины по сравнению с известными конструкциями, иметь малонагруженный ротор, а уплотнение в виде контакта зубьев синхронизатора увеличит объемный КПД. 2 4 6 8 10 12 14 16

Формула изобретения

1. Планетарная цилиндро-лопастная гидромашина, содержащая корпус с лопастями, установленный в корпусе ротор с цилиндрическими замыкателями, зубчатый синхронизатор, торцевые крышки и каналы подвода и отвода рабочей среды, отличающаяся тем, что каналы подвода и отвода рабочей среды выполнены в лопастях, контактирующих своими концевыми и боковыми поверхностями с поверхностями ротора и замыкателей, а зубчатый синхронизатор размещен в рабочей полости и выполнен уплотняющим.

2. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что подводящие и отводящие каналы лопастей сообщены кольцевыми каналами, выполненными в общем коллекторе.

3. Гидромашина по п. 1, отличающаяся тем, что зубчатый синхронизатор включает венец, расположенный на трубчатом цилиндрическом замыкателе, входящий в зацепление с шестерней, размещенной вне рабочей полости, причем длина зуба шестерни вдвое больше длины зуба венца на трубчатом замыкателе.

4. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена роликами, каждый из которых установлен на осевой линии вращающегося замыкателя, контактирует с концевой цилиндрической поверностью лопасти и уплотняет ее, а по периферии рабочей полости размещены накладки, прижимаемые давлением рабочей среды к поверхностям замыкателей.

5. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что на каждой из лопастей выполнены прямолинейные участки для непрерывного плотного контакта кромок замыкателей при обкатке ими лопастей.

6. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что по бокам каждой лопасти установлены подпружиненные ползушки.

7. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что по бокам каждой лопасти установлены уплотнительные подпружиненные пластины Г-образного сечения, отжимаемые кромкой замыкателя в тангенциальном направлении.

8. Гидромашина по п. 1, отличающаяся тем, что ротор состоит из двух кривошипов и двух вкладышей, установленных на штифтах и стянутых с помощью резьбового соединения.

9. Гидромашина по п.8, отличающаяся тем, что трубчатые замыкатели установлены на шейках кривошипов, выполняющих функцию осей вращающихся замыкателей, и имеют участки с полнопрофильными зубьями, размещенные вне рабочей полости, а в рабочей полости участки со срезанными по высоте зубьями.

10. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что зубья колеса и шестерни замыкателя выполнены модифицированными, с участком наращенной высоты зуба и увеличенной впадиной в ответной зубчатке.

11. Гидромашина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что на цилиндрических поверхностях осей замыкателей выполнены разгрузочные карманы, сообщаемые с отверстиями в трубчатых замыкателях для подвода разгрузочной рабочей среды.

12. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что лопасти и накладки выполнены из двух симметричных половин каждая.

13. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что симметрично центру в роторе установлено шесть замыкателей.

14. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что ротор имеет три соосно-парных гнезда, в каждом из которых установлено по одному замыкателю, относящемуся к одной рабочей полости, причем оба замыкателя жестко соединены между собой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20