RU4142U1 - Роторная гидромашина - Google Patents

Description

, п...

РОТОРНАЯ ГВДРОМАШИНА

ПолвЗМЯШ ОТНОСИТСЯ К области гидравлических машин, а конкретно - к объемным обратимым гидромашинам вращательного действия, и может быть использовано в силовых гидроприводах и гидротрансмиссиях машин и механизмов различного назначения: прокатных станах, строительных, горных, транспортных, сельскохозяйственных и других машинах и механизмах.

в технике известны аналоги заявляемой гидромашины, предназначенные для тех же целей. К ним относятся радиально-поршневые, аксиально-поршневые и плунжерные, шестеренные, лопастные и другие гидромашины (см., например, Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М.: Машиностроение, 1974; Машиностроительный гидропривод. Под ред. В.Н.Прокофьева, М.: Машиностроение, 1978 и др.)

Из всего известного многообразия конструкций гидромашин применение в качестве силовых гидромоторов нашли только радиально- Ц аксиально-поршневые (плунжерные) гидромашины. Другие типы

гидромашин хотя теоретически и относятся к обратимым машинам,

применяются преимущественно в качестве гидронасосов или гидромоторов несиловых приводов.

Недостатками известных конструкций радиально- и аксиальнопоршневых гидрокашин являются: ограниченные возможности испольМПК: F04C2/08

зования их в режиме гидромоторов из-за низкой эффективности механизмов преобразования давления рабочей жидкости в крутящий момент на выходном валу, который формируется в них касательными составляющими сил, создаваемых давлением в их поршнях или плунжерах, значительно меньших сил, развиваемых ими в направлении своих осей; высокая металлоемкость и связанная с ней низкая удельная мощность; сложность конструкции (число входящих в конструкцию деталей составляет много десятков); плохая компонуемость в трансмиссиях, особенно колесных машин, из-за значительных габаритов; низкий уровень технологичности и связанная с ней высокая стоимость изготовления; низкая ремонтопригодность, невозможность создания ряда гидромашин различной мощности с использованием однотипных конструктивных элементов, изготавливаемых с использованием известных, хорошо отработанных технологических процессов и оборудования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой является роторная гидромашина по патенту Австрии No 387460, МПК G01F 3/08, опубл. в 1989 Г. Эта гидромашина содержит корпус с каналами подвода и отвода рабочей жидкости. В корпусе размещен лопастной ротор в виде рабочего колеса с зубьями-лопастями. В корпусе размещены также колеса-разделители (запорные ролики), имеющие по две впадины.

Недостатками машины - прототипа являются ее сложность и низкая технологичность изготовления, обусловленные сложностью конструкции рабочей полости, в которой находятся как рабочее колесо, так и колеса-разделители, а также недостаточная эффективность преобразования давления рабочей жидкости и низкая удельная мощность из-за того, что в каждый момент времени в работе участвует только одна лопасть из трех, имеющихся на рабочем колесе, невозможность создания ряда гидромашин различной мощности с использованием однотипных конструктивных элементов, изготавливаемых с использованием известных, хорошо отработанных технологи c Segg/

-Г.

ческих процессов и оборудования. Кроне этого, гидромашина-прототип имеет ограниченные возможности использования в качестве гидронасоса, в частности, из-за явления кавитации, возникающего в полости между колесами-разделителями при их вращении.

Задача повышения мощности гидромашины может быть частично решена путем увеличения размеров рабочего колеса и его зубьев. Однако при этом резко увеличиваются габарит колеса, его масса, усложняется технология изготовления, в частности, из-за необходимости очень точного изготовления крупногабаритных зубьев, необходимости выдерживания строгой параллельности стенок корпуса и

Задача, решаемая НОЛ@@110| 4ч-г , заключается в создании гидромашины, имеющей простую технологичную конструкцию с повышенной удельной мощностью и возможностью наращивания мощности с использованием однотипных конструктивных элементов.

Указанная задача решается тем, что роторная гидромашина, содержит первый корпус с каналами подвода и отвода рабочей жидкости, в котором размещены рабочее колесо, снабженное зубьями, и колеса-разделители, и один или несколько дополнительных корпусов, соединенных с первым корпусом, в каждом дополнительном корпусе расположены рабочее колесо и колеса-разделители, идентичные соответственно рабочему колесу и колесам-разделителям, расположенным в первом корпусе, в каждом корпусе роторной гидромашины рабочее колесо расположено в полости, имеющей цилиндрическую форму, колеса-разделители расположены вокруг рабочего колеса на равных угловых расстояниях один от другого и имеют на своих венцовых частях по одной или несколько впадин эвольвентного профиля, в каждом корпусе роторной гидромашины по меньшей мере на одной поверхности скольжения торцевых поверхностей зубьев рабочего колеса симметрично относительно плоскостей, проходящих через ось вращения рабочего колеса и ось вращения соответствующего колесаразделителя, вдоль линии начальной окружности зубьев рабочего

/.,

моделью

колеса,; имеющих эвольвентный профиль, выполнены канавки, ширина которых не превышает высоты зубьев рабочего колеса, а расстояние иежду краями смежных канавок по дуге окружности с центром на оси вращения рабочего колеса и с любым радиусом в пределах от минимального до максимального расстояния от канавки до оси вращения рабочего колеса равно или превышает расстояние между смежными зубьями рабочего колеса по дуге окружности того же радиуса, в каждом корпусе роторной гидромашины каналы подвода и отвода рабочей жидкости выполнены последовательно чередующимися один за другим, все каналы подвода рабочей жидкости соединены между собой и соответствующими канавками, а все каналы отвода рабочей жидкости также соединены между собой и соответствующими канавками, все рабочие колеса и колеса-разделители, размещенные в разных корпусах, расположены на одних и тех же осях, на которых расположены общие для всей роторной гидромашины колеса кинематической связи, а на крайних корпусах роторной гидромашины установлены торцевые крышки.

Сущность предлагаемой 1 полезней;Гг.: поясняется чертежами, на которых изображены:

на фиг. 1, 2 - конструкция роторной гидромашины с рабочими колесами, имеющими по три зуба ( );

на фиг. 3 - кинематическая схема роторной гидромашины;

на фиг. 4 - профиль трехзубового рабочего колеса ();

на фиг. 5 - профиль колеса-разделителя с двумя впадинами ();

на фиг. б, 7 - варианты конструкции рабочих колес, имеющих четыре зуба () и пять () зубьев, соответственно;

на фиг. 8 - работа гидромашины на различных фазах.

Предлагаемая гидрокашина содержит первый корпус 1, рабочее колесо 2 и колеса-разделители 3, 4, а также дополнительные корпуса 5 и б, идентичные по конструкции первому корпусу 1 и скрепленные с ним болтами 7 (фиг. 1, 2). Рабочие колеса 2 и комодели

леса-разделители :з, 4, расположенные в дополнительных корпусах 5, 6, идентичны по конструкции соответственно рабочему колесу 2 и колесам-разделителяи 3, 4, расположенным в первом корпусе 1. В каждом корпусе 1, 5, 6 рабочее колесо 2 расположено в центре в полости, имеющей форму круглого цилиндра. Рабочее колесо 2 имеет эвольвентные зубья 8, 9, 10 (фиг. 1, 4), 8, 9, 10, 11 (фиг. 6), 8, 9, 10, 11, 12 (фиг. 7), расположенные на равных угловых расстояниях один от другого. Колеса-разделители 3, 4, расположены вокруг рабочего колеса 2 на равных угловых расстояниях один от другого. Число колес-разделителей всегда на единицу меньше числа зубьев рабочего колеса 2, число которых целесообразно выбирать преимущественно в пределах от 3 до 5, при этом число колес-разделителей составляет соответственно от 2 до 4. Каждый из корпусов 1, 5, 6 с размещенными в них рабочими колесами 2 и колесамиразделителями 3, 4, образует конструктивный модуль. Число таких модулей при заданных прочих параметрах, например, диаметре корпуса, определяет мощность гидромашины.

Каждое колесо-разделитель имеет на своей венцовой части одну или несколько (обычно не более двух) впадин 13 эвольвентного профиля (фиг.1,5).

Диаметр начальной окружности колеса-разделителя можно определить по формуле:

d D, где

d и D - диаметры начальных окружностей колес-разделителей 3, 4 и рабочего колеса 2, соответственно,

П и N - число впадин колеса-разделителя и число зубьев рабочего колеса, соответственно.

Зубья и впадины колес выполнены по стандартной технологии нарезания эвольвентных зубчатых колес (фиг. 4, 5) и обкатываются по начальным окружностям.

в предлагаемой гидромашине кроме гидравлических рабочего 2 и колес-разделителей 3 и 4, размещенных в корпусах 1, 5, 6, в полости 14 на общей оси 15 размещена шестерня 16 и сопряженные с ней шестерни 17, 18, установленные на общих с колесами 3 и 4 осях 19 и 20. Начальные диаметры колес 2, 3, 4 равны начальным диаметрам соответственно шестерен 16, 17, 18, которые выполняют функции углового кинематического согласования движений гидравлических колес.

В корпусах 1, 5, б для связи с насосом гидропривода выполнены каналы 21 и 22 подвода рабочей жидкости, а для связи со сливом - каналы 23 и 24 отвода рабочей жидкости (фиг. 1). Число пар каналов подвода и отвода рабочей жидкости равно числу колесразделителей. В частности, при (фиг. 1) машина имеет две пары каналов подвода и отвода рабочей жидкости. Каналы подвода и отвода рабочей жидкости выполнены последовательно чередующимися один за другим. В частности, при (фиг. 1) каналы расположены в направлении вращения колеса 2 в последовательности 21-2322-24.

В корпусах 1, 5, б на одной или двух поверхностях 25 скольжения торцевых поверхностей зубьев 8, 9, 10 (11, 12) рабочего колеса 2 симметрично каждой плоскости, проходящей через ось О вращения рабочего колеса 2 и оси 0 и 02 вращения каждого колеса-разделителя , вдоль линии начальной окружности зубьев 8, 9, 10 рабочего колеса 2 выполнены канавки 26-29 (фиг. 1). Ширина b канавок 26-29 не превышает высоты h зубьев 8, 9, 10 (11, 12) рабочего колеса 2 (фиг. 8а).

Расстояние между краями смежных канавок, например, канавок 26 и 28, по дуге окружности с центром на оси вращения рабочего колеса 2 и с любым радиусом в пределах от минимального до максимального расстояния от канавки до оси вращения рабочего колеса 2 равно или превышает расстояние между смежными зубьями рабочего колеса 2 по дуге окружности того же радиуса.

../

Края канавок, выполненных в корпусах 1, 5, б могут иметь эвольвентную форму, соответствующую эвольвентной форме зубьев рабочего колеса 2, или иную форму, например, форму дуги окружности.

Корпуса 1, 5, б могут иметь различную конструкцию. Например, каждый из корпусов 1, 5, б на фиг. 2 имеет боковые стенки 30, 31 с отверстиями для осей 15, 19 и 20. На крайних корпусах 1 и б установлены торцевые крышки 32 и 33. Оси 15, 19, 20 могут быть выполнены монолитными или состоящими из отдельных сопрягаемых при сборке элементов. В деталях корпусов 1, 5, б имеются отверстия 34 и 35 для отвода и подвода рабочей жидкости, соединенные с помощью кольцевых канавок соответственно с каналами 21 (22) и 23 (24). При этом, в случае выполнения каналов 21-24 как в боковых стенках 31 так и в боковых стенках 30, одноименные каналы выполняются в разных стенках одного корпуса зеркально.

Для уменьшения трения между движущимися деталями гидромашины установлены подшипниковые узлы 36, 37.

Между отдельными деталями гидромашины установлены герметизирующие прокладки 38, 39.

Корпуса 1, 5, б и крышки 32, 33 скрепляются между собой болтами 7.

Предлагаемая гидромашина работает следующим образом.

Для работы в качестве гидромотора одновременно во все каналы подвода жидкости (каналы 21 и 22 на фиг. 1) подается рабочая жидкость. Пусть, например, в какой-либо момент времени зуб 8 рабочего колеса 2 контактирует с впадиной 13 колеса 3 в точках К и К , лежащих на линиях зацепления эвольвентных зубьев под углом зацепления (фиг. 8а). Под действием давления рабочей жидкости на зубья 9 и 10 рабочего колеса 2 на оси 15 будет создаваться крутящий момент, и рабочее колесо 2 будет стремиться поворачиваться по стрелке как показано на фиг. 1. При этом на левую сторону зуба 8 рабочего колеса 2 - от точки контакта К

, - Vвниз к основанию, и контактирзпощую с ней сторону впадины 13 колеса 3 действует давление рабочей жидкости. Сила, формируемая этим давлением на указанной стороне впадины 13, передается по окружности колеса 3 на зуб 8 в точке К , примерно уравновешивая силу давления жидкости на зуб 8.

По мере вращения рабочего колеса 2 зуб 8 будет выходить из зацепления с колесом 3. К моменту выхода колеса 2 из зацепления с колесом 3 (фиг. 86) зуб 8 благодаря канавке 26 разгружается давлением, действующим на его рабочие поверхности как слева, так и справа. Для того, чтобы момент полной разгрузки зуба 8 наступил как можно раньше, обращенные друг к другу края канавок 26, 27 располагают по возможности ближе один к другому. При этом для исключения возможности соединения канала нагнетания рабочей жидкости, расположенного слева от зуба 8, через межзубовую полость 40 с каналом слива жидкости, расположенным справа от зуба 8 (фиг. 8а), канавок 26 и 27 должны лежать соответственно ниже линий ПК и ПК зацепления рабочего колеса 2 и колес-разделителей.

При дальнейшем вращении рабочего колеса 2 при попадании зуба 8 в положение, обозначенное штриховой линией, зуб 8 перекрывает доступ рабочей жидкости в полость, расположенную левее этого зуба и переходит в активный (поршневой) режим работы, а зуб 9 одновременно с этим выходит из активного режима и благодаря канавке 28 оказывается разгруженным. Зуб 10 в это время продолжает работать в активном режиме.

При дальнейшем движении колеса 2 зуб 9 войдет в зацепление со впадиной 13 на колесе 4, и в машине будут происходить такие же процессы, как и при зацеплении зуба 8 со впадиной 13 на колесе 3.

Аналогичные процессы происходят во все корпусах 1, 5, б гидромашины.

Синхронизация работы колес-разделителей 3, 4 и рабочих колес 2 осуществляется с помощью шестерен 17, 18 и шестерни 16,

расположенной на одной оси с рабочими колесами 2.

При работе машины в режиме насоса крутящий момент подается на ось 15, при этом через каналы 21 и 22, 23 и 24 будет производится отвод или всасывание жидкости (в зависимости от направления вращения колеса 2).

Описанная конструкция обеспечивает в каждом модуле одновременную работу в активном режиме числа зубьев, равного числу колес-разделителей, и возможность получение ряда гидромашин, работающих на едином принципе, но имеющих конструктивные различия.

Конструкция гидромашины обеспечивает возможность варьирования величины передаваемого (выходного) крутящего момента и скорости вращения выходной оси (при постоянном режиме работы насоса) изменением активного радиуса рабочего колеса, числа одновременно работающих зубьев - поршней, их модуля и толщины колес, и количества унифицированных модулей, а при постоянных конструктивных параметрах гидромашины сохраняет возможность варьирования величины крутящего момента традиционным образом.

Таким образом, благодаря предложенному расположению рабочего колеса 2, колес-разделителей 3, 4, введению канавок 26-29, их взаимному расположению, а также взаимному расположению каналов 21-24 подвода и отвода рабочей жидкости и применению модульного принципа построения гидромашины с использованием однотипного набора первичных конструктивных элементов обеспечивается увеличение одновременно работающих зубьев, увеличение сил на рабочей оси, повышение объемного КПД с одновременным упрощением конструкции и технологичности изготовления машины.

ПоЯвЗ МАЯ модель может быть реализован| с использованием известных, хорошо отработанных технологических приемов и широко использовано в силовых гидроприводах и гидротрансмиссиях машин и механизмов различного назначения: прокатных станах, строительных, горных, транспортных, сельскохозяйственных и других машинах и механизмах.

Claims (1)

1. Роторная гидромашина, содержащая первый корпус с каналами подвода и отвода рабочей жидкости, в котором размещены рабочее колесо, снабженное зубьями, и колеса-разделителя, отличающаяся тем, что она содержит один или несколько дополнительных корпусов, соединенных с первым корпусом, в каждом дополнительном корпусе расположены рабочее колесо и колеса-разделители, идентичные соответственно рабочему колесу и колесам-разделителям, расположенным в первом корпусе, в каждом корпусе роторной гидромашины рабочее колесо расположено в полости, имеющей цилиндрическую форму, колеса-разделители расположены вокруг рабочего колеса на равных угловых расстояниях один от другого и имеют на своих венцовых частях по одной или несколько впадин эвольвентного профиля, в каждом корпусе роторной гидромашины по меньшей мере на одной поверхности скольжения торцевых поверхностей зубьев рабочего колеса симметрично относительно плоскостей, проходящих через ось вращения рабочего колеса и ось вращения соответствующего колеса-разделителя, вдоль линии начальной окружности зубьев рабочего колеса, имеющих эвольвентный профиль, выполнены канавки, ширина которых не превышает высоты зубьев рабочего колеса, а расстояние между краями смежных канавок по дуге окружности с центром на оси вращения рабочего колеса и с любым радиусом в пределах от минимального до максимального расстояния от канавки до оси вращения рабочего колеса равно или превышает расстояние между смежными зубьями рабочего колеса по дуге окружности того же радиуса, в каждом корпусе роторной гидромашины каналы подвода и отвода рабочей жидкости выполнен последовательно чередующимися один за другим, все каналы подвода рабочей жидкости соединены между собой и соответствующими канавками, а все каналы отвода рабочей жидкости также соединены между собой и соответствующими канавками, все рабочие колеса и колеса-разделители, размещенные в разных корпусах, расположены на одних и тех же осях, на которых расположены общие для всей роторной гидромашины колеса кинематической связи, а на крайних корпусах роторной гидромашины установлены торцевые крышки.