Аксиально-поршневая гидромашина с наклонной шайбой

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в конструкциях гидромоторов, применяемых в гидроприводах объемного регулирования с повышенной точностью отработки управляющего сигнала. В аксиально-поршневой гидромашине, содержащей корпус и, размещенный в корпусе, посредством подшипниковых узлов, соединенный с выходным валом гидромашины блок цилиндров, который одною своей торцевою частью подвижно сопрягается с неподвижным торцевым распределителем, а в другую его торцевую часть в цилиндры блока цилиндров введены одним концом поршни, на каждом поршне, с другого его конца через сферическое сочленение укреплен опорный башмак, упирающийся в поверхность скольжения накладки наклонной шайбы, накладка наклонной шайбы выполнена с возможностью вращения относительно шайбы в плоскости перпендикулярной оси этой шайбы и соединена посредством механизма с встроенным в гидромашину двигателем.

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использовано в конструкциях гидромоторов и гидронасосов, применяемых в объемных гидроприводах с повышенной точностью отработки управляющего сигнала.

Известна конструкция аксиально-поршневой гидромашины с наклонной шайбой, содержащая корпус и размещенный в нем, посредством подшипниковых узлов, вращающийся блок цилиндров, соединенный с выходным валом гидромашины. Одною своей торцевою частью блок цилиндров подвижно сопрягается с неподвижным торцевым распределителем, а в другую торцевую часть в цилиндры блока цилиндров введены одним концом поршни, на каждом из которых с другого его конца, через сферическое сочленение, укреплен опорный башмак, упирающийся в поверхность скольжения наклонной шайбы или в накладку этой шайбы (Кондаков Л.А. и др. под общей ред. Прокофьева В.Н. Машиностроительный гидропривод М. Машиностроение 1978-495 с., см на стр. 161 Ксерокопия источника прилагается). При использовании данного аналога в качестве гидромотора основным его недостатком является значительная величина приведенного к выходному валу момента трения покоя подвижных частей машины, что определяется, главным образом, силами трения в подвижных сопряжениях опорных башмаков с поверхностью наклонной шайбы. Это вызывает потребность достаточно большого давления, необходимого для страгивания вала гидромотора, что приводит к недопустимо низкой точности управления, недопустимо большой нелинейности регулировочной характеристики и, несмотря на целый ряд преимуществ аксиально-поршневых гидромашин с наклонной шайбой по сравнению с аксиально-поршневыми гидромашинами с наклонным блоком цилиндров, не позволяет заменить последние в высокоточных следящих системах объемного гидропривода. При использовании этого же аналога в качестве насоса его недостатком является низкая чувствительность к управляющему воздействию, т.е. изменению угла наклона шайбы, в области низких оборотов.

За ближайший аналог-прототип полезной модели принимается аксиально-поршневая гидромашина с наклонной шайбой, снабженная устройством, которое сообщает наклонной шайбе возвратно-поворотные движения, с целью ее «оживления», т.е. придания непрерывного относительного движения сопрягающимся поверхностям трения опорных башмаков и поверхности наклонной шайбы. В этом техническом решении, возвратно-поворотные движения перпендикулярно опорной плоскости наклонной шайбы создаются поршнями-толкателями, установленными в крышке гидромашины. (Министерство высшего и среднего специального образования СССР. Ленинградский ордена Ленина и ордена Красного знамени Механический институт (ЛМИ). Отчет о научно -исследовательской работе "Разработка и исследование следящих приводов на базе гидравлических машин дроссельного регулирования". темы. А 52 - 1126 шифр Инфлекс - МОП" Ленинград 1984 г. 47 стр. УДК 621.225.7 гос. peг. X08989. Руководитель НИР КТН, СНС Соколов Г.С. см. Раздел. 1.2 стр.11-14. Ксерокопия источника прилагается). По замыслу авторов, в прототипе возвратно-поворотные движения наклонной шайбы обеспечивают исключение трения покоя, в том числе, в сопряжениях опорных башмаков с наклонной шайбой, что призвано обеспечить улучшение скоростной и регулировочной характеристик гидромотора. Следует заметить, что прототип является экспериментальной конструкцией, с использованием (по принципу обратимости), аксиально-поршневого регулируемого насоса с наклонной шайбой, в качестве гидромотора, т.к. в этой машине имеется механизм с рычагом управления углом наклона наклонной шайбы, через который и осуществляется сообщение наклонной шайбе возвратно-поворотных движений поршнями-толкателями. Эти движения обеспечивают непрерывное относительное движение опорных башмаков и наклонной шайбы, что и требуется. Для практического применения такая конструкция малопригодна, поскольку обладает избыточным весом и избыточными конструктивными элементами, присущими гидронасосу, но являющимися функционально лишними для гидромотора. Кроме того, в прототипе возвратно-поворотные движения наклонной шайбы создаются перпендикулярно опорной плоскости наклонной шайбы через рычаг управления углом ее наклона, что приводит к колебаниям величины рабочего объема гидромашины. Вследствие этого, вал гидромашины, работающей в качестве гидромотора, вынужден осуществлять ненужные возвратно-поворотные движения, приводящие к расходу энергии, даже при отсутствии управления, т.е. при отсутствии рабочего давления в напорной магистрали. При работе этой же машины в качестве насоса, возвратно-поворотные движения наклонной шайбы в указанной плоскости приводят к пульсации подачи и, соответственно, давления, что циклически нагружает все элементы гидропривода.

Полезная модель решает задачу усовершенствования конструкции аксиально-поршневой гидромашины с наклонной шайбой и обеспечивает достижение совокупности следующих важных функциональных технических результатов:

- снижение минимальной устойчивой скорости (оборотов) движения выходного вала гидромотора.

- обеспечение плавного (без рывков) движения выходного вала в области минимальных оборотов гидромотора.

- уменьшение зоны нечувствительности гидромотора при отработке управляющего воздействия при работе гидромотора в составе следящего гидрообъемного привода.

- исключение возвратно-поворотных движений вала гидромотора при отсутствии управления (давления в напорной магистрали).

- Исключение пульсации подачи и давления в напорной магистрали при использовании гидромашины в качестве насоса.

Сущность полезной модели заключается в том, что в аксиально-поршневой гидромашине, содержащей корпус и, размещенный в корпусе, посредством подшипниковых узлов, соединенный с выходным валом гидромашины блок цилиндров, который одною своей торцевою частью подвижно сопрягается с неподвижным торцевым распределителем, а в другую его торцевую часть в цилиндры блока цилиндров введены одним концом поршни, на каждом поршне, с другого его конца через сферическое сочленение укреплен опорный башмак, упирающийся в поверхность скольжения накладки наклонной шайбы, согласно новому решению, выполнены следующие конструктивные изменения:

- накладка наклонной шайбы выполнена с возможностью вращения относительно шайбы в плоскости перпендикулярной оси этой шайбы

- накладка наклонной шайбы соединена посредством механизма с встроенным в гидромашину двигателем.

Обозначенная сущность полезной модели обеспечивает достижение всей совокупности заявленных функциональных технических результатов и связана с ними следующим образом:

Накладка наклонной шайбы, приводимая в движение через механизм двигателем, совершает движение относительно опорной поверхности башмака, вследствие чего исключается трение покоя пары опорный башмак - накладка наклонной шайбы. Первым функциональным техническим результатом предлагаемого технического решения является снижение минимальной устойчивой скорости (оборотов) движения выходного вала гидромотора. Вторым функциональным техническим результатом является обеспечение плавного (без рывков) движения выходного вала в области минимальных оборотов гидромотора. Третьим функциональным техническим результатом является уменьшение зоны нечувствительности гидромотора при отработке управляющего воздействия при работе гидромашины в качестве гидромотора в составе следящего гидрообъемного привода. Четвертый и пятый функциональные технические результаты, т.е. исключение ненужных дополнительных возвратно-поворотных движений вала гидромашины-гидромотора при отсутствии управления (давления в напорной магистрали) и отсутствие пульсаций подачи и давления в напорной магистрали гидромашины-насоса, обеспечивается тем, что в предлагаемом техническом решении накладка опорной шайбы совершает возвратно-поворотные движения в плоскости перпендикулярной оси этой шайбы, а не перпендикулярно ее опорной плоскости (как в прототипе), что не приводит к колебаниям величины рабочего объема гидромашины.

На Фиг.1 изображен схематичный разрез аксиально-поршневой гидромашины по оси блока цилиндров, на фиг.2 -сечение А-А фиг.1.

Аксиально-поршневая гидромашина с наклонной шайбой содержит корпус 1, и, размещенный в нем, посредством подшипниковых узлов 2 и 3, вращающийся блок цилиндров 4, соединенный с выходным валом 5 гидромашины, который одною своей торцевою частью с зазором сопрягается с неподвижным торцевым распределителем 6, а в другую его торцевую часть в цилиндры введены одним концом поршни 7, на каждом поршне 7, с другого его конца через сферическое сочленение 8 укреплен опорный башмак 9, упирающийся в поверхность скольжения накладки 10 наклонной шайбы 11. При этом накладка 10 наклонной шайбы 11 выполнена с возможностью поворота в плоскости перпендикулярной оси этой шайбы и соединена посредством рычажного механизма 12 с встроенным в гидромашину двигателем 13. В частности, это может быть двигатель возвратно-поступательного движения. Конструктивно накладка (10) может быть расположена в цилиндрической расточке наклонной шайбы 11 как это изображено на Фиг.1. В качестве встроенного в гидромашину двигателя 13, с возвратно-поступательным движением выходного штока может быть использован гидроцилиндр с возвратной пружиной, как это изображено на Фиг.1 или иной тип двигателя, например, пневмодвигатель, тяговый электромагнит с возвратной пружиной, поворотный электромагнит, пьезоэлектрический двигатель и т.п. В соответствии с сущностью полезной модели, в конструкции так же может быть применен двигатель непрерывного движения, например, маломощный пластинчатый гидромотор или электродвигатель, снабженные соответствующим механизмом передачи движения на накладку, например - шестеренной передачей.

Аксиально-поршневая гидромашина с наклонной шайбой работает следующим образом. Рабочая жидкость от вспомогательного источника энергии (не показан), в качестве которого может быть использован вспомогательный насос или гидроаккумулятор, через клапан - пульсатор (не показан) подается во встроенный двигатель - гидроцилиндр 13, шток которого совершает возвратно-поступательные движения под действием питающего давления и возвратной пружины. Через рычажный механизм 12 возвратно - поступательное движение штока преобразуется в возвратно-поворотное движение накладки 10 наклонной шайбы 11 относительно этой шайбы и сопрягающихся с накладкой 10 опорных башмаков 9. В результате этого между башмаками 9 и опорной поверхностью накладки 10 образуется масляный слой, чем исключается сухое трение покоя в указанных трущихся парах. Аналогичный эффект может быть достигнут так же непрерывным вращением накладки 10 относительно наклонной шайбы 11, если в конструкции использован двигатель непрерывного движения и соответствующий механизм передачи движения накладке 10. В этой связи, первым функциональным техническим результатом использования полезной модели является снижение минимальной устойчивой скорости (оборотов) движения выходного вала при работе устройства в режиме гидромотора. Вторым функциональным техническим результатом, достигаемым в этом же режиме, является обеспечение плавного (без рывков) движения выходного вала в области минимальных оборотов. Третьим функциональным техническим результатом является уменьшение зоны нечувствительности гидромотора при отработке управляющего воздействия при работе гидромотора в составе следящего гидрообъемного привода. Кроме того, в предлагаемом техническом решении накладка опорной шайбы совершает возвратно-поворотные движения в плоскости перпендикулярной оси этой шайбы, а не перпендикулярно ее опорной плоскости (как в прототипе), что, в отличие от прототипа, не приводит к колебаниям величины рабочего объема гидромашины, чем обеспечиваются четвертый и пятый функциональные технические результаты использования полезной модели.

1. Аксиально-поршневая гидромашина с наклонной шайбой, содержащая корпус и размещенный в корпусе посредством подшипниковых узлов, соединенный с выходным валом гидромашины блок цилиндров, который одною своей торцевою частью подвижно сопрягается с неподвижным торцевым распределителем, а в другую его торцевую часть в цилиндры блока цилиндров введены одним концом поршни, на каждом поршне с другого его конца через сферическое сочленение укреплен опорный башмак, упирающийся в поверхность скольжения накладки наклонной шайбы, отличающаяся тем, что накладка наклонной шайбы выполнена с возможностью вращения относительно шайбы в плоскости перпендикулярной оси этой шайбы и соединена посредством механизма с встроенным в гидромашину двигателем.

2. Аксиально-поршневая гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что в качестве двигателя накладки применен двигатель возвратно-поступательного или возвратно-поворотного движения.

3. Аксиально-поршневая гидромашина по п.2, отличающаяся тем, что в качестве двигателя возвратно-поступательного движения применен гидроцилиндр.

4. Аксиально-поршневая гидромашина по п.2, отличающаяся тем, что в качестве двигателя возвратно-поступательного движения применен электромагнит.

5. Аксиально-поршневая гидромашина по п.2, отличающаяся тем, что в качестве двигателя возвратно-поворотного движения применен поворотный электромагнит.

6. Аксиально-поршневая гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что в качестве механизма применен рычажный механизм.

7. Аксиально-поршневая гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что в качестве двигателя применен двигатель непрерывного движения.

8. Аксиально-поршневая гидромашина по п.6, отличающаяся тем, что в качестве механизма передачи движения от двигателя к накладке применена шестеренная передача.