Область техники

Изобретение относится к гидромашинам объемного вытеснения и может быть использовано в системах различного назначения в качестве гидродвигателя или насоса.

Уровень техники

Известна шестеренная гидромашина планетарного типа, содержащая корпус с торцевыми крышками, внутри корпуса размещены некруглые солнечные колеса для внутреннего и внешнего зацепления и сопряженные с ними сателлиты (патент RU 21 16513 С1). В качестве зубьев для зацепления солнечных колес между собой посредством сателлитов используются промежуточные тела в виде роликов, закрепленных на колесах с помощью сепараторов. Конструкция устройство включает значительное количество подвижных элементов, отличается сложностью изготовления солнечных колес с пазами для установки многочисленных сепараторов и роликов и низкой надежностью работы при относительно высоких оборотах. Выполнение вставных зубьев в виде цельнометаллических роликов приводит к большим усилиям их контактного взаимодействия с сателлитами и сепараторами, значительным потерям на преодоление трения, интенсивному износу рабочих поверхностей деталей. Кроме того, использование некруглых солнечных колес для внутреннего и внешнего зацепления приводит к возникновению односторонних нагрузок на элементы конструкции, которые в наибольшей мере проявляются при высоких оборотах и при импульсных перегрузках по крутящему моменту. Это ограничивает надежность устройства и возможности его использования для формирования вращательного движения ротора. Известен шестеренный гидромотор планетарного типа, содержащий корпус, планетарное колесо с внутренним зубчатым венцом, установленный на валу внутри планетарного колеса ротор в виде шестерни с внешним зубчатым венцом, торцевые крышки корпуса, распределительное устройство с полостями для рабочего тела высокого и низкого давления, которые сообщены с рабочей полостью, образованной зубчатыми венцами планетарного колеса и внутренней шестерни (RU2315197 ) и торцевыми крышками корпуса. Для обеспечения орбитального движения планетарного колеса относительно внутренней шестерни без его вращения вокруг своей оси гидромотор снабжен специальными приспособлением, размещенном на торцевых поверхностях крышки и корпуса и выполненным в виде прямоугольной рамки планетарного колеса, которое скользит в прямом и обратном направлениях в промежуточной рамке и вместе с ней в перпендикулярных направлениях внутри рамки корпуса.

Гидромотор отличается сложностью конструкции и невысокой надежностью при высоких оборотах и в условиях возникновения перегрузок по крутящему моменту. Чувствительность гидромотора к перегрузкам обусловлена односторонними нагрузками на конструктивные элементы устройства, которые формируется за счет эксцентричности расположения планетарного колеса и внутренней шестерни относительно друг друга. Это ограничивает надежность устройства и снижает возможности его использования для передачи вращательного движения при резких изменениях нагрузки на валу.

Известен гидромотор (RU 56495 U1), содержащий корпус цилиндрической формы с торцевыми крышками, размещенный в корпусе ротор цилиндрической формы, на внутренней поверхности корпуса закреплены несколько продольных лопаток, разделяющих в осевой плоскости кольцевую рабочую камеру на несколько секторов. В зоне размещения каждой продольной лопатки рабочая камера сообщена с одной стороны лопатки с каналом подвода, а с другой - с каналом отвода рабочей жидкости. На наружной поверхности ротора выполнены продольные пазы полуцилиндрической формы, в которых размещены четырехлопастные крестовины, установленные на планшайбах с возможностью поворота относительно своей оси. Лопатка каждой крестовины перекрывает кольцевую рабочую камеру и совместно с неподвижными лопатками на корпусе образуют в рабочей камере подвижные секции высокого и низкого давления рабочей жидкости, с помощью которых при работе гидромотора давление жидкости преобразуется во вращательное движение ротора. Это устройство по своей технической сущности и функциональному назначению является наиболее близким к заявляемой гидромашине и принято за прототип.

Недостатком технического решения является жесткое контактирование неподвижных лопаток на корпусе и лопаток крестовин, которое при увеличении скорости вращения гидромотора принимает характер ударного взаимодействия. Это увеличивает износ контактирующих деталей, не обеспечивает надежной фиксации лопастей в рабочем положении при повороте крестовин, существенно ограничивает мощность гидромотора и снижает его надежность.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении усилия контактного взаимодействия рабочих деталей гидромотора и в уменьшении их механического износа в условиях высоких оборотов и резких изменений нагрузки на валу. Раскрытие изобретения.

Эта задача решается тем, что в гидромашине (содержащей корпус (1 ) с торцевыми крышками (2), цилиндрический ротор (3) на валу (4), между корпусом (1) и цилиндрическим ротором (3) образована кольцевая рабочая камера (5), средство для формирования в рабочей камере (5) подвижных зон высоко и низкого давления жидкости, сообщенные с рабочей камерой (5) каналы в корпусе для подачи и вывода жидкости) средство для формирования зон высоко и низкого давления жидкости выполнено в виде размещенных на цилиндрической поверхности ротора (3), продольных перегородок (6) и установленных на торцевых крышках (2) между ротором (3) и корпусом (1) продольных валов-сателлитов (7), в которых выполнены продольные пазы (8) для размещения перегородок (6) при синхронизированном вращении ротора (3) и валов-сателлитов (7), каналы для подачи (9) и каналы для вывода (10) рабочей жидкости введены в рабочую камеру (5) с противоположенных сторон каждого вала-сателлита (7).

В частном случае выполнения изобретения (фиг. 2) гидромашина снабжена планетарным шестеренным механизмом с шестернями (1 1) и (12) для синхронизации вращения ротора (3) и валов-сателлитов (7). Центральная шестерня (1 1) размещена на валу ротора (3), а планетарные шестерни (12) на валах соответствующих валов - сателлитов (7).

В другом частном случае выполнения гидромашины (фиг. 3) для синхронизации вращения ротора (3) и валов-сателлитов (7) цилиндрические поверхности ротора (3) и валов-сателлитов (7) снабжены зубчатыми венцами (13) и (14).

В другом частном случае выполнения изобретения (фиг. 3) для повышения коэффициента полезного действия гидромашины в зоне канала для подачи рабочей жидкости в корпусе выполнены полости (14) и закрепленные на корпусе элементы (15), которые предназначены для формирования дополнительной энергии вращательного орбитального движения валов-сателлитов под воздействием потока рабочей жидкости в зоне высокого давления.

Снижение усилия контактного взаимодействия рабочих деталей гидромотора и уменьшение их механического износа достигается в заявляемом изобретении путем создания устройства, в котором исключено ударное взаимодействие между собой вращающихся элементов конструкции, создающих Б рабочей камере зоны высокого и низкого давления жидкости. Это достигается тем, что зоны высоко и низкого давления формируются синхронно вращающимися ротором и валами - сателлитами. При этом синхронизация вращения ротора и валов - сателлитов осуществляется с помощью шестеренчатого механизма, что позволяет обеспечить надежность и равномерность работы гидромашины при формировании вращательного движения ротора значительной мощности и при резких изменениях нагрузки на валу.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 приведен поперечный разрез гидромашины.

На фиг. 2 вид с боку со стороны размещения планетарного шестеренного механизма для синхронизации вращения ротора и валов- сателлитов.

На фиг. 3 приведен поперечный разрез гидромашины при синхронизации вращения ротора и валов - сателлитов с помощью зубчатых венцов, выполненных непосредственно на их цилиндрических поверхностях. Варианты осуществления изобретения

Гидромашина содержит корпус (1) с торцевыми крышками (2), цилиндрический ротор (3), размещенный на валу (4), который установлен в подшипниковых опорах (на рисунках не показаны) на торцевых крышках (2). На цилиндрической поверхности ротора (3) размещены продольные перегородки (6). Между корпусом (1) и ротором (3) сформирована кольцевая рабочая камера (5), которая сообщена с выполненными в корпусе каналами (9) и (10) для подачи и вывода жидкости. Между ротором (3) и корпусом (1) на торцевых крышках (2) в подшипниковых опорах (на рисунках не показаны) установлены продольные валы - сателлиты (7), в которых выполнены продольные пазы (8) для размещения перегородок (6) при синхронизированном вращении ротора (3) и валов-сателлитов (7). Каналы для подачи (9) и каналы для вывода (10) рабочей жидкости введены в рабочую камеру (5) с противоположенных сторон каждого вала-сателлита (7).

Для синхронизации вращения ротора (3) и валов-сателлитов (7) гидромашина снабжена (фиг. 2) планетарным шестеренным механизмом с шестернями (1 1) и (12). Центральная шестерня (1 1) размещена на валу ротора (3), а планетарные шестерни (12) на валах соответствующих валов - сателлитов (7).

В другом частном случае выполнения гидромашины (фиг. 3) для синхронизации вращения ротора (3) и валов-сателлитов (7) цилиндрические поверхности ротора (3) и валов-сателлитов (7) снабжены зубчатыми венцами (13) и (14).

Для повышения коэффициента полезного действия гидромашины в зоне ввода рабочей жидкости между корпусом и валами - сателлитами в корпусе выполнены полости (14) и закрепленные на корпусе отражатели (15) (фиг. 3).

Гидромашина работает следующим образом. При подаче жидкости (рабочего тела) под давлением в канал (9) и далее в рабочую камеру (5) в ней формируются зоны высокого давления, каждая из которых заключена между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса (1), соответствующими валом - сателлитом (7) и перегородкой (6). Под действием давления жидкости на перегородки (6) ротору (3) и валам - сателлитам (7) сообщается вращательное орбитальное движение под действием которого отработанное рабочее тело вытесняется из зон низкого давления рабочей камеры (5), каждая из которых сообщена с каналом (10) вывода рабочей жидкости и заключена между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса (1), соответствующими валом - сателлитом (7) и перегородкой (6). При вращении ротора (3) и валов - сателлитов (7) формируются подвижные зоны высокого и низкого давления, каждая из которых заключена между соответствующей зоной внутренней цилиндрической поверхности корпуса (1), соответствующими валом - сателлитом (7) и перегородкой (6) и сообщена либо с каналом (9) или каналом (10). Частота формирования этих зон равна частоте вращения ротора умноженной на количество валов - сателлитов.

Для повышения коэффициента полезного действия гидромашины в зоне ввода рабочей жидкости в корпусе выполнены полости (14), которые позволяют компенсировать воздействие давления жидкости на поверхности валов сателлитов (7) в направлении противоположенном их вращению вместе с ротором (3). Для дополнительного повышения коэффициента полезного действия гидромашины в зоне ввода рабочей жидкости на корпусе закреплены отражатели (15) (фиг. 3), которые позволяют компенсировать воздействие потока рабочей жидкости на поверхности валов - сателлитов (7) в направлении противоположенном их вращению вместе с ротором (3). Выполнение корпуса устройства с полостями (14) и отражателями (15) позволяет осуществить полезное воздействие давления и потока рабочей жидкости не только на перегородки (6) ротора, но и на соответствующие части поверхностей валов - сателлитов (7) с продольными пазами и существенно повысить мощность вращательного движения ротора (3) гидромашины.

Синхронизация вращения ротора (3) и валов (7) осуществляется либо с помощью планетарного механизма с шестернями (11) и (12), установленного снаружи на торцевой крышке (2) (см. фиг.2), либо посредством зубчатых венцов (13) и (14), выполненных непосредственно на наружной цилиндрической поверхности ротора (3) и валов - сателлитов (7) (см. фиг.З).

Использование в промышленности

Совокупность существенных признаков заявляемой гидромашины позволяет существенно снизить усилия контактного взаимодействия рабочих деталей гидромотора, уменьшить их механический износ в условиях высоких оборотов и резких изменений нагрузки на валу. В силу особенностей конструктивного выполнения гидромашина приобретает новые свойства - нечувствительность к перегрузкам по крутящему моменту и повышенный ресурс работы. Описанная выше конструкция гидромашины позволяет изменить направление вращения ротора при переключении каналов подачи и каналов вывода жидкости. Такая возможность существенно расширяет области промышленного использования заявляемой гидромашины, например, в силовых приводах транспортных средств. На основе предложенного технического решения изготовлен и испытан опытный образец гидромашины со следующими параметрами: внутренний диаметр рабочей камеры гидромашины - 300 мм;

наружный диаметр ротора камеры гидромашины - 270 мм;

ширина рабочей камеры - 170 мм;

число зубьев на поверхности ротора - 9;

количество валов-сателлитов - 4;

диаметр вала-сателлита - 50 мм;

количество продольных пазов на вале - сателлите - 3,

Расчетные данные и лабораторные испытания показали, что применение заявленного устройства обеспечивает при подаче рабочей жидкости давления 20 кг/см ² максимальная мощность на выходном валу составила не меньше 150 кВт, а величина пульсации момента на оборотах 3000 об/мин и без дополнительной маховой массы не превысила 5%.