Шестеренна гідромашина

Винахід відноситься до гідравлічних пристроїв машинобудівної гідравліки, зокрема, до шестеренних гідромашин. Відома шестеренна гідромашина, яка містить корпус, шестерні зовнішнього зачеплення, цапфи яких встановлені в підшипниках ковзання, виконаних у вигляді торцевих ущільнювальних втулок, розташованих по обидва боки шестерен. Втулки, розташовані з одного боку шестерень, встановлені с можливістю осьового переміщення під дією тиску робочої рідини [1]. Недоліком відомої гідромашини є те, що між торцевими поверхнями шестерень та торцевими ущільнювальними поверхнями втулок діють значні сили тиску, що знижує коефіцієнт корисної дії та призводить до занадто високого нагріву корпусу та швидкого зносу торцевих ущільнювальних поверхонь втулок. Крім того, у такій гідромашині великі внутрішні гідравлічні втрати, а її корпус знаходиться під значними навантаженнями від тиску робочої рідини. Відома також шестеренна гідромашина, яка містить корпус, шестерні зовнішнього зачеплення, цапфи яких встановлені в підшипниках ковзання, виконаних у вигляді торцевих ущільнювальних втулок, розташованих по обидва боки шестерень та спряжених одна з одною по площинах. З боків подачі та відведення робочої рідини, у корпусі знаходяться порожнини, відповідно, високого та низького тиску. Як і у машині, згаданій вище, втулки, розташовані з одного боку шестерень, встановлені с можливістю осьового переміщення та підтиснення до торців шестерень під дією тиску робочої рідини, яка надходить з порожнини високого тиску. Для підвищення коефіцієнта корисної дії машини на торцевих поверхнях втулок з боку шестерень виконані скоси, ширина яких відповідає висоті зуба шестерень [2]. Останнє технічне рішення є найближчим до запропонованого за технічною суттю та прийнято як прототип. Незважаючи на те, що відоме технічне рішення спрямовано на підвищення ефективності гідромашини за рахунок зменшення механічних та гідравлічних втрат між примикаючими одна до одної торцевими поверхнями ущільнювальних втулок та шестерень, які спричиняються перекосом втулок під дією тиску робочої рідини, йому притаманні серйозні недоліки. Так, виконання скосів на торцевих поверхнях втулок зовсім не усуває їх перекошування під дією тиску робочої рідини. Не усувається головна причина приклинювання ущільнювальних втулок - недосконалість конструкції камер компенсації торцевих зазорів, та, також недотримання оптимального співвідношення сил підтиснення та відтиснення. Крім того, у відомій шестеренній гідромашині рухомі в осьовому напрямку ущільнювальні втулки встановлені з боку кришки корпусу, що призводить до того, що на стик «корпус-кришка» діє високий тиск робочої рідини, під впливом якого згодом ущільнення між кришкою та корпусом руйнується. До того ж зони високого та низького тиску в гідромашині ніяк не локалізовані та не ущільнені. Тому робоча рідина, особливо під дією високого циклічного тиску, просочується з порожнини високого тиску по торцевих зазорах між ущільнювальними втулками та циліндричними розточками корпусу. Це підвищує внутрішні витоки та піддає корпус значним навантаженням, які у окремих випадках можуть спричиняти його розрив. Технічною задачею, на рішення якої спрямований даний винахід, є усунення згаданих недоліків, а саме, утворення шестеренної гідромашини з підвищеними механічним та об'ємним ККД, як за рахунок вдосконалення конструкції камер компенсації торцевих зазорів та оптимізації сил притиснення ущільнювальних втулок, так і за рахунок локалізації зон впливу високого тиску на корпус шляхом покращення ущільнень порожнин високого та низького тиску. Поставлена технічна задача досягається тим, що у шестеренній гідромашині, що містить корпус, у циліндричних розточках якого розміщені, з утворенням порожнин високого та низького тиску, шестерні зовнішнього зачеплення з цапфами, встановленими в підшипниках ковзання, виконаних у вигляді ущільнювальних втулок, розташованих по обидва боки шестерень та спряжених одна з одною по площинах, причому втулки, розташовані з одного боку шестерень, встановлені з можливістю осьового переміщення та підтиснення їх робочими торцями до торців шестерень тиском робочої рідини, підведеним з порожнини високого тиску, відповідно до винаходу рухомі в осьовому напрямку втулки виконані складеними таким чином, що на зовнішніх циліндричних посадочних поверхнях кожної з них, з боку, протилежного їх робочим торцям, виконані циліндричні проточки, на яких, їх внутрішніми циліндричними посадочними поверхнями, та в циліндричних розточках корпусу, їх зовнішніми посадочними поверхнями, також з можливістю осьового переміщення, встановлені кільцеві втулки-упори, спряжені одна з одною по площинах, співпадаючих з площинами спряження втулок, з утворенням у стику між неробочими торцями рухомих втулок і відповідними торцями кільцевих втулок-упорів камери підтиснення, сполученої з порожниною високого тиску, причому кільцеві втулки-упори по внутрішніх і зовнішніх, а також рухомі та нерухомі втулки по зовнішніх циліндричних посадочних поверхнях оснащені ущільненнями, а на зовнішніх циліндричних посадочних поверхнях нерухомих втулок, з боку протилежного розташуванню шестерень, перед згаданим ущільненням, виконані розвантажувальні канавки, сполучені з порожниною низького тиску. Така конструкція шестеренної гідромашини дозволяє усунути приклинювання ущільнювальних втулок та забезпечує їх оптимальне підтиснення до торців шестерень та герметизацію порожнин високого і низького тиску в корпусі машини, завдяки чому, при порівнянні з прототипом, знижуються об'ємні та механічні витрати та підвищується довговічність машини. Для подальшого підвищення ступеня внутрішньої герметичності та розвантаження корпусу від впливу тиску робочої рідини та, тим самим, подальшого зменшення витрат, доцільно ущільнення внутрішньої циліндричної посадочної поверхні кожної кільцевої втулки-упора виконати у вигляді манжети квадратного або прямокутного профілю, виконаної з еластомірного матеріалу, наприклад, гуми, а також захисної шайби, виконаної з антифрикціонної пластмаси, поліаміду або тефлону, встановленої з боку, протилежного розташуванню камери підтиснення, сукупно зі згаданою манжетою або кільцем, в канавці, виконаній на поверхні циліндричної проточки кожної рухомої в осьовому напрямку втулки або на внутрішній циліндричній поверхні кожної кільцевої втулки-упора. Для того ж ущільнення зовнішніх циліндричних посадочних поверхонь кільцевих втулок-упорів виконано у вигляді встановленої у відповідні канавки сукупно обох втулок-упорів манжети вісімкоподібного вигляду, - подібного профілю по контуру, виконаної з еластомірного матеріалу, наприклад, гуми, яка з боку, протилежного розташуванню камери підтиснення, оснащена захисною вставкою також вісімкоподібного вигляду, квадратного або прямокутного профілю по контуру, виконаною з антифрикційної пластмаси, поліаміду або тефлону, встановленою відповідно по контуру та сумісно зі згаданою манжетою в ті ж канавки, які сполучені каналами в кільцевих втулках-упорах та в рухомих в осьовому напрямку втулках з порожниною високого тиску. Крім того, ущільнення зовнішніх циліндричних посадочних поверхонь рухомих в осьовому напрямку та нерухомих втулок виконані у вигляді встановлених сукупно у відповідні канавки обох рухомих та обох нерухомих втулок манжет вісімкоподібного вигляду, - подібного профілю по контуру, виконаних з еластомірного матеріалу, наприклад, гуми, причому манжета, що встановлена в канавках рухомих в осьовому напрямку втулок з боку їх робочих торців, та аналогічна манжета, що встановлена в канавках нерухомих втулок з боку, протилежного їх робочих торцям, оснащені, захисними вставками вісімкоподібного вигляду, квадратного або прямокутного профілю, виконаними з антифрикціонної пластмаси, поліаміду або тефлону, та встановленими відповідно по контурам та сукупно зі згаданими манжетами вісімкоподібного вигляду в канавки, які в рухомих і нерухомих втулках сполучені каналами з порожниною високого тиску. Доцільно, також, розвантажувальні канавки на зовнішніх циліндричних посадочних поверхнях нерухомих втулок виконати підковоподібними та сполученими одна з одною та, через канали у нерухомих втулках, - з порожниною низького тиску. Крім того, торці втулок-упорів, рухомих в осьовому напрямку втулок та нерухомих втулок охоплені порожнинами, які сполучені з порожниною низького тиску, причому порожнини, розташовані по різні боки шестерень, сполучені одна з одною через осьовий канал у відомій шестерні. Винахід пояснюється кресленнями, де на: Фіг.1 показаний поздовжній переріз гідромашини; Фіг.2 - переріз „А-А" з Фіг.1; Фіг.3 - переріз „Б-Б" з Фіг.1; Фіг.4 - переріз „В-В"з Фіг.1; Фіг.5 - вузол „Г" з Фіг.1; Фіг.6- вузол „Д"з Фіг.1. Шестеренна гідромашина містить корпус 1 з кришкою 2. У циліндричних розточках 3 корпусу 1 розміщені шестерні 4 та 5 зовнішнього зачеплення, які утворюють порожнини високого 6 та низького 7 тиску. Шестерні 4 та 5 оснащені цапфами 8 та 9, встановленими у підшипниках ковзання, які виконані у вигляді ущільнювальних втулок 10 та 11. При цьому ущільнювальні втулки 10 та 11, розташовані попарно по обидва боки шестерень 4 та 5, ущільнюють торцеві зазори між їх торцями та торцями згаданих шестерень, та спрягаються одна з одною по площинах 12 та 13. Крім того, ущільнювальні втулки 10, розташовані по один з боків шестерен 4 і 5, наприклад, з боку дна 14 циліндричних розточок 3 корпусу 1, встановлені з можливістю осьового переміщення та підтиснення до торців шестерень 4 та 5 тиском робочої рідини, підведеним з порожнини високого 6 тиску, та виконані складеними. Для цього на частині зовнішніх циліндричних посадочних поверхонь кожної рухомої в осьовому напрямку ущільнювальної втулки 10, з боку дна 14 циліндричних розточок 3 корпусу 1, виконані відкриті циліндричні проточки 15, на яких, також з можливістю осьового переміщення, встановлені кільцеві втулки-упори 16, спряжені одна з одною по площинах 17. Площини 17 спряження кільцевих втулок-упорів 16 співпадають з аналогічними площинами спряження 12 та 13 ущільнювальних втулок 10 та 11. У камеру 18 підтиснення, що розташована на стику між неробочим торцем 19 рухомих ущільнювальних втулок 10 та відповідним торцем кільцевих втулок-упорів 16, через канали 20 у рухомих ущільнювальних втулках 10 надходить робоча рідина з порожнини високого 6 тиску. Кожна кільцева втулка-упор 16 на внутрішній циліндричній посадочній поверхні має ущільнення, наприклад, манжету або кільце 21, виконану з еластомірного матеріалу, наприклад, гуми. Крім того, з боку дна 14 циліндричних розточок 3 корпусу 1, у тих же канавках 22 під манжети (кільця) 21 можуть бути встановлені захисні шайби 23, виконані з антифрикційної пластмаси, поліаміду або тефлону. Канавки 22 можуть виконуватись на внутрішніх циліндричних поверхнях кільцевих втулок-упорів 16 або на поверхнях відкритих циліндричних проточок 15 рухомих ущільнювальних втулок 10 (не показано) Зовнішні циліндричні посадочні поверхні кільцевих втулок-упорів 16, а також рухомих 10 та нерухомих 11 ущільнювальних втулок, для локалізації зон високого тиску та зниження об'ємних витрат у гідромашині, оснащені ущільнювальними манжетами або кільцями 24, 25 і 26 вісімкоподібного вигляду та - подібного профілю по контуру, які виконані з еластомірного матеріалу, наприклад, гуми. Кожна з манжет (кілець) 24, 25 і 26 оснащені захисною вставкою 27, 28 та 29 вісімкоподібного вигляду, квадратного або прямокутного профілю. Ці вставки можуть бути виконані з антифрикційної пластмаси, поліаміду або тефлону. Вони встановлені відповідно по контурах манжет 24, 25 та 26, врівень з ними, в канавки 30, 31 та 32, виконані на зовнішніх циліндричних посадочних поверхнях кільцевих втулок-упорів 16, рухомих 10 та нерухомих 11 ущільнювальних втулок та сполучаються каналами 20, 33 та 34 з порожниною високого 6 тиску. Захисні вставки 27, 28 та 29 у манжетах або кільцях 24, 25 та 26, як і захисні шайби 23, встановлені з боку, протилежного дії тиску робочої рідини, тобто звичайним чином, і призначені перешкоджати витискуванню манжет (кілець) у зазори, тобто їх руйнуванню. Для обмеження впливу робочої рідини під високим тиском на корпус 1 та кришку 2, а також їх стик, на зовнішніх циліндричних посадочних поверхнях нерухомих 11 ущільнювальних втулок з боку, протилежного розташуванню шестерень, виконані підковоподібні розвантажувальні канавки 35 та 36. Вони сполучені одна з одною та, через канали 37 та 38 у нерухомих втулках 11, - з порожниною низького 7 тиску. Для віддведення робочої рідини з місць її можливого просочування, в корпусі 1 утворені порожнини 39 та 40, які охоплюють торці втулок-упорів 16 та рухомих в осьовому напрямку ущільнювальних втулок 10. З іншого боку корпусу знаходиться порожнина 41, яка охоплює торці нерухомих ущільнювальних втулок 11. Порожнини 39, 40, з одного боку, та 41, з iншого боку, сполучені, через осьовий канал 42 у відомій шестерні, одна з одною, та, через канали в нерухомих ущільнювальних втулках 11 та/або в кришці 2 (не показано), - з порожниною низького 7 тиску. Хоча на кресленні зображений корпус 1 з однією кришкою 2, розташованою з боку, протилежного приводу ведучої шестерні, зрозуміло, що рухома в осьовому напрямку ущільнювальна втулка з втулкою-упором може бути також розміщеною, якщо це доцільно у разі будь-яких міркувань, з боку кришки, та що корпус може мати дві кришки. Шестеренна гідромашина працює таким чином. При її застосуванні в режимі насоса, обертанням шестерень 4 та 5 у міжзубових западинах робоча рідина переноситься з порожнини 7 низького тиску в порожнину 6 високого тиску. Тиск робочої рідини з порожнини 7 через канали 20 у рухомих ущільнювальних втулках 10 передається в камеру 18 між неробочими торцями 19 рухомих ущільнювальних втулок 10 і відповідними торцями кільцевих втулок-упорів 16. Під впливом тиску робочої рідини на неробочі торці 19 рухомих ущільнювальних втулок 10, останні підтискуються їх робочими торцями до торців шестерень4 та 5, які,, у свою чергу, підтискуються до робочих торців нерухомих ущільнювальних втулок 11, забезпечуючи ущільнення торців шестерень. При цьому витоки робочої рідини по торцях шестерень4 та 5 знижуються. Крім того, через канали 20, 33 та 34 робоча рідина під тиском надходить у канавки 30, 31 та 32 та підтискує вісімкоподібні манжети 24, 25 та 26 із захисними вісімкоподібними вставками 27, 28 и 29, до поверхонь циліндричних розточок 3 корпусу 1 та бокових стінок канавок ЗО, 31 та 32, забезпечуючи зниження витоків робочої рідини. Підведення під манжети 24, 25 та 26 робочої рідини з порожнини 6 високого тиску забезпечує їх щільне прилягання до поверхонь, що мають бути ущільненими. Невелика кількість робочої рідини, що, все ж таки, може просочитися у зазори, відводиться через згадану систему порожнин та каналів у порожнину 7 низького тиску. Висока ефективність охарактеризованого рішення доведена порівняльними іспитами дослідного зразка запропонованої машини у режимі насоса з однією з найдосконаліших шестеренних гідромашин, що в даний час випускаються серійно, - НШ32 кіровоградського заводу „Гідросила". Виявлено, зокрема, що в запропонованій конструкції підвищені: об'ємна подача - з 77,0 до 77,2л/хв при холостому режимі та з 73,2 до 75,9л/хв. -при тиску 180кГс/см2; об'ємний ККД - з 0,970 до 0,973 при холостому режимі та з 0,930 до 0,967 - при тиску 180кГс/см2. Джерела інформації: 1. Башта Т.М. Объёмные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. Москва. Машиностроение, 1974, с.342, рис.128 а. 2. Авторське свідоцтво СРСР Ν 937773, F04C2/04, публ.23.06.1982.