Насос-дозатор

Винахід відноситься до області машинобудівної гідравліки і може бути використаний в гідравлічних приводах з дозованою подачею робочої рідини під тиском до виконавчих органів, наприклад, до гідроциліндрів стаціонарного устаткування чи рульових механізмів сільськогосподарських, будівельних, дорожніх та інших самохідних машин. Відомі насоси-дозатори, призначені для регулювання потоку робочої рідини, що надходить у виконавчі гідроциліндри в залежності від кута повороту вхідного вала насоса-дозатора, причому обсяг поданої робочої рідини за один оберт вхідного вала (робочий об'єм) залежить від режиму роботи гідроприводу. В основному, штатному режимі роботи - режимі дозатора при подачі робочої рідини до насоса-дозатора від приводного насоса розмір його робочого об'єму вибирається відповідно до діаметру виконавчих гідроциліндрів і заданому переміщенню штока за один оберт вала насоса-дозатора при номінальному режимі роботи гідроприводу. У випадку припинення подачі робочої рідини під тиском до насоса-дозатора через, наприклад, вихід з ладу приводного насоса, розрив напірного шланга та іншої причини, він переходить на аварійний, насосний режим роботи з ручним приводом. При цьому відбувається автоматичне зменшення його робочого об'єму до розміру, що забезпечує можливість його ручного приводу без надмірних мускульних зусиль оператора. Зазвичай цей об'єм не повинен перевищувати 160...200см3/об. Так насоси-дозатори, описані в [патентах РСТ WO 96/30248 кл. МКВ7 F15B13/10, 1998р. і WO 97/30881 кл. МКВ7 F16D31/02, 2000р.], а також у [патенті України №22307 кл. МКВ7 В62D5/06, 1998р.], містять дві дозуючі секції і пристрій для зміни його сумарної подачі, що представляє із себе розміщений у розточці корпуса золотник, що знаходиться під дією пружини з одного боку і тиску робочої рідини - з протилежного. Недоліком цих насосів-дозаторів є значне ускладнення конструкції за рахунок введення додаткової дозуючої секції, точної золотникової пари і ряду додаткових каналів і отворів, у тому числі, глибокого свердління. Крім того, у перехідному режимі його роботи при зниженому тиску на вході, через часткове падіння характеристик приводного насоса, унаслідок зносу його деталей, золотник займає деяке проміжне положення, що може привести до короткочасного з повторами відмовлення у роботі гідравлічного приводу, що особливо небезпечно для гідравлічних рульових механізмів транспортних засобів. Найбільш близьким аналогом насоса-дозатора, який заявляється, та вибраним як прототип, є насосдозатор описаний в [патенті США №4144712 кл. МКВ7 F15D9/08,1979р.]. Цей насос-дозатор містить розподільний блок з вхідним валом і золотником та співвісну з ним дозуючу секцію. Дозуюча секція складається зі статора з внутрішніми зубцями і зачепленого з ним ротора з зовнішніми зубцями. Насос-дозатор містить також складений карданний вал, що має дві співвісні кінцеві частини, одна з яких зв'язана з золотником розподільного блоку, а друга, - з ротором дозуючої секції. Ці частини зафіксовані одна відносно одної торсіонним валом з можливістю взаємного пружного повороту в обох напрямках його обертання в межах кутових зазорів поміж ними. Такий насос-дозатор позбавлений вищезгаданих недоліків завдяки тому, що при припинені подачі робочої рідини під тиском він переходить у аварійний ручний режим роботи внаслідок того, що при зростанні моменту, необхідного для обертання ротора, за рахунок закручування торсіонного вала, виникає фазова неузгодженість в роботі розподільного блоку і дозуючої секції, а робочий об'єм зменшується до такого, що дає змогу оператору керувати машиною. При цьому спрощується конструкція насоса-дозатора, так як відпадає потреба в додатковій дозуючій секції і золотниковій парі. Недоліком цього насоса-дозатора є відсутність стійкої взаємної фіксації кінцевих частин карданного вала в основному режимі роботи, внаслідок того, що в цьому режимі роботи карданний вал виконує функцію синхронного з ротором дозуючої секції привода золотника розподільного блоку, тобто він завжди навантажений певним, хоч і невеликим крутячим моментом, який до того ж може змінюватись в деяких межах в залежності, наприклад, від швидкості обертання вхідного вала чи в'язкості робочої рідини, а виконуючий роль з'єднувальної ланки між цими частинами карданного вала, - торсіонний вал, що первісно перебуває у вільному стані, буде закручуватись на відповідний кут, викликаючи вищезгадану фазову неузгодженість і, як наслідок, - деяке нестабільне зменшення робочого об'єму насоса-дозатора, що в основному режимі роботи неприпустимо. В основу винаходу поставлена задача забезпечення стійкої взаємної фіксації кінцевих частин карданного вала в обох напрямках його обертання в основному режимі роботи, а значить ліквідувати фазову неузгодженість між розподільним блоком і дозуючою секцією і тим самим досягти стабільної і надійної роботи насоса-дозатора в штатному режимі. Ця задача вирішується тим, що у відомому насосі-дозаторі, який містить розподільний блок з вхідним валом і золотником, співвісну з ним дозуючу секцію, яка складається зі статора з внутрішніми зубцями і зачепленого з ним ротора з зовнішніми зубцями, та складений карданний вал, що має дві співвісні кінцеві частини, одна з яких зв'язана з золотником розподільного блоку, а друга - з ротором дозуючої секції, і які зафіксовані одна відносно одної з можливістю взаємного пружного повороту в обох напрямках обертання в межах кутових зазорів поміж ними, згідно винаходу, кінцеві частини складеного карданного вала зафіксовані одна відносно одної через співвісну з ними проміжну частину, яка має з двох сторін торцеві виступи, що розташовані у проміжках між аналогічними торцевими виступами кінцевих частин так, що одні з двох бокових граней виступів проміжної частини притиснуті до суміжних з ними бокових граней виступів кінцевих частик за допомогою попередньо здеформованих пружних елементів з утворенням поміж протилежними боковими гранями цих виступів кутових зазорів, а зусилля попередньої деформації пружних елементів вибирається таким, що крутячий момент, необхідний для його переборювання, перевищує момент на карданному валі у штатному режимі роботи насоса-дозатора, і водночас є меншим аніж момент на вхідному та, відповідно, карданному валах в насосному режимі його роботи. Пружні елементи виконані у вигляді попередньо здеформованих пружин стиснення, що розміщені своїми кінцями у глухих отворах, виконаних на суміжних гранях торцевих виступів між якими, таким чином, утворені кутові зазори. В іншому варіанті пружні елементи виконані у вигляді прямих у вільному стані відрізків пружинного дроту, які своїми кінцями з пружними вигинами розміщені у подовжніх отворах проміжної частини та в отворах на торцях виступів двох частин карданного вала між якими і відповідними впадинами проміжної частини виконані подовжні зазори. Ще в одному варіанті виконання кількість пружних елементів може бути зменшена вдвічі розміщенням відрізків пружинного дроту середньою частиною з пружними вигинами у наскрізних подовжніх отворах проміжної частини карданного вала, а їх кінцями у отворах на торцях виступів його двох кінцевих частин між якими і відповідними впадинами проміжної частини виконані подовжні зазори. Зусилля попередньої деформації пружних елементів вибирається таким, що крутячий момент, необхідний для його переборювання, перевищує момент на карданному валі у штатному режимі роботи насоса-дозатора, і водночас є меншим аніж момент на вхідному та, відповідно, карданному валах в насосному режимі його роботи. Завдяки наявності проміжної частини, а також попередньої деформації пружних елементів із зусиллям, вибраним у вищезгаданий спосіб, забезпечується стійка взаємна фіксація кінцевих частин карданного вала в обох напрямках його обертання в основному режимі роботи, а значить ліквідується фазова неузгодженість між розподільним блоком і дозуючою секцією і тим самим досягається стабільна і надійна робота насоса-дозатора в штатному режимі. А при переході насоса-дозатора на насосний режим роботи, внаслідок появи в дозуючій секції перепаду тиску робочої рідини, що нагнітається, і відповідного зростання моменту, необхідного для обертання ротора, за рахунок додаткової деформації пружних елементів відбувається взаємний поворот частин карданного вала, одна з яких з'єднана з золотником розподільного блоку, а інша - з ротором, в межах кутових зазорів поміж торцевими виступами проміжної частини і, в залежності від напрямку обертання, однієї з кінцевих частин карданного вала. Такий поворот приводить до кутової (фазової) неузгодженості в роботі розподільного блоку і дозуючої секції і, як наслідок, - до відповідного автоматичного зменшення робочого об'єму до розміру, при якому стає можливим ручний привод насоса-дозатора в насосному режимі роботи. У подальшому приводиться опис винаходу, пояснюваний прикладом його конкретного виконання та кресленнями, де: - Фіг.1 - зображує подовжній розріз насоса-дозатора; - Фіг.2 - зображує поперечний розріз насоса-дозатора по А-А, на якому показане розташування статора і ротора дозуючої секції; - Фіг.3 - зображує окремо у збільшеному виді устрій карданного вала; - Фіг.4 - зображує розріз карданного вала по Б-Б, на якому показане взаємне положення його частин при штатному режимі роботи; - Фіг.5 - зображує елемент Г, у збільшеному виді відносно Фіг.4; - Фіг.6 - зображує розріз карданного вала по Б-Б, на якому показане взаємне положення його частин при насосному режимі роботи і лівому напрямку обертання вхідного вала; - Фіг.7 - зображує розріз карданного вала по В-В, на якому показане взаємне положення його частин при насосному режимі роботи і правому напрямку обертання вхідного вала; - Фіг.8 - зображує окремо інший варіант конструкції складеного карданного вала з пружними елементами у вигляді відрізків пружинного дроту, встановлених з обох кінців проміжної частини карданного вала; - Фіг.9 - зображує окремо модифікований варіант конструкції складеного карданного вала з пружними елементами у вигляді відрізків пружинноro дроту, середньою частиною встановлених у наскрізних отворах проміжної частини карданного вала; - Фіг.10 - зображує вид зверху на карданний вал, показаний на Фіг.8 і 9. Насос-дозатор містить розподільний блок 1 із вхідним валом 2 і золотником 3 та дозуючу секцію, яка складається зі співвісного з розподільним блоком статора 4 з внутрішніми зубцями і ротора 5 з зовнішніми зубцями, зачепленими з внутрішніми зубцями статора з утворенням ізольованих одна від одної робочих камер 6, кількість яких дорівнює числу зубців статора. Ротор 5 розміщується усередині статора з деяким ексцентриситетом і з'єднаний з золотником 3 розподільного блоку 1 за допомогою складеного карданного вала 7, здатного передавати обертальний рух з певною компенсацією неспіввісності, див. Фіг.1 і 2. Карданний вал має у своєму складі змонтовані на загальній циліндричній вісі 8 дві кінцеві частини 9 і 10, перша з яких з'єднана з золотником розподільного блоку, а друга - з ротором дозуючої секції, і одну проміжну частину 11, що має з двох сторін по два торцеві виступи 12 і 13, які розташовані у проміжках між аналогічними двома виступами 14 і 15 двох кінцевих частин, див. Фіг.3. Ці кінцеві частини зафіксовані одна відносно одної з можливістю взаємного пружного повороту в обох напрямках обертання через співвісну з ними проміжну частину так, що одні з бокових граней 16 виступів 12 і 13 проміжної частини 11 притиснуті до суміжних з ними бокових граней 17 виступів 14 і 15 кінцевих частин 8 і 10 за допомогою пружних елементів у вигляді попередньо здеформованих пружин стиснення 18, які своїми кінцями розміщені у глухих отворах 19 і 20, виконаних на суміжних гранях 21 і 22 торцевих виступів кінцевих частин та проміжної частини складеного карданного вала між якими утворені кутові зазори 23 і 24, див. Фіг.4 і 5. Розмір цих кутових зазорів залежить від числа зубців ротора та необхідного зменшення робочого об'єму насоса-дозатора при переході на насосний режим роботи. Наприклад, для ротора з 6-ма зубцями і подвійного зменшення робочого об'єму згадані кутові зазори повинні дорівнювати 7°30'. В іншому варіанті конструкції карданного вала, показаному на Фіг.8, пружні елементи виконано у вигляді прямих у вільному стані відрізків пружинного дроту 25, які з попередніми пружними вигинами своїми кінцями розміщені у подовжніх отворах 26, 27 і 28 проміжної і двох кінцевих частин карданного вала, між виступами яких і відповідними впадинами утворені подовжні зазори S. Цей пружинний дріт 25 виконує ті самі функції, що і пружини стиснення 18 в основному варіанті конструкції. Зусилля попередньої деформації пружних елементів 18 або 25 вибирається таким, що крутячий момент, необхідний для його переборювання, перевищує момент на карданному валі у штатному режимі роботи насоса-дозатора, і водночас є меншим аніж момент на вхідному та, відповідно, карданному валах в насосному режимі його роботи. На Фіг.9 зображений окремо модифікований варіант конструкції складеного карданного вала з пружними елементами у вигляді відрізків пружинного дроту, середньою частиною встановлених у наскрізних отворах 29 проміжної частини 11, а своїми кінцями у отворах 27 і 28 кінцевих частин складеного карданного вала; Насос-дозатор працює в такий спосіб. При справно працюючому приводному насосі і нерухомому вхідному валі 2 робоча рідина, що надходить на вхід насоса-дозатора, проходить далі через систему каналів у розподільному блоці 1 (на кресленнях не показані) і, минаючи дозуючу секцію, зливається в бак. При повороті вхідного вала 2 у той чи інший бік канали в розподільному блоці, що з'єднували перед цим напірну гідролінію зі зливом, перекриваються. Робоча рідина під тиском надходить у робочі камери 6 дозуючої секції, що розширюються, а із камер, що звужуються, робоча рідина витісняється у магістраль управління і далі, до виконавчого органа, наприклад, до гідроциліндра (на кресленнях не показаний). Ротор при цьому виконує складне планетарне обертання, а розподіл робочої рідини здійснюється золотником 3, зв'язаним з ротором складеним карданним валом 7, що працює в даному випадку як одне ціле із взаємним розташуванням його частин, зображенним на Фіг.3, 4 і 5. Робочий об'єм насоса-дозатора в цьому режимі відповідає вимогам номінального режиму роботи гідроприводу. При цьому забезпечується стійка фіксація кінцевих частин складеного карданного вала одна відносно одної без будь-якої фазової неузгодженості в роботі розподільного блоку і дозуючої секції, і, відповідно, - стабільна і надійна робота насоса-дозатора в штатному режимі. У випадку падіння або різкого зменшення тиску робочої рідини, що надходить до насоса-дозатора, через, наприклад, вихід з ладу приводного насоса, насос-дозатор автоматично переходить на аварійний, насосний режим роботи. Кінцеві частини карданного вала провертаються одна відносно одної і займають положення при лівому напрямку обертання вхідного вала, показане на Фіг.6, а при правому - на Фіг.7. При цьому робоча рідина всмоктується з підвідної магістралі і нагнітається під тиском до виконавчого органа, що приводить до суттєвого зростання крутячого моменту, необхідного для приводу насоса-дозатора, як на вхідному, так і, відповідно, на карданному валах. Кінцеві частини карданного вала при цьому, переборюючи зусилля попередньої деформації пружних елементів, провертаються одна відносно іншої, в залежності від напряму обертання вхідного вала, або за рахунок кутових зазорів поміж торцевими виступами проміжної частини карданного вала і кінцевої його частини, з'єднаної з золотником розподільного блоку, або протилежними виступами проміжної частини і виступами кінцевої частини карданного вала, з'єднаної з ротором дозуючої секції, а завдяки фазовій неузгодженості в роботі розподільного блоку і дозуючої секції, що виникає наразі, робочий об'єм насоса-дозатора зменшується до розміру, який забезпечує можливість його ручного приводу в насосному режимі без надмірних мускульних зусиль оператора. У випадку часткового зниження тиску на вході в насос-дозатор, наприклад, через падіння характеристик приводного насоса внаслідок зносу його деталей та одночасне підвищення температури робочої рідини і відповідне зменшення її в'язкості, може виникати перехідний режим роботи з неповним взаємним поворотом частин карданного вала у межах кутових зазорів поміж ними. При цьому робочий об'єм насосадозатора приймає деяке проміжне значення між максимальним і мінімальним, а недолік потужності приводного насоса компенсується за рахунок зусиль оператора (водія), чим забезпечується стійка робота насоса-дозатора в перехідному режимі.