Гідромашина аксіальна гармонічна

Реферат: Винахід належить до роторних машин, що перетворюють енергію потоку рідини в механічну енергію або навпаки, і може бути використаний в машинобудуванні. Гідромашина аксіальна гармонічна має кільцеві робочі камери та розташовані в них кільцеві витискувачі з гармонічними хвильовими конгруентними поверхнями на їхніх торцях. При обертанні робочого вала разом з витискувачами вони періодично прилягають або віддаляються від нерухомих поверхонь робочих камер, здійснюючи при цьому такти робочого циклу. Робоча рідина спрямовується за допомогою гідророзподільника. Синусоїдальна форма згаданих поверхонь забезпечує плавність ходу, широкий діапазон можливих обертів вала, оборотність і реверсивність гідромашини. Винахід сприяє спрощенню конструкції гідромашини і підвищенню її питомої потужності. UA 102967 C2 (12) UA 102967 C2 UA 102967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до пристроїв, призначених для перетворення енергії потоку рідини в механічну енергію або навпаки, і може бути використаний в машинобудуванні. Відома аксіально-поршнева гідромашина, що складається з блоку аксіальних циліндрів, де встановлено поршні, які шарнірно взаємодіють з похило розташованим диском, що створює необхідний крутний момент на валу двигуна. Крім того, гідромашина має гідро розподільник для подачі робочої рідини під поршень. [Петров В.А. Гидрообъѐмные трансмиссии самоходных машин. - М.: Машиностроение, 1999. - С. 54-72]. Відома аксіально-поршнева гідромашина, яка складається з корпусу, гідророзподільника, робочої камери і витискувачів у вигляді поршнів, взаємодіючих з відповідним силовим елементом у вигляді упорного (похилого) диску, що перетворює зворотно-поступальний рух поршнів в обертальний [А.С. СССР № 826069, М.Кл. F 03 С1/04, Опубл., 30.04.1981]. Недоліками таких гідромашин є однократність дії поршнів за один оберт вихідного вала, що знижує їх продуктивність, низький питомий крутний момент на одиницю маси, а також необхідність в додаткових вузлах для перетворення поступального руху поршнів в обертальний рух вихідного вала, висока складність конструкції і вартість виготовлення, великі розміри і маса гідромашини. Найбільш близькою по технічній суті і ефективності є гідромашина аксіальна, що містить корпус, шліцевий вал, кільцеві витискувачі у вигляді корончастих плунжерів з торцевими зубцями і відповідними шліцами, нерухомі упорні диски у вигляді кілець з відповідними торцевими зубцями, робочі камери і гідророзподільник [Патент України на корисну модель № 58638, М.Кл. F 03C 1/00, Опубл., 26.04.2011, Бюл. № 8, 2011]. Недоліками цієї гідромашини аксіальної є: неможливість реверсу обертання, що звужує область її застосування; зміна швидкості витискувачів по пилкоподібному закону, що створює динамічні навантаження і вібрацію гідромашини; вузький діапазон частот обертання вала, зміщений в область низьких обертів, що вимагає застосування редукторів, складність конструкції і висока вартість гідромашини. В основу винаходу поставлена задача створити таку гідромашин аксіальну гармонічну, в якій, завдяки новому компонуванні деталей і їх елементів, а саме, кільцевих робочих камер і розташованих в них кільцевих витискувачів з гармонічними хвильовими поверхнями на торцях, забезпечена плавність ходу, широкий діапазон можливих обертів вала, оборотність, реверсивність, багаторазовість дії, спрощення конструкції, зменшення габаритів, маси і вартості. Поставлена задача вирішується тим, що гідромашин аксіальна гармонічна, яка містить корпус, вал зі шліцами, двосторонні кільцеві витискувачі з відповідними шліцами, робочі камери і гідророзподільник, згідно з винаходом вона забезпечена робочими камерами з дзеркально симетричними гармонічними хвильовими поверхнями, між якими розташовані двосторонні кільцеві витискувачі, виконані у вигляді конгруентних гармонічних хвиль зі зсувом фаз між гармонічними хвильовими поверхнями сусідніх кільцевих витискувачів, який визначається за формулою: Θ=2·π/n·m, де n - число періодів коливань кільцевого витискувача за один оберт вала; m - кількість кільцевих витискувачів. Крім того, доцільно гідророзподільник виконати у вигляді двох зовнішніх гідромагістралей, підведених до розподільних порожнин в кришці корпусу, до яких з торця вала примикають парні торцеві вікна, що переходять у парні осьові і радіальні канали, сполучені з кільцевими проточками на валу і, далі, з робочими камерами, а кількість розподільних порожнин дорівнює подвоєному числу n періодів коливань кільцевих витискувачів за один оберт вала. За рахунок того, що гідромашина аксіальна гармонічна (ГМАГ) забезпечена робочими камерами зі дзеркально симетричними гармонічними хвильовими поверхнями, між якими розташовані двосторонні кільцеві витискувачі, виконані у вигляді конгруентних гармонічних хвиль, досягається оборотність, реверсивність і багаторазовість ходу. За рахунок можливої зміни кількості періодів коливань кільцевого витискувача за один оберт вала і використання його зворотного ходу можливо значно збільшити робочий об'єм, що призводить до компактності конструкції й зниженню її маси. За рахунок завдання кута зсуву фаз Θ між гармонічними хвильовими поверхнями сусідніх витискувачів знижується нерівномірність роботи і досягається взаємна компенсація динамічних зусиль від дії кільцевих витискувачів. Завдяки тому, що гідророзподільник виконано у вигляді двох зовнішніх гідромагістралей, підведених до розподільних порожнин у кришці корпусу, до яких з торця вала примикають парні торцеві вікна, що переходять у парні осьові і радіальні канали, сполучені з кільцевими 1 UA 102967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 проточками на валу і, далі, з робочими камерами, досягається компактність конструкції, можливість створення рівномірного потоку робочої рідини і зниження пульсацій потоку робочої рідини і тиску в гідросистемі. Крім того, завдяки тому, що кількість розподільних порожнин дорівнює подвоєному числу n періодів коливань кільцевих витискувачів, забезпечується працездатність гідромашини, її оборотність і реверсивність. Технічна суть і принцип дії запропонованої ГМАГ пояснюється кресленням, на якому на фіг. 1 зображено поздовжній розріз ГМАГ, головний вигляд, на фіг. 2 - розгортка по середньому діаметру кільцевих витискувачів на фіг. 1, фіг. 3 - розріз А-А на фіг. 1, на фіг. 4 - розріз В - В на фіг. 1. Гідромашина аксіальна гармонічна ГМАГ складається з корпусу 1, на внутрішній поверхні якого виконано шліцеве з'єднання 2, на якому закріплено нерухому втулку 3 з внутрішніми упорними кільцями 4, які утворюють робочі камери 5 з торцями 6 в вигляді дзеркально симетричних гармонічних хвильових поверхонь. Усередині робочих камер 5 між їх торців 6 розташовано двосторонні кільцеві витискувачі 7, виконані у вигляді конгруентних гармонічних хвиль зі зсувом фаз Θ між гармонічними хвильовими поверхнями сусідніх кільцевих витискувачів 7. Зсув фаз визначається за формулою: Θ=2·π/n·m, де n - число періодів коливань кільцевого витискувача за один оберт вала; m - кількість кільцевих витискувачів. Кільцеві витискувачі 7 можуть здійснювати по шліцах 8 зворотно-поступальне переміщення відносно вала 9. Корпус 1 з торців закрито кришками 10 і 11. Можливо виконати рівноцінний варіант конструкції, заснований на використанні принципу відносності руху витискувачів і упорних кілець, тобто коли кільцеві витискувачі 7 є нерухомими і виконують роль упорних кілець 4, а останні в цьому випадку стають рухливими і виконують роль витискувачів. Дві зовнішні гідромагістралі 12 підведено до кришки корпусу 11, де виконано розподільні порожнини 13, до яких з торця вала 9 примикають парні торцеві вікна 14, які переходять у парні осьові канали 15, з'єднані з радіальними каналами 16. Останні пов'язані з кільцевими проточками 17 на валу 9 і, далі, з робочими камерами 5. ГМАГ працює таким чином. У режимі гідронасоса за рахунок зовнішнього крутного моменту створюють обертальний рух привідного вала 9 разом з кільцевими визискувачами 7. При цьому обертальний рух кільцевих витискувачів 7 перетвориться завдяки виконаним на них гармонічним хвильовим поверхням, які взаємодіють з відповідними поверхнями нерухомих упорних кілець 4, в аксіальний зворотнопоступальний рух, що узгоджено змінює сусідні об'єми робочих порожнин 5. При цьому за допомогою гідророзподільника формується рух робочої рідини в гідросистемі. При роботі гідромашини в режимі гідромотора робоча рідина надходить у внутрішню розподільну порожнину 13, звідки вона подається до торцевих вікон 14, формуючих різноспрямовані потоки в парні осьові 15 і радіальні 16 канали. Через кільцеві проточки 17 робоча рідина надходить у робочі камери 5, змушуючи кільцеві витискувачі 7 вчиняти гармонічне коливальне переміщення, які спричиняють при взаємодії витискувачів 7 з упорними кільцями 4 обертальний рух вала 9. Завдяки зсуву фаз Θ надходження робочої рідини під кільцеві витискувачі 7 і відносного зсуву фаз Θ між ними відбувається рівномірне обертання вала 9 без мертвих положень при формуванні вихідного крутного моменту. Таким чином, запропонована ГМАГ є високомоментно-оборотною і реверсивною, працює в режимі багаторазової дії з високою плавністю ходу в широкому діапазоні обертів, вона проста по конструкції, у виготовленні та експлуатації, малогабаритна, має високе співвідношення потужності до маси, що може забезпечити їй широкий діапазон застосування в різних галузях машинобудування. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 1. Гідромашина аксіальна гармонічна, що містить корпус, вал зі шліцами, кільцеві витискувачі з відповідними шліцами, робочі камери і гідророзподільник, з'єднаний із зовнішніми гідромагістралями, яка відрізняється тим, що вона забезпечена робочими камерами зі дзеркально симетричними гармонічними хвильовими поверхнями, між якими розташовано двосторонні кільцеві витискувачі, виконані у вигляді конгруентних гармонічних хвиль зі зсувом 2 UA 102967 C2 5 10 фаз між гармонічними хвильовими поверхнями сусідніх кільцевих витискувачів, який визначається за формулою: =2·/n·m; де n - число періодів коливань кільцевого витискувача за один оберт вала; m - кількість кільцевих витискувачів. 2. Гідромашина за п. 1, яка відрізняється тим, що гідророзподільник виконано у вигляді двох зовнішніх гідромагістралей, підведених до розподільних порожнин у кришці корпусу, до яких з торця вала примикають парні торцеві вікна, що переходять у парні осьові і радіальні канали, сполучені з кільцевими проточками на валу і, далі, з робочими камерами, а кількість розподільних порожнин дорівнює подвоєному числу n періодів коливань кільцевих витискувачів за один оберт вала. 3 UA 102967 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4