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 гармонійна має кільцеві робочі камери та розташовані в них кільцеві витискувачі з гармонійними 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. Гармонійна 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 103580 C2 (12) UA 103580 C2 UA 103580 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до пристроїв, призначених для перетворення механічної енергії в енергію потоку рідини або навпаки, і може бути використаний в машинобудуванні. Відома аксіально-поршнева гідромашина, що складається з блока аксіальних циліндрів з робочими камерами, де встановлено поршні які шарнірно взаємодіють з похило розташованим диском, що створює необхідний крутний момент на валу двигуна. Крім того, гідромашина мас гідророзподільник для подачі робочої рідини під поршень. [Петров Β.А. Гидрообъёмные трансмиссии самоходных машин. - Μ.: 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) диска, що перетворює зворотно-поступальний рух поршнів в обертальний [А.С. СССР № 826069, М.Кл. F 03 С1/04, Опубл. 30.04.81]. Недоліками таких гідромашин є однократність дії поршнів за один оберт вихідного вала, що знижує їх продуктивність, необхідність в додаткових вузлах для перетворення поступального руху поршнів в обертальний рух вихідного вала, низький питомий крутний момент на одиницю маси, великі розміри і маса гідромашини, висока складність конструкції і вартість виготовлення. Найбільш близькою по технічній суті і ефективності є гідромашина аксіальна, що містить корпус, шліцьовий вал, робочі камери з кільцевими витискувачами у вигляді корончатих 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 за № 58638, М.Кл. F 03С 1/00, Опубл., 26.04.2011, Бюл. № 8, 2011]. Недоліками цієї гідромашини аксіальної є нерівномірність зміни швидкості витискувачів по пилкоподібному закону, що може створювати динамічні компоненти навантаження і вібрацію; неможливість реверсу обертання, що звужує область застосування; вузький діапазон частот обертання шліцьового вала, зміщений в область низьких обертів (до 400 об/хв.), що вимагає застосування редукторів для великих обертів, складність конструкції і висока вартість гідромашини. В основу винаходу поставлено задачу створити таку гідромашину аксіальну гармонійну (ГМАГ), в якій, завдяки новому компонуванню деталей і їх елементів, а саме робочих камер і розташованих в них витискувачів з гармонійними хвильовими поверхнями на торцях, забезпечено плавність ходу, широкий діапазон можливих обертів шліцьового вала, оборотність (насос-мотор), реверсивність, багаторазовість дії, спрощення конструкції, зменшення габаритів, маси і вартості. Ця технічна задача розв'язується тим, що у ГМАГ, яка містить корпус, шліцьовий вал і кільцеві витискувачі з відповідними шліцами, робочі камери і гідророзподільник з'єднаний із зовнішніми гідромагістралями, згідно з винаходом, робочу камеру виконано зі дзеркально симетричними гармонійно-хвильовими поверхнями на торцях, між якими розміщено витискувач з відповідними поверхнями у вигляді конгруентно-зсунутих повздовж осі гармонійних хвиль. Крім гою, гідромашину аксіальну гармонійну ГМАГ доцільно обладнати декількома робочими камерами, де сусідні витискувачі розміщено зі зсувом фаз між гармонійними хвильовими поверхнями на кут, який визначається за формулою:  =2·/n·m, де n - кількість робочих камер; m - число періодів коливань витискувача за один оборот шліцьового вала. Доцільно, крім того, напірну гідромагістраль підвести до розподільної груби, нерухомо встановленої в центрі шліцьового вала і з'єднаної через свої радіальні отвори і відповідні отвори у шліцьового валу з кожною робочою камерою, обладнаною розподільчим кільцем, встановленим за допомогою штифта на визискувачі, і що має перепускні отвори, які з'єднують робочу камеру з вихідною камерою у корпусі. За рахунок того, що ГМАГ забезпечено робочими камерами з дзеркально симетричними гармонійними хвильовими поверхнями, між якими розташовано двосторонні витискувачі, викопаних у вигляді конгруентних гармонійних хвиль, досягається оборотність, реверсивність і багаторазовість ходу. Завдяки можливій зміні кількості періодів коливань кільцевого витискувача за один оберт шліцьового вала можливо значно збільшити робочий об'єм, що дає компактність конструкції й зниження її маси. Завданням кута зсуву фаз  між гармонійними хвильовими поверхнями сусідніх витискувачів досягається значне зниження нерівномірності роботи і взаємна компенсація динамічних зусиль від дії кільцевих витискувачів. Завдяки тому, що напірну гідромагістраль підведено до розподільної труби, нерухомо встановленої в центрі шліцьового вала і з'єднаної через свої радіальні отвори і відповідні отвори у шліцьовому валу з кожною робочою камерою, обладнаною розподільчим кільцем, 1 UA 103580 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 встановленим за допомогою штифта на визискувачі, і що має перепускні отвори, які з'єднують робочу камеру з вихідною камерою у корпусі, досягається значна компактність конструкції, зменшення її маси, можливість створення рівномірного потоку робочої рідини і зниження пульсацій тиску в гідросистемі, зменшення швидкості вихідного потоку робочої рідини, суттєве покращення параметрів охолодження. Технічна суть і принцип дії запропонованої ГМАГ пояснюється кресленнями, на яких на фіг. 1 зображено головний вид з поздовжнім розрізом гідромашини аксіальної гармонійної ГМАГ, на фіг. 2 - розгортка витискувачів на фіг. 1, фіг. 3 - розріз А-А на фіг. 1. ГМАГ складається з корпусу 1, на внутрішній поверхні якого через шліцьове з'єднання 2 закріплені нерухомі втулки 3 та 4 таврової форми з внутрішніми упорними кільцями 5, що утворюють робочі камери 6 з дзеркально симетричними гармонійно-хвильовими поверхнями торців 7. Між ними розміщено витискувачі 8 з відповідними поверхнями торців 9 у вигляді конгруентно-зсунутих повздовж осі гармонійних хвиль. Крім того, між робочою камерою 6 і втулками 3 і 4 встановлено розподільче кільце 10 за допомогою штифта 11 на витискувачі 8. Це розподільче кільце 10 виконано з перепускними отворами 12 для періодичного випуску потоку з робочої камери 6. Сусідні витискувачі 8 розміщено зі зсувом фаз між гармонійними хвильовими поверхнями торців 9 на кут, який визначається за формулою: =2·/n·m, де m - кількість робочих камор; n - число періодів коливань визискувача за один оберт шліцьового валу. Витискувачі 8 встановлені на шліцах 13 з можливістю зворотно-поступального руху відносно шліцьового вала 14 і обертального руху разом з розподільчими кільцями 10 відносно втулок 3, 4 і корпусу 1. Напірну зовнішню гідромагістраль 15 підведено до розподільної труби 16, яку нерухомо встановлено в центрі шліцьового вала 14 і з'єднано з кожною робочою камерою 6 отворами 17 з відповідними отворами 18 у шліцьовому валу 14, на якому виконано кільцеві проточки 19. Випускну зовнішню гідромагістраль 20 підведено до вихідної камери 21 в корпусі 1, яку в свою чергу з'єднано з кожною робочою камерою 6 через отвори 22 в корпусі 1 і отвори 23 в нерухомих втулках 3 і 4, а далі - через отвори 12 в розподільчих кільцях 10. ГМАГ працює таким чином. Роботу гідромашини ГМАГ в режимі гідронасоса створюють зовнішнім крутним моментом через шліцьовий вал 14, який обертається разом з витискувачами 8 і встановленим на ньому за допомогою штифта 11 розподільчим кільцем 10. Останні своїми гармонійно-хвильовими торцями 9 взаємодіють з відповідними торцями 7 нерухомих упорних кілець 5 і одержують аксіальний зворотно-поступальний рух, що узгоджено змінює сусідні об'єми порожнин у робочих камерах 6. Це забезпечує рух робочої рідини з заданим тиском в гідросистемі. При роботі гідромашини ГМАГ в режимі гідромотора робоча рідина від напірної гідромагістралі 15 надходить у розподільну трубу 16, звідки вона іде через систему послідовних отворів 17, 18 і кільцеву проточку 19 в робочу камеру 6, змушуючи кільцеві витискувачі 8 виконувати аксіальні коливання по гармонійному закону. При взаємодії торців 9 витискувачів 8 з торцями 7 упорних кілець 5 виникає обертальний рух шліцьового вала 14. Завдяки зсуву фаз  при подачі робочої рідини під кільцеві витискувачі 8 і відповідного відносною зсуву фаз  між ними досягається рівномірне обертання шліцьового вала 14 без мертвих положень при формуванні вихідного крутного моменту. При зміні напряму руху робочої рідини гідромотор одержує протилежний рух. Таким чином, запропонована ГМАГ є реверсивною, оборотною, високомоментною і багатократної дії. їй притаманні плавність обертання, широкий діапазон обертів (від 0 до 3000 об/хв. і більше), простота конструкції, малогабаритність з високим питомим співвідношенням потужності на одиницю маси, яке більше, ніж у серійних гідромашин в 5-9 раз, що може забезпечити їй широкий діапазон застосування в різних галузях машинобудування, особливо для безредукторних трансмісій транспортних і гірничих машин в жорстких умовах їх експлуатації. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 1. Гідромашина аксіальна гармонічна, що містить корпус, шліцьовий вал і витискувачі на ньому з відповідними шліцами, робочі камери і гідророзподільник, з'єднаний із зовнішніми гідромагістралями, яка відрізняється тим, що робочу камеру виконано зі дзеркально симетричними гармонійно-хвильовими поверхнями на торцях, між якими розміщено витискувач з відповідними поверхнями у вигляді конгруентно-зсунутих вздовж осі гармонійних хвиль. 2 UA 103580 C2 5 10 2. Гідромашина за п. 1, яка відрізняється тим, що має декілька робочих камер, в яких сусідні витискувачі розміщено зі зсувом фаз між гармонійними хвильовими поверхнями на кут, який визначається за формулою: Θ=2·π/n·m, де n - кількість робочих камер; m - число періодів коливань витискувача за один оберт вала. 3. Гідромашина за п. 1, яка відрізняється тим, що напірну гідромагістраль підведено до розподільної труби, нерухомо встановленої в центрі вала і з'єднаної через свої радіальні отвори і відповідні отвори у валу з кожною робочою камерою, що має розподільче кільце, встановлене за допомогою штифта на визискувачі, і має перепускні отвори, які з'єднують робочу камеру з вихідною камерою у корпусі. 3 UA 103580 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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