Аксіально-поршнева гідромашина

1. Аксіально-поршнева гідромашина, що містить корпус з торцевим розподільником, вал з похилим диском і установлений на валу блок циліндрів з поршнями, що складається з двох частин, установлених з гарантованим зазором одна відносно іншої, перша з яких, що прилягає до похилого диска, кінематично зв'язана з валом, а друга підпружинена до торцевого розподільника, що має канали високого и низького тиску, і встановлена з гарантованим кільцевим радіальним зазором відносно вала, яка відрізняється тим, що друга частина блока циліндрів установлена з гарантованим радіальним зазором на штифтах, які розміщені в аксіальних отворах, виконаних у двох частинах блока циліндрів, жорстко з'єднані з першою частиною блока циліндрів, при цьому перша частина блока циліндрів жорстко з'єднана з валом. 2. Аксіально-поршнева гідромашина за п. 1, яка відрізняється тим, що штифти, на яких установлена з зазором друга частина, виконані конічними і C2 2 (11) 1 3 лений на валу блок циліндрів з поршнями, що складається з двох частин, установлених з гарантованим зазором одна відносно іншої, одна з яких, що прилягає до похилого диску, кінематично зв'язана з валом, а друга підпружинена до торцового розподільника, що має канали високого и низького тиску. В процесі роботи гідромашини в режимі гідромотора зусилля, що створює тиск рідини на поршні, передається через штовхані на наклонний диск. Тангенціальна складова цього зусилля приводить барабан (а відповідно, і вал з блоком циліндров) до обертання. Тангенціальні зусилля, що створюють крутний момент, сприймається барабаном і штовхачами. Штовхачі контактують з поршнями і передають на них і блок ціліндрів тільки осьове зусилля. Відсутність в даній гідромашині примусового ведення поршнів не дозволяє використовувати її при роботі на самовсмоктуванні в режимі насоса, а використання її при роботі в режимі гідромотора вимагає створення додаткового підпору в зливній гідролінії, що суттєво зменшує величину створюваного крутного моменту. Також відома аксіально-поршнева гідромашина за [авт. св. СРСР №1038547, М. кл.3, опубл. 30.08.83 в бюл. №32], яка містить корпус з торцевим розподільником, вал з похилим диском і установлений на валу блок циліндрів з поршнями, що складається з двох частин, установлених з гарантованим осьовим зазором одна відносно іншої, одна з яких, що прилягає до похилого диска, кінематично зв'язана з валом, а друга підпружинена до торцового розподільника, що має канали високого і низького тиску, і установлена на поршнях с гарантованим кільцевим радіальним зазором відносно вала. Частина блока циліндрів, що підпружинена до торцового розподільника, також може бути зв'язана з валом за допомогою шліцьового з'єднання в зоні контакта поршня з цією частиною блока циліндрів. Відома конструкція гідромашини за рахунок примусового ведення поршнів дозволяє використовувати її при роботі на самовсмоктуванні в режимі насоса, а також при роботі в режимі гідромотора без створення додаткового гідравлічного підпора в зливній гідроліті Установка другої частини блока циліндрів виключно на поршнях одночасно з гарантованим кільцевим зазором по всій її поверхні відносно вала забезпечує осьову самоустановку другої частини блока циліндрів під дією пружини, що притискає її до торцевого розподільника, що забезпечує еквідістантність зазору у розподільному вузлі, утвореному між суміжними ущільнюючими розподільними поверхнями другої частини блока циліндрів і торцевого розподільника. Оскільки, друга частина блока циліндрів вільно установлена на поршнях, то під дією крупного моменту, що виникає внаслідок дії радіальної складової реакційних сил зі сторони похилого диска на підп'ятники, поршні своєю поверхнею будуть опиратися і тиснути на протилежні краї цілиндричних розточек першої частини блока циліндрів, яка кі 80309 4 нематично зв'язана з валом. При цьому, вказаний крутний момент на поршнях буде урівноважуватися парами радіальних реакційних сил, що діють на поршні з боку першої частини блока циліндрів, а місця їх прикладання знаходяться в межах першої частини блока циліндрів, тобто ці пари радіальних реакційних сил діють на малому плечі. У зв'язку з тим, що пари радіальних реакційних сил діють на малому плечі, в межах першої частини блока циліндрів, ці сили будуть значними за величиною і тому вони створюватимуть в місцях їх дії значні контактні напруження, що можуть значно перевищувати допустимі контактні напруження в матеріалі поршнів або першої частини блока циліндрів, що приведе до швидкої поломки гідромашини. Для запобігання цього першу частину блока циліндрів необхідно виконувати зі збільшеним осьовим габаритом. Але це приведе до збільшення довжини поршнів і осьового габариту а також маси всієї гідромашини. Запропоноване в цьому авторському свідоцтві друге конструктивне виконання установки другої частини блока циліндрів, яке полягає в тому, що друга частина блока циліндрів установлена на поршнях і одночасно зв'язана з валом за допомогою шліцьового з'єднання в зоні контакта поршня з цією частиною блока циліндрів, на практиці приводить цю конструкцію до першого конструктивного виконання за [авт. св. СРСР №1038547], коли друга частина блока циліндрів вільно установлена на поршнях і не опирається на вал. Це пов'язано з тим, що величини допусків на виготовлення шліцьового з'єднання вала з другою частиною блока циліндрів значно перевищують величини допусків між поршнями і розточками під поршні в частинах блока циліндрів, оскільки діаметр шліцьового з'єднання вала з блоком циліндрів значно перевищує діаметр розточок під поршні в частинах блока циліндрів. Тому друга частина блока циліндрів під час роботи гідромашини, маючи змогу зміщуватися в радіальному напрямку відносно першої частини блока циліндрів в межах величини зазорів в шліцьовому з'єднанні між другою частиною блока циліндрів і валом, буде повністю утримуватися на поршнях, не опираючись на вал як і в першому випадку, оскільки величини радіальних зазорів в шлицьовому з'єднанні значно перевищують величину радіальних зазорів між поршнями і розточками під них в частинах блока циліндрів. При цьому поршні при передачі крупного моменту на блок циліндрів, що виникає внаслідок дії радіальної складової реакційних сил зі сторони похилого диска на підп'ятники, будуть, як і в першому випадку, опиратися на протилежні краї першої частини блока циліндрів, створюючи значні контактні напруження в першій частині блока циліндрів в зонах дії пар радіальних реакційних сил, які урівноважують вказаний крупний момент. Тому і у цьому випадку також пари радіальних реакційних сил, що урівноважують крутний момент, будуть діяти на малому плечі, в межах осьового габариту першої частини блока циліндрів, і вони будуть створювати значні контактні зусилля на поршнях і в першій частині, що приведе до швидкого їх зносу і поломки гідромашини. Якщо ж шліцеве з'єднання вала з другою 5 частиною блока циліндрів виконувати з малими допусками, які менше ніж допуски між поршнями і розточками під поршні в частинах блока циліндрів, то це може привести до заклинення шліцьового з'єднання, порушення еквідистантності зазору у розподільному вузлі, утвореному між суміжними ущільнюючими розподільними поверхнями другої частини блока циліндрів і торцевого розподільника, привести до необхідності збільшити зусилля пружини, що притискає другу частину блока циліндрів до торцового розподільника, і навіть до поломки гідромашини внаслідок перекосу другої частини блока циліндрів, що має шліцеве з'єднання на досить малому осьовому відрізку з валом. Як найближчий аналог гідромашини, що заявляється, вибрана відома аксіально-поршневої гідромашини, в якої друга частина блока циліндрів установлена виключно на поршнях і яка зображена на Фіг.1 креслень опису до [авт. св. СРСР №1038547]. Спільними ознаками найближчого аналога і гідромашини, що заявляється є "Аксіальнопоршнева гідромашина, що містить корпус з торцевим розподільником, вал з похилим диском і установлений на валу блок циліндрів з поршнями, що складається з двох частин, установлених з гарантованим зазором одна відносно іншої, перша з яких, що прилягає до похилого диска, кінематично зв'язана з валом, а друга підпружинена до торцового розподільника, що має канали високого и низького тиску, і встановлена с гарантованим кільцевим радіальним зазором відносно вала". Технічною задачею даного винаходу є удосконалення аксіально-поршневої гідромашини, яка містить блок циліндрів, що складається з двох частин, установлених з гарантованим осьовим зазором одна відносно іншої, в якій за рахунок установки другої частини блока циліндрів на штіфтах і з гарантованим радіальним зазором між другою частиною блока циліндрів і валом, забезпечується збільшення плеча, на якому діють радіальні реакційні сили в блоці циліндрів, викликані дією крутного моменту, що виникає внаслідок дії радіальної складової реакційних сил зі сторони похилого диска на підп'ятники, без збільшення осьового габариту першої частини блока циліндрів, завдяки чого зменшуються контактні напруження в поршневих парах, утворених поршнями гідромашини і розточками під поршні в частинах блока циліндів, що дозволяє підвищити довговічність роботи гідромашини, а також збільшити механічний к.к.д. гідромашини і момент зрушування гідромашини під час її роботи в режимі гідромотора. Поставлена технічна задача вирішується за допомогою аксіально-поршневої гідромашини, що містить корпус з торцевим розподільником, вал з похилим диском і установлений на валу блок циліндрів з поршнями, що складається з двох частин, установлених з гарантованим осьовим зазором одна відносно іншої, перша з яких, що прилягає до похилого диска, кінематично зв'язана з валом, а друга підпружинена до торцового розподільника, що має канали високого и низького тиску, і встановлена с гарантованим кільцевим радіальним зазором відносно вала, в якій згідно з винаходом друга 80309 6 частина блока циліндрів, установлена на штифтах, які розміщені в аксіальних отворах, виконаних у двох частинах блока циліндрів, і жорстко з'єднані з першою частиною блока циліндрів, при цьому перша частина блоку циліндрів жорстко з'єднана з валом. При установці другої частини блока циліндрів на штифтах, жорстко зафіксованих в першій частині блока циліндрів при жорсткому з'єднанні першої частини блока циліндрів з валом, за рахунок меншої величини зазорів у штифтових з'єднаннях другої частини блока циліндрів у порівнянні з величинами зазорів між поршнями і розточками в блоці циліндрів, передача крутного моменту, що виникає внаслідок дії радіальної складової реакційних сил зі сторони похилого диска на підп'ятники, від поршнів до гідромашини здійснюється одночасно на дві частини блока циліндрів, оскільки поршень опиратися одночасно на стінки розточек двох частин блока циліндрів, а не на одну частину, як в найближчому аналозі. Тому пари радіальних реакційних сил, що виникають під дією цього крутного моменту в блоці циліндрів при передачі його від поршня на блок циліндрів, діють на плечі, яке значно перевищує осьовий габарит першої частини блока циліндрів. Це зменшує величину радіальних реакційних сил в блоці циліндрів, а отже і контактні зусилля в зонах контакта поршня з частинами блока циліндрів. Це також забезпечує підвищення довговічності гідромашини, збільшує механічний к.п.д. гідромашини, за рахунок зниження тертя в поршневих парах, і зменшує момент зрушення гідромашини під час роботи її в режимі гідромотора, оскільки для забезпечення еквідістантності зазора потрібне менше зусилля пружини, що притискає другу частину блока циліндрів, яка установлена з можливістю осьового переміщення на штифтах, до торцового розподільника. Штифти, на яких установлена з зазором друга частина, можуть бути виконані конічними і запресовані в конічні отвори, виконані в першій частині блока циліндрів зі сторони її торця, протилежного торцю, який обернений до другої частини блока циліндрів, при цьому отвори під штифти в другій частині блока циліндрів також виконані конічними. Виконання штифтів конічними, а також виконання отворів під ці штифти у двох частина блока циліндрів конічними забезпечує спрощення технології виготовлення частин блока циліндрів у малосерійному виробництві і одночасно дозволяє досягти мінімальних гарантованих зазорів у шліцьовому з'єднанні другої частини блока циліндрів. Це досягається, коли частини блока циліндрів виготовляють з однієї заготовки блока циліндрів і розрізають на дві частини блока циліндрів після виконання аксіальних отворів у заготовці блока циліндрів, а потім ці дві частини блока циліндрів використовують разом в одній гідромашині, що забезпечує соосність аксіальних отворів, виконаних у цих частинах. Осі аксіальних отворів під штифти в поперечному перетині блоку циліндрів рівномірно розміщені по колу, яке концентрично колу, на якому розміщені осі аксіальних розточек під поршні, виконаних в частинах блока циліндрів. 7 Таке виконання отворів є найбільш доцільним з точки зору досягнення симетрії конструкції і уникнення зміщення центра маси другої частини блока циліндрів відносно осі її обертання, яка співпадає з віссю обертання вала. Радіус кола, на якому розміщені осі отворів під штифти більший за радіус кола, на якому розміщені осі аксіальних розточок під поршні. Таке виконання є найбільш доцільним з точки зору забезпечення мінімальних габаритів гідромашини, а також зменшення радіальних зусиль на штифти, так як передача крутного моменту від першої частини блока циліндрів до другої здійснюється на більшому радіусі. Кількість штифтів, на яких установлена друга частина блока циліндрів може дорівнювати кількості поршнів. Таке конструктивне виконання забезпечує найбільшу кількість установки штифтів, що не потребує додаткового збільшення радіального розміру блока циліндрів. Установка такої кількості штифтів зменшує навантаження на кожний з цих штифтів, а отже ці штифти можуть бути виконані меншого діаметра, що не потребує для їх установки значного збільшення радіального габарита блока циліндрів, а отже і радіального габарита гідромашини. Вал однією своєю крайньою частиною безпосередньо установлений в одному радіальноупорному двусторонньому підшипнику кочення, а перша частина блока циліндрів установлена безпосередньо в радіальному роликовому підшипнику кочення. Таке конструктивне виконання дозволяє зменшити радіальні навантаження на вал гідромашини. Вал двома своїми крайніми частинами установлений безпосередньо у двох радіально-упорних підшипниках кочення. При такому конструктивному виконанні досягається найменший радіальний габарит гідромашини, так як відпадає потреба у використанні підшипника великого діаметра для установки в ньому першої частини блока циліндрів. Заявлений винахід відповідає критерію «новизна», оскільки він не відомий з рівня техніки. Він також відповідає критерію «винахідницький рівень», оскільки запропоноване технічне рішення для фахівця не випливає з рівня техніки. Винахід також відповідає критерію «промислова придатність», оскільки конструкція аксіально-поршневої гідромашини, що заявляється, відрізняється від найближчого аналога лише наявністю додаткових конструктивних ознак, що як і усі інші його конструктивні ознаки легко технологічно виконати в умовах сучасного виробництва аксіально-поршневих гідромашин, а покращені робочі характеристики запропонованої гідромашини дозволяють використати її в промисловості. Більш детально пристрій, що заявляється, описаний нижче з посиланням на креслення Фіг.1 Фіг.6, які додаються. На Фіг.1 зображена аксіально-поршнева гідромашина, в якій частина блока циліндрів, що жорстко з'єднана з валом, установлена в радіальному 80309 8 роликовому підшипнику кочення, подовжній розріз; на Фіг.2 - поперечний перетин другої частини блока циліндрів по А-А на Фіг.1; на Фіг.3 - аксіальнопоршнева гідромашина, вал якої встановлений у двох радіально-упорних підшипниках кочення; на Фіг.4 - поперечний перетин другої частини блока циліндрів по А-А на Фіг.3; на Фіг.5 - схема дії зусиль з зазначенням зазорів в блоці циліндрів гідромашини за Фіг.1; на Фіг.6 - схема дії зусиль в блоці циліндрів гідромашини за Фіг.3. Аксіально-поршнева гідромашина (див Фіг.1 і Фіг.3) містить корпус 1, в якому встановлений блок циліндрів, що складається з двох частин 2 і 3, установлених з гарантованим осьовим зазором а одна відносно іншої. Перша частина блока циліндрів 2, що прилягає до похилого диска 4, напресована на вал 5 і додатково з'єднана з ним за допомогою двох шпонок 6. В аксіальних розточках 7, 8 блока циліндрів установлені поршні 9 з гідростатичними підп'ятниками 10, які опираються на доріжку ковзання похилого диска 4 і примусово утримуються в контакті з нею прижимним диском 11 і різьбовою втулкою 12. Частина 3 блока циліндрів установлена і центрується на штифтах 13, які розміщені в аксіальних циліндричних отворах 14 і 15, виконаних відповідно у двох частинах 2 і 3 блока циліндрів. Штифти 13 запресовані в отвори 14 блока циліндрів, що забезпечує жорстке нерухоме з'єднання їх з частиною 2 блока циліндрів. З отворами 15 частини блока циліндрів штифти 13 утворюють ходову посадку. Радіальні зазори k між штифтами 13 і внутрішньою поверхнею отворів 15 значно менші ніж радіальні зазори m між поршнями 9 і внутрішньою поверхнею отворів 8, при цьому величина зазорів k забезпечує можливість осьового переміщення частини 3 блока циліндрів на штифтах 13 (див. Фіг.2 і Фіг.4). Штифти 13, на яких установлена з зазором друга частина 3 блока циліндрів, можуть бути виконані циліндричними або конічними. Відповідно аксіальні отвори 14, 15 під штифти 13 також в залежності від форми виконання штифтів 13, виконані як і штифти конічними або циліндричними. Частина 3 блока циліндрів установлена з гарантованим кільцевим радіальним зазором b відносно вала. Пружина 16, що встановлена між частинами 2 і 3 блока циліндрів, притискає частину 3 блока циліндрів до торцового розподільника 17. В торцовому розподільнику 17 виконані серпоподібні канали 18 і 19 високого і низького тиску, які з одного боку сполучені з підвідним каналом 20 і відвідним каналом 21 в корпусі 1, а з іншого боку з розподільними окнами 22 блока циліндрів, що сполучені з робочими камерами 23. Як зображено на Фіг.1 вал 5 разом частиною 2 блока циліндрів, з якою він жорстко з'єднаний, кріпитися в корпусі 1 за допомогою двох підшипників 24 і 25. При цьому вал 1 однією своєю крайньою частиною безпосередньо установлений в підшипнику 24, який виконаний як радіально-упорний двосторонній підшипник кочення, а частина 2 блока циліндрів установлена безпосередньо в підшипнику 25, який виконаний як радіальний роликовий підшипник кочення. Вал 5 може бути також установлений в корпусі 1 безпосередньо своїми край 9 німи частинами у двох радіально-упорних підшипниках кочення 26, як це зображено на Фіг.3. Осі аксіальних отворів 15 під штифти 13 в поперечному перетині блоку циліндрів рівномірно розміщені по колу, яке співпадає (Фіг.2) або концентрично колу (Фіг.4), на якому розміщені осі аксіальних розточек 8 під поршні 9, виконаних в частинах блока циліндрів. Кількість штифтів 13 дорівнює кількості поршнів 9. Переважним є виконання, коли радіус R кола, на якому розміщені осі отворів 15 під штифти 13 більший за радіус г кола, на якому розміщені осі аксіальних розточок 8 під поршні 9 (див. Фіг.4). Аксіально-поршнева гідромашина працює наступним чином. При подаванні робочої рідини під тиском в підвідний канал 20, вона через серпоподібний канал 18 в розподільнику 17 і відповідне розподільне вікно 22 блока циліндрів надходить до робочої камери 23. Під дією тиску робочої рідини поршні 9 здійснюють поступальний рух до похилого диску 4, на якому в гідростатичному підп'ятнику утворюється тангенціальна складова Т від зусилля Р тиску робочої рідини. Тангенціальна складова Т діючи на поршень утворює на ньому крутний момент, який урівноважується парами радіальних реакційних сил R1 і R2, які діють на поршень 9 з боку стінок циліндричних розточек під поршень відповідно в частинах 2 і 3 блока циліндрів на плечі L, яке значно перевищує довжину росточок під поршні в частині 2 блока циліндрів (див. Фіг.5 і Фіг.6). При цьому поршень 9 одною своєю частиною опирається на поверхню розточки 7 частини 2 блока циліндрів, а іншою частиною - на поверхню розточки 8 частини 3 блока циліндрів. Це забезпечується завдяки того, що величина радіального зазору m у штифтовому з'єднанні частини 3 блока циліндрів значно менше ніж величина радіального зазору k в між поршнями і радіальними розточками 7 і 8 під поршні 9 в частинах блока циліндрів. При зміщенні частини 3 блока циліндрів відносно штифта 13, який запресований в отворі частини 2, на величину радіального зазора m, максимальний односторонній зазор між поршнем 9 і частинами 2 і 3 блока циліндрів буде дорівнювати 2k. При цьому, як видно з Фіг.5, поршень 9 опирається на один край (лівий на кресленні) поверхні розточки в частині 2 блока циліндрів і на поверхню розточки частини 3 блока циліндрів. Тому величини радіальних реакційних сил R1 і R2, які діють на плечі L, значно менші, ніж величини сил, що діють в найближчому аналозі. Завдяки чому, в аксіально 80309 10 поршневій гідромашині, що заявляється, зменшуються контактні напруження, які виникають в зонах контакта поршнів 9 з блоком циліндрів гідромашини. Вказаний крутний момент через поршні 9 і частину 2 блока циліндрів передається на вхідний вал 5. При передаванні крутного моменту з'являється радіальне зусилля, яке сприймається підшипниками 4 і 6 (див. Фіг.1 і Фіг.5) або двома підшипниками 26 (див. 3 і Фіг.6) і частиною 2 блока циліндрів, а друга частина блока циліндрів 3 приводиться до обертання штифтами 13 синхронно з першою частиною 2 блока циліндрів і ковзає торцевою поверхнею по поверхні розподільника 17. При цьому розподільні вікна 22 блока циліндрів, з'єднуючись почергово з серпоподібними вікнами 19 і 20 високого і низького тиску, забезпечують робочий процес гідромашини. Завдяки тому, що частина 3 блока циліндрів установлена на штифтах з радіальним зазором m, який дозволяє цій частині блока циліндрів здійснювати осьові переміщення, на торцевий розподільник 17 будуть діяти виключно осьові зусилля від тиску робочої рідини в камерах 23 і зусиллям пружини 16, які не порушують еквідистантність зазору f у розподільному вузлі, утвореному між суміжними ущільнюючими розподільними поверхнями частини 3 блока циліндрів і торцевого розподільника 17 (див. Фіг.5 і Фіг.6), що дозволяє використовувати для забезпечення необхідної герметичності розподільного вузла при меншому зусиллі пружини, що підтискає другу частину 3 блока циліндрів до торцового розподільника 17. Зменшення сили притиснення поверхонь в розподільному вузлі і зменшення сил тертя між поршнем і поверхнею розточок блока циліндрів зменшує момент зрушення гідромашини під час роботи її в режимі гідромотора. У свою чергу за рахунок зменшення сил тертя між поршнями і поверхнями розточок другої частини блока циліндрів зменшується спрацьовування відповідних тертьових поверхонь цих деталей, від яких залежить герметичність робочих камер гідромашини, що збільшує довговічність роботи гідромашини. Аксіально-поршнева гідромашина за рахунок примусового ведення поршней може також працювати на самовсмоктуванні в режимі насоса, а також без додаткового гідравлічного підпору в зливній гідролінії гідромашини - в режимі гідромотора. 11 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 80309 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601