Аксиально-поршневой насос

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Минский государственный высший авиационный колледж(72) Авторы Котлобай Анатолий Яковлевич Котлобай Андрей Анатольевич Колосков Андрей Николаевич Щебетов Константин Борисович Щебетова Елена Константиновна(73) Патентообладатель Минский государственный высший авиационный колледж(57) Аксиально-поршневой насос, содержащий ведущий вал с наклонной шайбой, неподвижный блок цилиндров с двумя группами поршней, взаимодействующих с наклонной шайбой и образующих две группы рабочих полостей, гидрораспределитель, включающий распределительную втулку и две группы диаметрально противоположных сегментных пазов, образованных на поверхности ведущего вала, полости которых связаны с подводящим и отводящим каналами насоса и группами рабочих полостей цилиндров блока через каналы в корпусе насоса и распределительной втулки, отличающийся тем, что обе группы 96802013.10.30 поршней взаимодействуют с одной наклонной шайбой, полости одной из групп сегментных пазов связаны с напорным и всасывающим каналами насоса через радиальные каналы и секторные канавки на наружной поверхности дополнительной распределительной втулки, установленной в корпусе насоса с возможностью поворота относительно оси на угол 0-180, рабочие полости рядом расположенных цилиндров насоса связаны каналами с сегментными пазами различных групп гидрораспределителя насоса.(56) 1. Патент РБ 3838, МПК (2006)15 11/00, 2007. 2. Патент РБ 15487, МПК (2006)15 11/22, 2012. Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в объемном гидроприводе ходового и технологического оборудования технологических машин. Известен аксиально-поршневой насос, содержащий приводной вал с наклонной шайбой, неподвижный блок цилиндров с поршнями, взаимодействующими с наклонной шайбой и образующими рабочие полости, гидрораспределитель с ротором, установленным в распределительной втулке, приводимым во вращение от приводного вала, оснащенным двумя диаметрально противоположными сегментными пазами, полости которых связаны с подводящим и отводящим каналами насоса и рабочими полостями цилиндров блока через продольные и радиальные каналы в корпусе гидрораспределителя и радиальные каналы распределительной втулки 1. Известный аксиально-поршневой насос обладает рядом положительных качеств высоким рабочим давлением быстроходностью компактностью, малыми габаритными размерами и массой высокими значениями объемного и общего КПД. Недостатками известного аксиально-поршневого насоса являются ограниченные функциональные возможности. Это объясняется тем, что аксиально-поршневой насос данной конструктивной схемы не имеет возможности изменения рабочего объема, необходимой для оптимизации режимов работы систем приводов технологического и ходового оборудования. Известен аксиально-поршневой насос, содержащий ведущий вал с наклонной шайбой,неподвижный блок цилиндров с двумя группами поршней, взаимодействующих с наклонной шайбой и образующих две группы рабочих полостей, гидрораспределитель, включающий распределительную втулку и две группы диаметрально противоположных сегментных пазов, образованных на поверхности ведущего вала, полости которых связаны с подводящим и отводящим каналами насоса и группами рабочих полостей цилиндров блока через каналы в корпусе насоса и распределительной втулки 2. Известный аксиально-поршневой насос имеет переменный рабочий объем и может использоваться в гидросистемах приводов технологического и ходового оборудования с переменными режимами нагружения агрегатов. Недостатками известного аксиально-поршневого насоса являются сложность конструкции и низкая надежность работы. Сложность конструкции объясняется тем, что для обеспечения возможности изменения рабочего объема насоса необходимо наличие двух насосных групп с наклонными шайбами, одна из наклонных шайб оснащена сложной гидромеханической системой управления положением, предполагающей наличие отдельного насоса и распределяющей аппаратуры. Низкая надежность работы объясняется тем, что гидромеханическая система изменения положения шайбы, вращающейся с высокой частотой, не обеспечивает стабильного ее положения при изменении нагрузки гидросистемы,что не позволяет обеспечить необходимую подачу насоса. 2 96802013.10.30 Задачей, решаемой полезной моделью, является упрощение конструкции аксиальнопоршневого насоса и повышение надежности его работы. Решение поставленной задачи достигается тем, что в аксиально-поршневом насосе,содержащем ведущий вал с наклонной шайбой, неподвижный блок цилиндров с двумя группами поршней, взаимодействующих с наклонной шайбой и образующих две группы рабочих полостей, гидрораспределитель, включающий распределительную втулку и две группы диаметрально противоположных сегментных пазов, образованных на поверхности ведущего вала, полости которых связаны с подводящим и отводящим каналами насоса и группами рабочих полостей цилиндров блока через каналы в корпусе насоса и распределительной втулки, обе группы поршней взаимодействуют с одной наклонной шайбой, полости одной из групп сегментных пазов связаны с напорным и всасывающим каналами насоса через радиальные каналы и секторные канавки на наружной поверхности дополнительной распределительной втулки, установленной в корпусе насоса с возможностью поворота относительно оси на угол 0-180, рабочие полости рядом расположенных цилиндров насоса связаны каналами с сегментными пазами различных групп гидрораспределителя насоса. Существенные отличительные признаки предлагаемого технического решения упрощают конструкцию и повышают надежность работы аксиально-поршневого насоса за счет применения одной наклонной шайбы, положение которой неизменно относительно гидрораспределителя, и использования малоэнергоемкой электромеханической системы управления гидрораспределителем, обеспечивающей стабильные параметры работы насоса в широком диапазоне нагрузок. На фиг. 1 представлен продольный разрез аксиально-поршневого насоса на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1 на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1 на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1 на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг. 1 на фиг. 7 - разрез Е-Е на фиг. 1 на фиг. 8 - разрез Ж-Ж на фиг. 1. Аксиально-поршневой насос включает ведущий вал 1, установленный в подшипниковом узле 2 корпуса 3 насоса, неподвижный блок цилиндров с четным числом цилиндров,выполненный в корпусе 3. Поршни 4 образуют рабочие полости 5. Поршни 4 прижимаются к поверхности шайбы 6, выполненной заодно с валом 1, с помощью бронзовых башмаков 7, завальцованных на их сферических головках, прижимного диска 8, сферической втулки 9 и пружины 10. Гидрораспределитель насоса включает неподвижную 11 и поворотную 12 распределительные втулки, установленные в корпусе 3. Неподвижная распределительная втулка 11 закреплена в корпусе 3. На наружной поверхности распределительной втулки 11 образованы две кольцевые канавки 13, 14, связанные каналами 15, 16, 17, 18 с отводящим 19 и подводящим 20 каналами насоса. Кольцевые канавки 13, 14 связаны также каналами 21,22 с полостями диаметрально противоположных сегментных пазов 23, 24, с центральными углами, составляющими 180, образованных на наружной поверхности ведущего вала 1. Рабочие полости 5 половины диаметрально противоположных цилиндров насоса связаны радиальными каналами 25, выполненными в корпусе 3 и распределительной втулке 11, с полостями сегментных пазов 26, 27 первой группы насоса, образованных на наружной поверхности ведущего вала 1 и связанных каналами 28, 29 с полостями сегментных пазов 23, 24 первой группы насоса. Сегментные пазы 28, 29 выполнены с центральными углами, составляющими 180. Рабочие полости 5 второй половины диаметрально противоположных цилиндров насоса связаны посредством продольных 30 и радиальных 31 каналов, выполненных в корпусе 3 и распределительной втулке 11, с полостями сегментных пазов 32, 33 второй группы насоса, образованных на наружной поверхности ведущего вала 1. Сегментные пазы 32, 33 связаны также каналами 34, 35 с полостями диаметрально противоположных сегментных пазов 36, 37, с центральными углами, составляющими 180, образованных на наружной поверхности ведущего вала 1. В свою очередь, сегментные пазы 36, 37 связаны 3 96802013.10.30 каналами 38, 39 с полостями секторных канавок 40, 41, выполненных на наружной поверхности поворотной распределительной втулки 12. Полости секторных канавок 40, 41 связаны радиальными каналами 42, 43 с отводящим 19 и подводящим 20 каналами насоса. Для обеспечения поворота распределительная втулка 12 оснащена зубчатым венцом червячного зацепления. Червяк 44 червячного зацепления распределительной втулки 12 установлен в подшипниковых узлах 45 корпуса 3 насоса. Привод червяка 44 осуществляется автономным двигателем 46. Для ограничения угла поворота распределительная втулка 12 оснащена упором 47, взаимодействующим в крайних положениях с ограничителями 48. Рабочие полости 7 рядом расположенных цилиндров насоса 1 связаны с сегментными пазами 26, 27 первой и 32, 33 второй групп. Продольная плоскость сегментных пазов ведущего вала 1 совпадает с плоскостью наклона шайбы 6. Радиальные каналы 25, 31 закрыты технологическими заглушками. Аксиально-поршневой насос работает следующим образом. При работе аксиально-поршневого насоса подводящий канал 20 соединяется с баком гидросистемы (не показан), а отводящий канал 19 соединяется с напорной магистралью потребителя. Вал 1 вращается (по часовой стрелке) от двигателя (не показан) и приводит во вращение наклонную шайбу 6. Наклонная шайба 6 приводит в движение с помощью прижимного диска 8, сферической втулки 9, пружины 10, бронзовых башмаков 7 поршни 4,совершающие возвратно-поступательное движение в блоке цилиндров корпуса 3 (далее блок цилиндров 3). При движении поршней 4 в блоке цилиндров 3 объем рабочих полостей 5 изменяется. Сегментные пазы 26, 27, связанные с рабочими полостями 5 половины цилиндров блока 4 каналами 25, ориентированы относительно плоскости наклона шайбы 6 таким образом,что при вращении ведущего вала 1 по часовой стрелке полость сегментного паза 27 будет связана с полостями 5 тех цилиндров, поршни 4 которых совершают движение наружу, а полость сегментного паза 26 - с полостями 5 цилиндров, поршни 4 которых совершают движение внутрь блока цилиндров 3. При движении поршней 4 первой половины цилиндров блока 3 внутрь блока цилиндров 3 объем рабочих полостей 5 увеличивается, рабочая жидкость из подводящего канала 20 поступает через каналы 18, 16 в полость кольцевой канавки 14 и по каналам 22 в полость сегментного паза 24. Из полости сегментного паза 24 рабочая жидкость по каналу 29 поступает в полость сегментного паза 27 и по радиальным каналам 25 в рабочие полости 5. При выдвижении поршней 4 первой половины цилиндров блока 3 из блока цилиндров 3 объемы рабочих полостей 5 уменьшаются, рабочая жидкость через радиальные каналы 25 поступает в полость сегментного паза 26 и по каналу 28 в полость сегментного паза 23. Из полости сегментного паза 23 рабочая жидкость по каналам 21 поступает в полость кольцевой канавки 13 и по каналам 15, 17 в отводящий канал 19. При движении поршней 4 второй половины цилиндров блока 3 внутрь блока цилиндров 3 рабочая жидкость из подводящего канала 20 поступает через канал 43 в полость секторной канавки 41 распределительной втулки 12 и по каналу 39 в полость сегментного паза 37. Из полости сегментного паза 37 рабочая жидкость по каналу 35 поступает в полость сегментного паза 33 и по радиальным 31 и продольным 30 каналам в рабочие полости 5. При выдвижении поршней 4 второй половины цилиндров блока 3 из блока цилиндров 3 рабочая жидкость через продольные 30 и радиальные 31 каналы поступает в полость сегментного паза 32 и по каналу 34 в полость сегментного паза 36. Из полости сегментного паза 36 рабочая жидкость через канал 38 поступает в полость секторной канавки 46 и по каналу 42 в отводящий канал 19. При положении распределительной втулки 12, представленном на фиг. 7, при движении поршней 4 второй половины цилиндров блока 3 внутрь блока цилиндров 3 рабочая жидкость из подводящего канала 20 поступает в рабочие полости 5, как описано выше. 4 96802013.10.30 При выдвижении поршней 4 второй половины цилиндров блока 3 из блока цилиндров 3 рабочая жидкость поступает в отводящий канал 19, как описано выше. Все цилиндры насоса работают в одной фазе, т.е. всасывают рабочую жидкость из подводящего канала 20 и подают ее в отводящий канал 19. Эквивалентный рабочий объем насоса, равный сумме всех рабочих объемов цилиндров, максимальный. Подача рабочей жидкости насоса максимальная. При повороте распределительной втулки 12 на 180 по часовой стрелке посредством двигателя 46 и червяка 44 секторные канавки 40, 41, связанные каналами 38, 39 с полостями сегментных пазов 36, 37, меняют свое положение относительно полостей сегментных пазов 36, 37. Изменяется положение сегментных пазов 36, 37 и 32, 33 и рабочих полостей 5 второй половины цилиндров блока цилиндров 3 относительно плоскости наклона шайбы 6. При данном положении распределительной втулки 12 при выдвижении поршней 4 второй половины цилиндров блока 3 из блока цилиндров 3 рабочая жидкость из отводящего канала 19 по каналу 42 поступает в полость секторной канавки 40 и по каналу 38 в полость сегментного паза 37. Из полости сегментного паза 37 рабочая жидкость по каналу 35 поступает в полость сегментного паза 33 и по каналам 31, 30 в рабочие полости 5 второй половины цилиндров блока цилиндров 3. При движении поршней 4 второй половины цилиндров блока 3 внутрь блока цилиндров 3 рабочая жидкость из рабочих полостей 5 через каналы 30, 31 поступает в полость сегментного паза 32 и по каналу 34 в полость сегментного паза 36. Из полости сегментного паза 36 рабочая жидкость через канал 39 поступает в полость секторной канавки 41 и по каналу 43 в подводящий канал 20. Каждые два рядом расположенных цилиндра блока 3 насоса работают в разных фазах, т.е. половина цилиндров блока цилиндров 3 всасывает рабочую жидкость из подводящего канала 20, а половина цилиндров блока цилиндров 3 всасывает рабочую жидкость из отводящего канала 19. Эквивалентный рабочий объем насоса, равный сумме всех рабочих объемов цилиндров, минимальный - нулевой. Подача рабочей жидкости насоса минимальная - нулевая. Упор 47 и ограничители 48 обеспечивают крайние положения распределительной втулки 12. Червячная передача самотормозящаяся и обеспечивает стабильное положение распределительной втулки 12 и параметры насоса. Для реализации необходимого промежуточного значения эквивалентного рабочего объема насоса и его подачи распределительная втулка 12 устанавливается в необходимое промежуточное положение посредством двигателя 46. Предлагаемый способ регулирования рабочего объема насоса является малоэнергоемким. Это объясняется тем, что момент сопротивления повороту распределительной втулки при жидкостном трении незначителен, и с учетом передаточного отношения червячной передачи потребуется применение относительно маломощного двигателя (электродвигателя), существенно понижающего энергоемкость привода управления. Также распределительная втулка 12 может оснащаться датчиком положения, совмещенным, например, с упором 47, и системой автоматики, обеспечивающей управление двигателем 46. Применение электродвигателей управления обеспечивает большие потенциальные возможности автоматизации системы управления. Это позволит обеспечить необходимые параметры насоса и надежную работу его в гидросистемах приводов технологического и ходового оборудования. Предлагаемый способ регулирования рабочего объема насоса позволяет применять аппаратуру управления малых габаритов с низкими нагрузками. Таким образом, предлагаемое техническое решение упрощает конструкцию и повышает надежность работы аксиально-поршневого насоса за счет применения одной наклонной шайбы и использования малоэнергоемкой электромеханической системы управления гидрораспределителем, обеспечивающей стабильные параметры работы насоса в широком диапазоне нагрузок. 5 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6