Аксиально-поршневой насос

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Минский государственный высший авиационный колледж(72) Авторы Котлобай Анатолий Яковлевич Котлобай Андрей Анатольевич Тамело Владимир Федорович Щебетов Константин Борисович Щебетова Елена Константиновна(73) Патентообладатель Минский государственный высший авиационный колледж(57) 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, отличающийся тем, что ротор гидрораспределителя дополнительно оснащен двумя диаметрально противоположными сегментными пазами, полости которых связаны с подводящим и отводящим каналами насоса и через радиальные каналы и секторные канавки на наружной поверхности дополнительной распределительной 95562013.10.30 втулки, установленной в корпусе гидромашины с возможностью поворота относительно оси гидромашины на угол 0-180, и радиальные и продольные каналы в корпусе гидрораспределителя с рабочими полостями цилиндров блока, а рабочие полости рядом расположенных цилиндров блока связаны с сегментными пазами основной и дополнительной групп сегментных пазов ротора гидрораспределителя. Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в объемном гидроприводе ходового и технологического оборудования технологических машин. Известен аксиально-поршневой насос, содержащий вал с наклонной шайбой, блок цилиндров, выполненный неподвижным, поршни блока цилиндров, взаимодействующие с наклонной шайбой, образуют рабочие полости, связанные через гидрораспределитель с подводящими и отводящими каналами 1. Известный аксиально-поршневой насос может применяться в многомоторных приводах при синхронном перемещении рабочих органов без применения дополнительных гидроагрегатов деления потока рабочей жидкости. Недостатками известного насоса являются сложность конструкции и низкая надежность работы. Это объясняется тем, что аксиально-поршневой насос оснащен сложным гидрораспределителем, выполненным в виде одного на каждый цилиндр двухпозиционного гидрораспределителя с золотником, взаимодействующим с кулачком, установленным на приводном валу, и пружинным возвратом. Объединение подводящих и отводящих каналов в группы требует наличия коммуникаций, усложняющих конструкцию насоса. Плунжеры гидрораспределителя, имеющие пружинный возврат, при высоких частотах вращения ведущего вала могут отрываться от поверхности кулачка, что приведет к сбою фаз всасывания и нагнетания для каждого цилиндра, увеличению гидравлических сопротивлений в подводящих и отводящих каналах и снижению надежности работы насоса. 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 2. Известное техническое решение упрощает конструкцию аксиально-поршневого насоса за счет замены ряда двухпозиционных гидрораспределителей с плунжерами, совершающими возвратно-поступательное движение, гидрораспределителем с одним валом и подшипником скольжения. Уменьшается число деталей гидрораспределителя. Применение цапфенного распределителя с валом, вращающимся от ведущего вала насоса, обеспечивает четкое отрабатывание фаз всасывания и нагнетания для каждого цилиндра. Недостатком известного аксиально-поршневого насоса являются ограниченные функциональные возможности. Это объясняется тем, что аксиально-поршневой насос данной конструктивной схемы имеет постоянный рабочий объем. Задачей, решаемой полезной моделью, является расширение функциональных возможностей аксиально-поршневого насоса. 2 95562013.10.30 Решение поставленной задачи достигается тем, что в аксиально-поршневом насосе,содержащем 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, ротор гидрораспределителя дополнительно оснащен двумя диаметрально противоположными сегментными пазами, полости которых связаны с подводящим и отводящим каналами насоса и через радиальные каналы и секторные канавки на наружной поверхности дополнительной распределительной втулки, установленной в корпусе гидромашины с возможностью поворота относительно оси гидромашины на угол 0-180, и радиальные и продольные каналы в корпусе гидрораспределителя с рабочими полостями цилиндров блока, а рабочие полости рядом расположенных цилиндров блока связаны с сегментными пазами основной и дополнительной групп сегментных пазов ротора гидрораспределителя. Существенные отличительные признаки предлагаемого технического решения обеспечивают расширение функциональных возможностей аксиально-поршневого насоса за счет регулирования рабочего объема насоса. 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 на фиг. 9 - разрез З-З на фиг. 1 на фиг. 10 - разрез И-И на фиг. 1. Аксиально-поршневой насос включает вал 1, установленный в корпусе 2 насоса в подшипниках 3, 4, неподвижный блок цилиндров 5 с четным числом цилиндров. Поршни 6 образуют рабочие полости 7. Поршни 6 прижимаются к поверхности шайбы 8, выполненной заодно с валом 1, с помощью бронзовых башмаков 9, завальцованных на их сферических головках, прижимного диска 10, сферической втулки 11 и пружины 12. Гидрораспределитель состоит из корпуса 13 с ротором 14, установленным в основной неподвижной 15 и дополнительной поворотной 16 распределительных втулках корпуса 13 распределителя соосно с валом 1 насоса. Ротор 14 соединен с валом 1 муфтой. На роторе 14 выполнены две группы диаметрально противоположных сегментных пазов с одинаковыми центральными углами, составляющими 180, - основной 17, 18 и 19 и дополнительной 20, 21 и 22. Продольная плоскость сегментных пазов обеих групп совпадает с плоскостью наклона шайбы 8. Полости сегментных пазов 17, 18 связаны каналом 23. Полости сегментных пазов 20,21 связаны каналом 24. Полость сегментного паза 19 связана каналами 25 с полостью кольцевой канавки 26, образованной на наружной поверхности распределяющей втулки 15, и подводящим каналом 27 насоса. Полость сегментного паза 18 связана каналами 28 с полостью кольцевой канавки 29, образованной на наружной поверхности распределительной втулки 15, и отводящим каналом 30 насоса. Полость сегментного паза 22 связана каналами 31 с полостью кольцевой канавки 32, образованной на наружной поверхности распределяющей втулки 16, и через каналы 33, 34 с подводящим каналом 27 насоса. Полость сегментного паза 21 связана каналами 35 с полостью кольцевой канавки 36 и через каналы 37, 38 с отводящим каналом 30 насоса. Рабочие полости 7 половины диаметрально противоположных цилиндров блока цилиндров 5 связаны посредством продольных 39 и радиальных 40 каналов, выполненных в корпусе 13 гидрораспределителя и распределяющей втулке 15, с полостями сегментных пазов 19, 17 основной группы. 95562013.10.30 Рабочие полости 7 половины диаметрально противоположных цилиндров блока цилиндров 5 связаны посредством продольных 41, 42, 43, 44 и радиальных 45 каналов, выполненных в корпусе 13 гидрораспределителя, с полостями секторных канавок 46, 47, 48,49, выполненных на наружной поверхности дополнительной распределительной втулки 16. Полости секторных канавок 46, 48 и 47, 49 связаны радиальными каналами 50 с полостями сегментных пазов 20, 22. Рабочие полости 7 рядом расположенных цилиндров блока 5 связаны с сегментными пазами 17, 19 основной и 20, 22 дополнительной групп сегментных пазов ротора 14 гидрораспределителя. Распределительная втулка 16 установлена в корпусе 13 гидрораспределителя с возможностью поворота относительно оси насоса на угол 0-180. Для обеспечения поворота распределительная втулка 16 оснащена зубчатым венцом червячного зацепления. Червяк 51 червячного зацепления распределительной втулки 16 установлен в подшипниковых узлах 52 корпуса 13 гидрораспределителя. Привод червяка 51 осуществляется автономным двигателем 53. Для ограничения угла поворота распределительная втулка 16 оснащена упором 54, взаимодействующим в крайних положениях с ограничительными штифтами 55 корпуса 13 гидрораспределителя. Радиальные 40, 45 и продольные 23, 24 каналы закрыты технологическими заглушками. Аксиально-поршневой насос работает следующим образом. При работе аксиально-поршневого насоса подводящий канал 27 соединяется с баком гидросистемы (не показан), а отводящий канал 30 соединяется с напорной магистралью потребителя. Вал 1 вращается (по часовой стрелке) от двигателя (не показан) и приводит во вращение наклонную шайбу 8. Наклонная шайба 8 приводит в движение с помощью прижимного диска 10, сферической втулки 11, пружины 12, бронзовых башмаков 9 поршни 6, совершающие возвратно-поступательное движение в блоке цилиндров 5. При движении поршней 6 в блоке цилиндров 5 объем рабочих полостей 7 изменяется. Сегментные пазы 19, 17, связанные с рабочими полостями 7 половины цилиндров блока 5 каналами 39, 40, ориентированы относительно плоскости наклона шайбы 8 таким образом,что при вращении вала 1 по часовой стрелке полость сегментного паза 19 будет связана с полостями 7 тех цилиндров, поршни 6 которых совершают движение наружу, а полость сегментного паза 17 - с полостями 7 цилиндров, поршни 6 которых совершают движение внутрь блока цилиндров 5. При движении поршня 6 первой половины цилиндров блока 5 внутрь блока цилиндров 5 объем рабочих полостей 7 увеличивается, рабочая жидкость из бака гидросистемы (не показан) через канал 27, кольцевую канавку 26, каналы 25 поступает в полость сегментного паза 19 и далее через каналы 40, 39 в рабочие полости 7. При выдвижении поршней 6 первой половины цилиндров блока 5 из блока цилиндров 5 объемы рабочих полостей 7 уменьшаются, рабочая жидкость через каналы 39, 40 поступает в полость сегментного паза 17 и далее через канал 23 в полость сегментного паза 18, и через каналы 28, кольцевую канавку 29, канал 30 рабочая жидкость поступает в напорную магистраль потребителя. Рабочие полости 7 каждых двух диаметрально противоположных цилиндров блока цилиндров 5 второй половины цилиндров постоянно связаны через каналы 41, 42, 45 и 43,44, 45 с полостями секторных канавок 46, 47 и 48, 49 и через каналы 50 с полостями сегментных пазов 20, 22. При неизменном геометрическом положении сегментных пазов 22,20 относительно плоскости наклона шайбы 8 поворот распределительной втулки 16 относительно оси насоса изменяет взаимное положение полостей сегментных пазов 22, 20 и каналов 50, обеспечивающих связь рабочих полостей 7 второй половины цилиндров блока цилиндров 5 и полостей сегментных пазов 22, 20, связанных через каналы 33, 34 с подводящим 27 и через каналы 37, 38 с отводящим 30 каналами насоса. При положении распределительной втулки 16, представленном на фиг. 6, 7, при движении поршня 6 второй половины цилиндров блока 5 внутрь блока цилиндров 5 объем 4 95562013.10.30 рабочих полостей 7 увеличивается, рабочая жидкость из бака гидросистемы (не показан) через каналы 27, 34, 33, кольцевую канавку 32, каналы 31 поступает в полость сегментного паза 22, и далее, через каналы 50, в полости секторных канавок 47, 49, и через каналы 45, 42, 44 в рабочие полости 7. При выдвижении поршней 6 второй половины цилиндров блока 5 из блока цилиндров 5 объемы рабочих полостей 7 уменьшаются, рабочая жидкость через каналы 41, 43, 45 поступает в полости секторных канавок 46, 48, далее через каналы 50 в полость сегментного паза 20, и далее, через канал 24 в полость сегментного паза 21, и через каналы 35, кольцевую канавку 36, каналы 37, 38, 30 рабочая жидкость поступает в напорную магистраль потребителя. Все цилиндры насоса работают в одной фазе, т.е. всасывают рабочую жидкость из бака через канал 27 и подают ее в напорную магистраль потребителя через канал 30. Эквивалентный рабочий объем насоса, равный сумме всех рабочих объемов цилиндров,максимальный. Подача рабочей жидкости насоса максимальная. При повороте распределительной втулки 16 на 180 по часовой стрелке посредством двигателя 53 и червяка 51 секторные канавки 46, 47 и 48, 49, связанные каналами 50 с полостями сегментных пазов 20, 22, меняют свое положение относительно полостей сегментных пазов 20, 22, обеспечивая изменение положения каналов 41, 42, 43, 44 и рабочих полостей 7 второй половины цилиндров блока цилиндров 5 относительно плоскости наклона шайбы 8. При данном положении распределительной втулки 16 при выдвижении поршней 6 второй половины цилиндров блока 5 из блока цилиндров 5 рабочая жидкость из напорной магистрали потребителя через каналы 30, 38, 37, кольцевую канавку 36, каналы 35 поступает в полость сегментного паза 21 и по каналу 24 в полость сегментного паза 20. Из полости сегментного паза 20 рабочая жидкость через каналы 50 поступает в полости секторных канавок 47, 49 и через каналы 45, 42, 44 в рабочие полости 7 второй половины цилиндров блока цилиндров 5. При движении поршней 6 второй половины цилиндров блока 5 внутрь блока цилиндров 5 рабочая жидкость из рабочих полостей 7 через каналы 41, 43, 45 поступает в полости секторных канавок 46, 48 и через каналы 50 в полость сегментного паза 22. Из полости сегментного паза 22 рабочая жидкость через каналы 31, кольцевую канавку 32, каналы 33, 34, 27 поступает в бак гидросистемы (не показан). Каждые два рядом расположенных цилиндра блока насоса работают в разных фазах,т.е. половина цилиндров блока цилиндров 5 всасывает рабочую жидкость из бака через канал 27 и подает ее в напорную магистраль потребителя через канал 30, а половина цилиндров блока цилиндров 5 всасывает рабочую жидкость из напорной магистрали потребителя через канал 30 и подает ее в бак гидросистемы через канал 27. Эквивалентный рабочий объем насоса, равный сумме всех рабочих объемов цилиндров, минимальный нулевой. Подача рабочей жидкости насоса минимальная - нулевая. Упор 54 и ограничительные штифты 55 обеспечивают крайние положения распределительной втулки 16. Червячная передача самотормозящаяся и обеспечивает стабильное положение распределяющей втулки 16 и параметры насоса. Для реализации необходимого промежуточного значения эквивалентного рабочего объема насоса и его подачи распределительная втулка 16 устанавливается в необходимое промежуточное положение посредством двигателя 53. 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. Применение электродвигателей управления обеспечивает большие потенциальные возможности автоматизации системы управления. Предлагаемый способ регулирования рабочего объема 95562013.10.30 насоса позволяет применять аппаратуру управления малых габаритов с низкими нагрузками. Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает расширение функциональных возможностей аксиально-поршневого насоса за счет регулирования рабочего объема насоса. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 9