Гидродифференциальная передача

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Минский государственный высший авиационный колледж(72) Авторы Котлобай Анатолий Яковлевич Котлобай Андрей Анатольевич Щебетов Константин Борисович Щебетова Елена Константиновна Плиговка Олег Анатольевич Лапцевич Александр Анатольевич(73) Патентообладатель Минский государственный высший авиационный колледж(57) Гидродифференциальная передача, содержащая насос переменной производительности и гидромотор постоянного объема с ведущим и ведомым валами, блоками цилиндров с рабочими полостями, образованными поршнями, взаимодействующими с установленными наклонно шайбами, и гидрораспределителями, связывающими рабочие полости насоса и гидромотора, отличающаяся тем, что блок цилиндров насоса выполнен неподвижным в корпусе гидродифференциальной передачи, наклонные шайбы насоса и гидромотора установлены 96812013.10.30 на ведущем валу гидродифференциальной передачи, блок цилиндров гидромотора установлен в подшипниковых узлах корпуса гидродифференциальной передачи с возможностью поворота относительно оси и связан с ведомым валом гидродифференциальной передачи, гидрораспределитель насоса включает три группы, а гидрораспределитель гидромотора - одну группу диаметрально противоположных сегментных пазов, образованных на наружной поверхности ведущего вала, связанных с напорным и всасывающим каналами гидродифференциальной передачи, образованными в ведущем валу, также сегментные пазы гидромотора и первой группы насоса связаны с рабочими полостями цилиндров блока цилиндров гидромотора и половины цилиндров блока цилиндров насоса, а полости сегментных пазов второй и третьей групп насоса связаны через радиальные каналы и секторные канавки на наружной поверхности распределительной втулки, установленной в корпусе гидродифференциальной передачи с возможностью поворота относительно оси передачи на угол 0-180, с рабочими полостями цилиндров блока цилиндров насоса, а рабочие полости рядом расположенных цилиндров блока цилиндров насоса связаны с сегментными пазами первой, второй и третьей групп сегментных пазов ведущего вала.(56) 1. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. Гидропневмоавтоматика и гидропривод Учебник для вузов по специальности. - М. Машиностроение, 1974. - С. 456. Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в объемном гидроприводе мобильных и стационарных технологических машин. Известна гидродифференциальная передача, содержащая насос переменной производительности и гидромотор постоянного объема с ведущим и ведомым валами, блоками цилиндров с рабочими полостями, образованными поршнями, взаимодействующими с установленными наклонно шайбами, и гидрораспределителями, связывающими рабочие полости насоса и гидромотора 1. Известная гидродифференциальная передача обладает рядом положительных качеств высокими рабочим давлением и КПД быстроходностью возможностью бесступенчатого регулирования скорости в широком диапазоне. Недостатками известной гидродифференциальной передачи являются высокие габариты и материалоемкость. Высокие габариты и материалоемкость гидродифференциальной передачи объясняются тем, что применяемый способ регулирования частоты вращения выходного звена передачи, состоящий в изменении хода поршней насоса посредством изменения угла наклона шайбы, требует наличия мощных и материалоемких гидравлических агрегатов систем приводов механизма поворота насоса, что приводит к существенному увеличению габаритов и материалоемкости гидродифференциальной передачи. Кроме того, изменение хода поршня в конструктивной схеме насоса с неподвижным блоком цилиндров и вращающейся наклонной шайбой является сложной инженерной задачей, не получившей технического решения в настоящее время. Задачей, решаемой полезной моделью, является снижение сложности конструкции гидродифференциальной передачи и ее материалоемкости. Решение поставленной задачи достигается тем, что в гидродифференциальной передаче, содержащей насос переменной производительности и гидромотор постоянного объема с ведущим и ведомым валами, блоками цилиндров с рабочими полостями, образованными поршнями, взаимодействующими с установленными наклонно шайбами, и гидрораспределителями, связывающими рабочие полости насоса и гидромотора, блок цилиндров 2 96812013.10.30 насоса выполнен неподвижным в корпусе гидродифференциальной передачи, наклонные шайбы насоса и гидромотора установлены на ведущем валу гидродифференциальной передачи, блок цилиндров гидромотора установлен в подшипниковых узлах корпуса гидродифференциальной передачи с возможностью поворота относительно оси и связан с ведомым валом гидродифференциальной передачи, гидрораспределитель насоса включает три группы, а гидрораспределитель гидромотора - одну группу диаметрально противоположных сегментных пазов, образованных на наружной поверхности ведущего вала, связанных с напорным и всасывающим каналами гидродифференциальной передачи,образованными в ведущем валу, также сегментные пазы гидромотора и первой группы насоса связаны с рабочими полостями цилиндров блока цилиндров гидромотора и половины цилиндров блока цилиндров насоса, а полости сегментных пазов второй и третьей групп насоса связаны через радиальные каналы и секторные канавки на наружной поверхности распределительной втулки, установленной в корпусе гидродифференциальной передачи с возможностью поворота относительно оси передачи на угол 0-180, с рабочими полостями цилиндров блока цилиндров насоса, а рабочие полости рядом расположенных цилиндров блока цилиндров насоса связаны с сегментными пазами первой, второй и третьей групп сегментных пазов ведущего вала. Существенные отличительные признаки предлагаемого технического решения уменьшают сложность конструкции и материалоемкость гидродифференциальной передачи за счет применения рационального способа регулирования эквивалентного объема насоса, исключающего необходимость применения мощных и материалоемких гидравлических агрегатов систем приводов механизма поворота наклонной шайбы насоса. На фиг. 1 представлен поперечный разрез гидродифференциальной передачи 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. Гидродифференциальная передача включает аксиально-поршневой регулируемый насос 1, нерегулируемый аксиально-поршневой гидромотор 2. Аксиально-поршневой насос 1 включает ведущий вал 3, установленныйв подшипниковом узле 4 корпуса 5 гидродифференциальной передачи, неподвижный блок цилиндров с четным числом цилиндров, выполненный в корпусе 5. Поршни 6 образуют рабочие полости 7. Поршни 6 прижимаются к поверхности шайбы 8, выполненной заодно с валом 3,с помощью бронзовых башмаков 9, завальцованных на их сферических головках, прижимного диска 10, сферической втулки 11 и пружины 12. Аксиально-поршневой гидромотор 2 включает блок цилиндров 13 с крышкой 14,установленный в подшипниковых узлах 15, 16 корпуса 5 гидродифференциальной передачи с возможностью поворота относительно оси. В крышке 14 закреплен ведомый вал 17. Поршни 18 образуют рабочие полости 19 и прижимаются к поверхности шайбы 20 с помощью бронзовых башмаков 21, завальцованных на их сферических головках, прижимного диска 22, сферической втулки 23 и пружины 24. Шайба 20 установлена в подшипниковом узле 25 крышки 14 и закреплена на ведущем валу 3 посредством шлицевого соединения. Гидрораспределитель включает неподвижную 26 и поворотную 27 распределительные втулки, установленные в корпусе 5. На наружной поверхности распределительной втулки 26 образованы две кольцевые канавки 28, 29, связанные с каналами 31, 32 подключения предохранительного клапана и контура подпитки, а также каналами 33, 34 с полостями диаметрально противоположных сегментных пазов 35, 36 с одинаковыми центральными углами, составляющими 180, образованных на наружной поверхности ведущего вала 3. Полости сегментных пазов 35, 36 связаны с напорным 37 и всасывающим 38 каналами гидродифференциальной передачи, образованными в ведущем валу 3. 96812013.10.30 Рабочие полости 7 половины диаметрально противоположных цилиндров насоса 1 связаны радиальными каналами 39, выполненными в корпусе 5 и распределительной втулке 26, с полостями сегментных пазов 40, 41 первой группы насоса 1, образованных на наружной поверхности ведущего вала 3, и связанными с напорным 37 и всасывающим 38 каналами гидродифференциальной передачи. Сегментные пазы 40, 41 выполнены с одинаковыми центральными углами, составляющими 180. Рабочие полости 7 половины диаметрально противоположных цилиндров насоса 1 связаны посредством продольных 42, 43, 44, 45 и радиальных 46 каналов, выполненных в корпусе 5, с полостями секторных канавок 47, 48, 49, 50, выполненных на наружной поверхности поворотной распределительной втулки 27. Полости секторных канавок 47, 48 и 49, 50 связаны радиальными каналами 51 с полостями сегментных пазов 52, 53 и 54, 55 второй и третьей групп насоса 1, образованных на наружной поверхности ведущего вала 3. Полости сегментных пазов 52, 54 связаны с напорным 37, а полости сегментных пазов 53, 55 с всасывающим 38 каналами гидродифференциальной передачи. Сегментные пазы 52, 53 и 54, 55 выполнены с одинаковыми центральными углами, составляющими 180. Рабочие полости 7 рядом расположенных цилиндров насоса 1 связаны с сегментными пазами 40, 41 первой и 52, 53 и 54, 55 второй и третьей групп. Для обеспечения поворота распределительная втулка 27 оснащена зубчатым венцом червячного зацепления. Червяк 56 червячного зацепления распределительной втулки 27 установлен в подшипниковых узлах 57 корпуса 5 гидродифференциальной передачи. Привод червяка 56 осуществляется автономным двигателем 58. Для ограничения угла поворота распределительная втулка 27 оснащена упором 59, взаимодействующим в крайних положениях с ограничителями 60. Рабочие полости 19 цилиндров блока цилиндров 13 гидромотора 2 связаны радиальными каналами 61 с полостями сегментных пазов 62, 63, образованных на наружной поверхности ведущего вала 3, и связаны с напорным 37 и всасывающим 38 каналами гидродифференциальной передачи. Сегментные пазы 62, 63 выполнены с одинаковыми центральными углами, составляющими 180. Продольная плоскость сегментных пазов ведущего вала 3 совпадает с плоскостью наклона шайб 8, 20. Радиальные каналы 39, 46, 61 закрыты технологическими заглушками. Гидродифференциальная передача работает следующим образом. При работе гидродифференциальной передачи канал 32 подключается к контуру подпитки, а канал 31 соединяется с предохранительным клапаном (не показаны). Ведущий вал 3 насоса 1 вращается (по часовой стрелке) от двигателя (не показан) и приводит во вращение наклонные шайбы 8, 20. Наклонная шайба 8 приводит в движение с помощью прижимного диска 10, сферической втулки 11, пружины 12, бронзовых башмаков 9 поршни 6, совершающие возвратнопоступательное движение в блоке цилиндров корпуса 5 (далее - блок цилиндров 5) гидродифференциальной передачи. При движении поршней 6 в блоке цилиндров 5 объем рабочих полостей 7 изменяется. Сегментные пазы 41, 40, связанные с рабочими полостями 7 половины цилиндров блока 5 каналами 39, ориентированы относительно плоскости наклона шайбы 8 таким образом, что при вращении ведущего вала 3 по часовой стрелке полость сегментного паза 40 будет связана с полостями 7 тех цилиндров, поршни 6 которых совершают движение наружу, а полость сегментного паза 41 - 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 всасывающего канала 38 поступает в полость сегментного паза 41 и через каналы 39 в рабочие полости 7. При выдвижении поршней 6 первой половины цилиндров блока 5 из блока цилиндров 5 объемы 96812013.10.30 рабочих полостей 7 уменьшаются, рабочая жидкость через каналы 39 поступает в полость сегментного паза 40 и в напорный канал 37. Рабочие полости 7 каждых двух диаметрально противоположных цилиндров блока цилиндров 5 второй половины цилиндров постоянно связаны через каналы 42, 43, 46 и 44,45, 46 с полостями секторных канавок 47, 48 и 50, 49 и через каналы 51 с полостями сегментных пазов 52, 53 и 54, 55. При неизменном геометрическом положении сегментных пазов 52, 53 и 54, 55 относительно плоскости наклона шайбы 8 поворот распределительной втулки 27 относительно оси гидродифференциальной передачи изменяет взаимное положение полостей сегментных пазов 52, 53 и 54, 55 и каналов 51, обеспечивающих связь рабочих полостей 7 второй половины цилиндров блока цилиндров 5 и полостей сегментных пазов 52, 53 и 54, 55, связанных с напорным 37 и всасывающим 38 каналами гидродифференциальной передачи. При положении распределительной втулки 27, представленном на фиг. 6, 7, при движении поршня 6 второй половины цилиндров блока 5 внутрь блока цилиндров 5 объем рабочих полостей 7 увеличивается и рабочая жидкость из всасывающего канала 38 поступает в полости сегментных пазов 53, 55, и через каналы 51 в полости секторных канавок 48, 49, и через каналы 46, 43, 45 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 42, 44, 46 поступает в полости секторных канавок 47, 50 и через каналы 51 в полости сегментных пазов 52, 54 и в напорный канал 37. Все цилиндры насоса 1 работают в одной фазе, т.е. всасывают рабочую жидкость из всасывающего канала 38 и подают ее в напорный канал 37. Эквивалентный рабочий объем насоса 1, равный сумме всех рабочих объемов цилиндров, максимальный. Подача рабочей жидкости насоса 1 максимальная. При повороте распределительной втулки 27 на 180 по часовой стрелке посредством двигателя 58 и червяка 56 секторные канавки 47, 48 и 50, 49, связанные каналами 51 с полостями сегментных пазов 52, 53 и 54, 55, меняют свое положение относительно полостей сегментных пазов 52, 53 и 54, 55, обеспечивая изменение положения каналов 42, 43, 44, 45 и рабочих полостей 7 второй половины цилиндров блока цилиндров 5 относительно плоскости наклона шайбы 8. При данном положении распределительной втулки 27 при выдвижении поршней 6 второй половины цилиндров блока 5 из блока цилиндров 5 рабочая жидкость из напорного канала 37 поступает в полости сегментных пазов 52, 54, и через каналы 51 в полости секторных канавок 48, 49, и через каналы 46, 43, 45 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 42, 44, 46 поступает в полости секторных канавок 47, 50 и через каналы 51 в полости сегментных пазов 53, 55 и всасывающий канал 38. Каждые два рядом расположенных цилиндра блока 5 насоса 1 работают в разных фазах, т.е. половина цилиндров блока цилиндров 5 всасывает рабочую жидкость из всасывающего канала 38, а половина цилиндров блока цилиндров 5 всасывает рабочую жидкость из напорного канала 37. Эквивалентный рабочий объем насоса 1, равный сумме всех рабочих объемов цилиндров,минимальный - нулевой. Подача рабочей жидкости насоса 1 минимальная - нулевая. Упор 59 и ограничители 60 обеспечивают крайние положения распределительной втулки 27. Червячная передача самотормозящаяся и обеспечивает стабильное положение распределяющей втулки 27 и параметры насоса 1. Для реализации необходимого промежуточного значения эквивалентного рабочего объема насоса 1 и его подачи распределительная втулка 27 устанавливается в необходимое промежуточное положение посредством двигателя 58. 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 5 96812013.10.30 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 насоса позволяет применять аппаратуру управления малых габаритов с низкими нагрузками. Из напорного канала 37 рабочая жидкость поступает в полость сегментного паза 62, и далее по каналам 61 в рабочие полости 19 блока цилиндров 13 гидромотора 2. Поршни 18 перемещаются, и взаимодействуя посредством башмаков 21 с наклонной шайбой 20 поворачивают блок цилиндров 13 с ведомым валом 17 в подшипниковых узлах 15, 16 корпуса 5 относительно оси гидродифференциальной передачи. При движении поршней 18 наружу из блока цилиндров 13 рабочая жидкость из полостей 19 поступает по каналам 61 в полость сегментного паза 63 и всасывающий канал 38. Для компенсации утечек рабочей жидкости во всасывающий канал 38 подается рабочая жидкость из контура подпитки (не показан) через канал 32. При перегрузке ведомого вала 17 часть рабочей жидкости вытекает из напорного канала 37 через предохранительный клапан (не показан) гидросистемы. При положении шайб 8, 20 (фиг. 1) вращение ведомого вала 17 формируется за счет вращения шайбы 20 вместе с ведущим валом 3 и вращения блока цилиндров 13 относительно ведущего вала 3 в обратном направлении. Гидродифференциальная передача обеспечивает передачу мощности ведущего вала 3 на ведомый вал 17 двумя потоками гидравлическим через рабочую жидкость и механическим через вал 3. Разделение потока мощности внутреннее. В исходном положении гидродифференциальной передачи насос 1 обеспечивает максимальную подачу посредством установки распределительной втулки 27 в исходное положение (фиг. 6, 7). В данном положении при одинаковых конструктивных параметрах качающих групп насоса 1 и гидромотора 2 ведомый вал 17 остановлен, поскольку блок цилиндров 13 и ведущий вал 3 вращаются в различном направлении с одинаковой скоростью. По мере уменьшения подачи насоса 1 посредством поворота распределительной втулки 27 (как описано выше) скорость ведомого вала 17 увеличивается за счет уменьшения разности скоростей блока цилиндров 13 и ведущего вала 3. При нулевой подаче насоса 1 поршни 18 блокируются и скорость ведомого вала 17 равна скорости ведущего вала 3. Таким образом, предлагаемое техническое решение уменьшает сложность конструкции и материалоемкость гидродифференциальной передачи за счет применения рационального способа регулирования эквивалентного объема насоса, исключающего необходимость применения мощных и материалоемких гидравлических агрегатов систем приводов механизма поворота наклонной шайбы насоса. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 9