Конструкции объемных гидравлических машин вращательного действия

Теоретически в качестве машин объемной гидропередачи можно использовать объемные гидравлические насосы и моторы разнооб­разной конструкции — поршневые, лопастные, винтовые и зубчатые. Однако при использовании объемной гидропередачи в качестве бесступенчатой трансмиссии одним из основных требований, предъ­являемых к ним, является необходимость обеспечения максимально возможного КПД. Из всех возможных типов конструкций наилучшие показатели в этом отношении имеют поршневые гидромашины, поэтому именно они чаще всего применяются как в качестве насоса, так и в качестве мотора объемных гидропередач, используемых в качестве бесступенчатой передачи автомобиля.

Все многообразие поршневых гидромашин можно разделить на две основные группы: радиально-поршневые и аксиально-поршневые. Радиально-поршневые машины в свою очередь можно также раз­делить на две группы: радиально-поршневые машины однократного действия и радиально-поршневые машины многократного действия.

Радиально-поршневая машина одно­кратного действия (рис. 20) состоит из статора и ротора цилиндрической формы, расположенных таким обра­зом, что их центры имеют относи­тельное смещение (е). Один из этих элементов может быть остановлен, другой может вращаться, при этом вращающийся элемент соединен либо с валом двигателя (насос), либо с ва­лом трансмиссии (мотор). Во внут­реннем элементе радиально располо­жены цилиндры, в которых помеще­ны поршни. На схеме, представлен­ной на рис. 20, вращается блок цилиндров / (ротор), неподвижен на­ружный статор 2 Между центром вра­щения блока цилиндров и центром статора имеется эксцентриситет (е),

величина которого может меняться с помощью силового цилиндра 6, управляемого золотником 7. Для уменьшения потерь на трение

Рис. 20. Конструктивная схема радиально-поршневой гидромаши­ны однократного действия

Рис. 21. Конструктивная схе­ма радиально-поршневой гид­ромашины многократного дей­ствия

торцевых поверхностей поршней 4 по внутренней поверхности статора 2 внутреннее кольцо статора представляет собой обойму роликового подшипника 8. При ходе поршней от центра блока жидкость засасывается через отверстие (а) из магистрали низкого давления (сливной), при ходе поршней к центру — выталкивается через отверстие (б), создавая давление в напорной магистрали. Рабочий объем такой гидромашины прямо зависит от величины эксцентриситета. При повороте статора 2 относительно оси 9 из­менится величина эксцентриситета, а следовательно, и величина рабочего объема.

Радиально-поршневая машина много­кратного действия представляет собой сочетание концентрично расположен­ных статора и ротора. Наружное кольцо имеет профилированную рабочую по­верхность, представляющую собой рав­номерно чередующиеся выступы, опи­санные чаще всего параболической за­висимостью. Во внутреннем блоке рас­положены цилиндры и вставленные в них поршни. В гидромашинах много­кратного действия условия работы по­ршней ухудшены вследствие больших тангенциальных составляющих сил дав­ления жидкости, поэтому в большин­стве конструкций для улучшения усло­вий работы поршни снабжены шарико- или роликоподшипнико­выми головками. Конструктивная схема такой гидромашины по­казана на рис. 21.

На рис. 22 показана компо­новка такого гидромотора в сту­пице ведущего колеса активного прицепа-роспуска лесовозного ав­топоезда. Поскольку рабочий объем такого гидромотора пред­ставляет собой сумму изменений объемов рабочих полостей за один оборот вала мотора, применением большого числа рабочих цилиндров можно получить достаточно боль­шое значение рабочего объема гид­ромотора, а следовательно, и боль­шой крутящий момент. Это позво­ляет крепить вращающийся ротор гидромотора непосредственно к

ступице ведущего колеса, исключив необходимость применения ме­ханического редуктора, что значительно упрощает конструкцию так

Рис. 22. Радиально-поршневая гидромашина многократного дей­ствия в качестве мотор-колеса транспортного средства

Рис. 23. Конструктивная схема регулируемой аксиально-поршне­вой машины с наклонным блоком

называемого мотор-колеса. Очевидно, что гидромотор многократ­ного действия не может изменять в процессе работы свой рабочий объем, поэтому такие гидромашины используются в объемных гид­ропередачах в качестве нерегулируемых гидромоторов, обычно в качестве мотор-колеса. Следует отметить, что радиально-поршневые гидромашины многократного действия ограничены по допустимой частоте вращения ротора. Например, машина четырехкратного дей­ствия имеет максимальную частоту вращения 400 об/мин.

Аксиально-поршневыми называют объемные гидромашины, у которых рабочие камеры вращаются относи­тельно оси ротора, а оси поршней или плунжеров параллельны оси ротора. Аксиально-поршневые машины мож­но разделить на два класса:

— машины с наклонным блоком ци­линдров. У таких машин оси ведущего звена и вращения ротора пересекаются;

— машины с наклонным упорным диском. У таких машин ось ведущего звена совпадает с осью блока цилинд­ров.

Конструктивная схема аксиаль­но-поршневой гидромашины с на­клонным блоком цилиндров показана на рис. 23. Поршни 2, установленные в цилиндрах блока /, соединены с упорной шайбой приводного вала с помощью штоков 3, шарнирно заде­ланных в шайбе 4 приводного вала 6 с помощью штоков 3, шарнирно ус­тановленных в шайбе. Осевое усилие поршней, создаваемое давлением жид­кости, поступающей в цилиндры бло­ка через распределительную шайбу 7, штоками 3 передается на шайбу 4, на которой вследствие ее наклона к оси блока преобразуется в крутящий мо­мент вала 6. На поршни 2 крутящий момент не передается, они нагружены силами трения и инерции. Практиче­ски поршни 2 скользят в цилиндрах блока без поперечных нагрузок, их функция сводится только к гермети­зации цилиндров. Это обеспечивает высокий механический КПД таких

Рис. 24. Конструкция нере­гулируемой аксиально-порш­невой машины с наклонным блоком

Рис. 25 а. Конструктивная схема регулируемой аксиально-поршневой машины с невращающейся наклонной шайбой

гидромашин и уменьшает боковой износ поршней. Силовая и ки­нематическая связь блока цилиндров 1 с приводным валом 6 осу­ществляется с помощью двойного карданного вала 5, который обес­печивает синхронность вращения приводного вала и блока цилинд­ров. На рис. 24 показана конструкция нерегулируемого аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком. Для обеспечения воз­можности изменения рабочего объема такого типа гидромашин не­обходимо изменить угол скрещивания осей блока и приводного вала у (см. рис. 23), что достигается наклоном оси вращения блока цилиндров. Поскольку блок имеет достаточную массу, управление им требует определенного усилия, что усложняет систему управ­ления.

Аксиально-поршневые машины с наклонным диском, также в свою очередь, можно разделить на две группы: машины с невра­щающейся наклонной шайбой и машины с приводной наклонной шайбой.

Конструктивная схема регулируемой объемной гидромашины с невращающейся наклонной шайбой показана на рис. 25 а. Поршни 4 непосредственно опираются на наклонную шайбу 1 через сфе­рические башмаки 2, а развиваемое при этом усилие вращения передается в результате скольжения поршней по наклонной шайбе на блок цилиндров. Крутящий момент в этом случае передается через поршни непосредственно на блок цилиндров и далее на цент­ральный вал 7. Длина заделки поршней в блоке цилиндров должна быть достаточной для исключения их защемления. Гидромашины с наклонной шайбой при использовании их в качестве регулируемой гидромашины имеют преимущество перед машинами с качающимся блоком при высоких давлениях и быстрых процессах регулирования благодаря малой массе перемещающихся при регулировании деталей.

Рис. 26. Общий вид объемной гидропередачи, состоящей из регулируемого насоса и нерегулируемого мотора аксиально-поршневого типа с невращаюшейся наклонной шайбой

На рис. 256 показан вариант машины такого типа в нерегу­лируемом варианте.

На рис. 26 показан общий вид, а на рис. 27— схема гидро­передачи, состоящей из регулируемого насоса и нерегулируемого мотора аксиально-поршневого типа с невращающейся шайбой.

Приводной двигатель вращает вал 2 реверсивного регулируемого насоса 3. С валом 2 связан блок цилиндров 24 и насос подпитки 25. Насос подпитки всасывает рабочую жидкость из резервуара 18 через фильтр 20 и подает ее в магистраль низкого давления 8, а через обратный клапан 7— в гидролинию низкого давления 19, которая связана с всасывающей полостью нерегулируемого гидро­мотора 15. Величина давления в гидролиниях 8 и 19 определяется настройкой переливного клапана 11. Предохранение гидролиний низкого давления от перегрузок осуществляется предохранительным клапаном 23. При этом предохранительный клапан 23 настраивают

Рис. 26. Конструктивная схема нерегулируемой аксиаль­но-поршневой гидромашины с невращающейся наклонной шайбой

Рис. 27. Схема объемной гидропередачи, состоящей из регу­лируемого насоса и нерегулируемого мотора аксиально-пор­шневого типа с невращающейся наклонной шайбой

на давление, превышающее настройку переливного клапана 11 на 0,2—0,3 МПа. В исходном положении поворотная шайба насоса находится в нулевом положении (рабочая поверхность поворотной шайбы перпендикулярна оси вращения вала 2), поэтому произво­дительность насоса равна 0. Регулировка производительности насоса осуществляется системой управления следующим образом: при пе­ремещении рычага управления происходит изменение положения золотника управления 6, в результате чего жидкость из гидролинии 8 поступает в гидролинию управления 4, а из нее к гидроусилителю 22 механизма поворота шайбы. Под воздействием давления рабочей жидкости системы управления происходит перемещение поворотной шайбы, что и обеспечивает увеличение производительности насоса. Посредством звена обратной связи 4 золотник управления возвра­щается в такое положение, при котором достигается и постоянно поддерживается необходимый угол наклона шайбы, заданный ры­чагом управления. Вращающийся блок цилиндров перемещает по опоре плунжеры, которые нагнетают рабочую жидкость в гидро­линию высокого давления 9. Рабочая жидкость из гидролинии 9 попадает в блок цилиндров 14 гидромотора /5 и, перемещая плун­жеры по неподвижной наклонной шайбе /7, приводит во вращение блок цилиндров 14 и выходной вал передачи 16. По гидролинии 19 рабочая жидкость возвращается во всасывающую полость насоса. При работе трансмиссии в установившемся режиме насос подпитки, постоянно подавая рабочую жидкость в гидролинию низкого дав­ления, осуществляет компенсацию утечек, а остальная жидкость через переливной клапан 11 постоянно сбрасывается в корпус мотора /5. Утечки рабочей жидкости, образующиеся в результате негер­метичности системы, скапливаясь в корпусе гидромотора, соединяются с жидкостью, сбрасываемой переливным клапаном, и по дренажной гидролинии 10 поступают в корпус насоса, где, соеди­няясь с утечками насоса, проходят через охладитель 21 в резервуар 18, обеспечивая необходимый температурный режим системы. Для предохранения гидравлической системы от перегрузок служат глав­ные предохранительные клапаны 13.

Конструктивная схема аксиально-порш­невой машины с приводным наклонным диском показана на рис. 28. Ведущий вал '/связан с наклонной шайбой 6посредством карданного шарнира 5. Угол наклона шайбы может изменяться с помощью качающейся люльки J, в которой на подшипниках ус­тановлена шайба 6. Люлька 3 имеет зуб­чатый венец 2 в виде сектора, который свя­зан с управляющей шестерней /. Поскольку в этом случае крутящий момент попадает на блок цилиндров непосредственно с ве­дущего вала, поршни разгружены от боковых сил, вызванных пе­редачей полезного момента, аналогично варианту аксиально-порш­невой машины с качающимся блоком, поэтому в данном случае долговечность поршней выше, чем в варианте с невращающейся шайбой, а потери меньше. Недостатком такого варианта является определенная величина кинематического рассогласования при при­менении шарнира неравных угловых скоростей в приводе наклонной шайбы. Применение шарнира равных угловых скоростей усложняет и удорожает конструкцию.

Рис. 28. Конструктивная схема аксиально-поршне­вой гидромашины с при­водным наклонным диском