RU2022160C1

RU2022160C1 - Multirow radial-piston hydraulic motor for repeated action

Info

Publication number: RU2022160C1
Authority: RU
Inventors: В.П. Харченко; В.В. Хавиль; А.Я. Оксененко; А.И. Жерняк; И.Н. Дубнов; Г.А. Аврунин
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1994-10-30

Abstract

FIELD: gearless hydraulic rotary drive. SUBSTANCE: piston groups have pistons mounted in radial bores of cylinders. Cross-pieces are arranged in radial slots of the cylinder block for engagement with pistons and are provided with bearing rolls at the ends. Rolls are mounted for engagement with profiled guide by their cylindrical surfaces and with end guide surfaces of the cylinder block by their ends. Each piston is provided with cylindrical axial tail-piece whose diameter is less than diameter of the piston. Tail-piece is provided at the area where piston is engageable with the cross-piece. Guaranteed clearance is formed between end of the roll and generatrix of the respective tail-piece. End guides of cylinder block are made in planes crossing its radial bores. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано во всех отраслях техники, где требуется создание безредукторного гидравлического вращательного привода, рассчитанного на большие крутящие моменты и низкие скорости вращения. The invention relates to the field of hydraulic engineering and can be used in all branches of engineering where the creation of a gearless hydraulic rotary drive is required, designed for high torques and low speeds.

Известны радиально-поршневые гидромоторы многократного действия, например гидромотор НМS-455 западно-германской фирмы Flender, содержащие копир с внутренней профилированной поверхностью, поршневые группы с траверсами, на концах которых размещены катки, взаимодействующие с внутренней профилированной поверхностью копира, и поршнями, взаимодействующими с траверсами, распределитель и цилиндровый блок с радиальными расточками для размещения поршней, радиальными пазами для размещения траверс и направляющими поверхностями на торцах, взаимодействующими с торцами катков для ограничения осевого смещения траверс при их перемещении в радиальных пазах. Multiple-action radial piston hydraulic motors are known, for example, the NMS-455 hydraulic motor of the West German company Flender, containing a copier with an internal profiled surface, piston groups with traverses, at the ends of which rollers are placed that interact with the inner profiled surface of the copier, and pistons interacting with traverses , distributor and cylinder block with radial bores for placing pistons, radial grooves for accommodating traverses and guide surfaces at the ends, interaction stvuyuschimi ends with rollers for limiting the axial displacement of traverse as they move in the radial grooves.

Известные гидромоторы отличаются высокой надежностью, энергоемкостью, технологичностью, большими крутящими моментами, что делает их весьма перспективными для применения. Known hydraulic motors are characterized by high reliability, energy consumption, manufacturability, large torques, which makes them very promising for use.

Недостатком известных гидромоторов является увеличенный радиальный габарит, в связи с чем в ряде случаев имеются практические затруднения при встраивании гидромоторов в исполнительные органы машин. A disadvantage of the known hydraulic motors is the increased radial dimension, in connection with which, in some cases, there are practical difficulties when embedding hydraulic motors in the executive bodies of machines.

Известен также многорядный радиально-поршневой гидромотор многократного действия, наиболее близкий по технической сущности к заявляемому и выбранный в качестве прототипа, содержащий профилированную направляющую, блок цилиндров с радиальными расточками и пазами и торцевыми направляющими поверхностями, поршневые группы, включающие поршни, установленные в радиальных пазах блока цилиндров с возможностью контакта с поршнями траверсы с опорными катками по концам, установленными с возможностью взаимодействия своими цилиндрическими поверхностями с профилированной направляющей и торцами с торцевыми поверхностями блока цилиндров. Also known is a multi-row radial-piston multiple-action hydraulic motor, closest in technical essence to the claimed one and selected as a prototype, containing a profiled guide, a cylinder block with radial bores and grooves and end guide surfaces, piston groups including pistons installed in the radial grooves of the block cylinders with the possibility of contact with the pistons of the traverse with track rollers at the ends installed with the possibility of interaction with their cylindrical surfaces with a profiled guide and ends with end surfaces of the cylinder block.

Поршни в многорядном радиально-поршневом гидромоторе установлены в два или более рядов вдоль оси, причем суммарный рабочий объем всех рядов равен рабочему объему однородного гидромотора. Следствием этого является существенно меньший радиальный габарит многорядного гидромотора по сравнению с однорядным при равном рабочем объеме. Pistons in a multi-row radial piston hydraulic motor are installed in two or more rows along the axis, and the total working volume of all rows is equal to the working volume of a homogeneous hydraulic motor. The consequence of this is a significantly smaller radial dimension of the multi-row hydraulic motor compared to single-row with an equal working volume.

Недостатком известных многорядных радиально-поршневых гидромоторов является увеличенный по сравнению с однорядными осевой габарит и пониженная надежность, что связано с увеличением расстояния между катками при размещении в ряд нескольких поршней, работающих на одну траверсу, вместо одного. A disadvantage of the known multi-row radial-piston hydraulic motors is the increased axial dimension compared to single-row axial dimensions and reduced reliability, which is associated with an increase in the distance between the rollers when several pistons operating on one crosshead are placed in a row instead of one.

Задачей, решаемой данным изобретением, является уменьшение габаритов и массы, а также повышение надежности многорядного радиально-поршневого гидромотора. The problem solved by this invention is to reduce the size and weight, as well as improving the reliability of a multi-row radial piston hydraulic motor.

Поставленная цель достигается тем, что в многорядном радиально-поршневом гидромоторе, содержащем профилированную направляющую, блок цилиндров с радиальными расточками и пазами и торцевыми направляющими поверхностями, поршневые группы, включающие поршни, установленные в радиальных расточках блока цилиндров, размещенные в радиальных пазах блока цилиндров с возможностью контакта с поршнями траверсы с опорными катками по концам, установленными с возможностью взаимодействия своими цилиндрическими поверхностями с профилированной направляющей и торцами с торцевыми направляющими поверхностями блока цилиндров, каждый поршень в зоне контакта с траверсой снабжен цилиндрическим осевым хвостовиком, диаметр которого меньше диаметра поршня, при этом между торцем катка и образующей соответствующего хвостовика поршня образован гарантированный зазор, а торцевые направляющие поверхности блока цилиндров выполнены в плоскостях, пересекающих его радиальные расточки. This goal is achieved by the fact that in a multi-row radial piston hydraulic motor containing a profiled guide, a cylinder block with radial bores and grooves and end guide surfaces, piston groups including pistons installed in the radial bores of the cylinder block, placed in the radial grooves of the cylinder block with the possibility traverse piston contact with track rollers at the ends installed with the possibility of interaction of their cylindrical surfaces with profiled head each piston in the zone of contact with the crosshead is equipped with a cylindrical axial shaft, the diameter of which is smaller than the diameter of the piston, while a guaranteed clearance is formed between the end of the roller and the generatrix of the corresponding piston shaft, and the end guide surfaces of the cylinder block are made in planes intersecting its radial bores.

Кроме того, каждый осевой хвостовик выполнен в виде отдельной ступенчатой детали, поршень снабжен осевым отверстием для размещения ступени меньшего диаметра хвостовика и его центрирования, при этом ступень большего диаметра хвостовика, выступающая к траверсе, снабжена кольцевым опорным пояском, выполненным с возможностью контакта с поршнем для образования герметичного соединения, а длина ступени меньшего диаметра хвостовика выполнена большей, чем величина рабочего хода поршня. In addition, each axial shank is made in the form of a separate stepped part, the piston is provided with an axial bore to accommodate the step of a smaller diameter of the shank and its centering, while the step of a larger diameter of the shank, protruding to the traverse, is equipped with an annular support belt made with the possibility of contact with the piston for formation of a sealed connection, and the length of the step of a smaller diameter of the shank is made larger than the magnitude of the stroke of the piston.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема продольного разреза многоразрядного радиально-поршневого гидромотора; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез по разъему крышки и поршням (в заштрихованной части); на фиг. 3 - часть силовой группы гидромотора (в увеличенном масштабе), включающая часть цилиндрового блока траверсы с катками и примыкающий к катку поршень одного ряда (поршень другого ряда не показан для лучшего изображения контуров цилиндрического блока); на фиг. 4 - сечение радиальной расточки цилиндрового блока по участку расположения направляющих поверхностей в плоскости, проходящей по радиальной расточке (сечение А-А на фиг.3), и контур осевого хвостовика в поршня между осевым хвостовиком и направляющей поверхностью б, определяющей максимальное приближение к хвостовику торца катка, образован гарантированный зазор S; на фиг. 5 - поршень гидромотора с осевым хвостовиком в виде отдельной ступенчатой детали. In FIG. 1 shows a structural diagram of a longitudinal section of a multi-digit radial piston hydraulic motor; in FIG. 2 - the same, transverse section through the cap connector and pistons (in the shaded part); in FIG. 3 - part of the power group of the hydraulic motor (on an enlarged scale), including part of the cylinder block of the traverse with the rollers and the piston of one row adjacent to the roller (the piston of the other row is not shown for a better image of the contours of the cylindrical block); in FIG. 4 - section of the radial bore of the cylinder block along the location of the guide surfaces in the plane passing along the radial bore (section AA in FIG. 3), and the contour of the axial shaft in the piston between the axial shaft and the guide surface b, which determines the maximum approximation to the end of the end roller, guaranteed clearance S is formed; in FIG. 5 - a piston of a hydraulic motor with an axial shank in the form of a separate stepped part.

Многорядный радиально-поршневой гидромотор содержит копир 1 с внутренней профилированной поверхностью и боковые крышки 2 и 3, образующие вместе с копиром его корпус. В крышках 2 и 3 на подшипниках установлен цилиндровый блок 4, в радиальных расточках которого установлены в два ряда поршни 5. Посредством осевых хвостовиков поршни 5 взаимодействуют с траверсой 6, установленной для перемещения в радиальном пазу цилиндрического блока 4. На концах траверсы 6 посредством колец 7 закреплены с возможностью вращения катки 8, опирающиеся на профилированную поверхность копира 1. A multi-row radial piston hydraulic motor comprises a copier 1 with an internal profiled surface and side covers 2 and 3, forming its body together with the copier. In the caps 2 and 3 on the bearings, a cylinder block 4 is installed, in the radial bores of which pistons 5 are installed in two rows. By means of the axial shanks, the pistons 5 interact with the crossarm 6, which is mounted to move in the radial groove of the cylindrical block 4. At the ends of the crosshead 6 by means of rings 7 rollers 8 are rotatably mounted, resting on the profiled surface of the copier 1.

На торцах цилиндрового блока 4 размещены направляющие поверхности б, ограничивающие осевое смещение траверс 6 посредством взаимодействия с торцами катков 8, установленных на траверсах при помощи подшипников и закрепленных кольцами 7. Направляющие поверхности б размещены в плоскостях, проходящих по радиальным расточкам цилиндрового блока 4. Между торцами катков, положение которых определяется направляющими поверхностями б, и осевым хвостовиком образован гарантированный зазор S, не допускающий соприкосновения катка с поршнем при движении. At the ends of the cylinder block 4 there are guide surfaces b limiting the axial displacement of the traverse 6 by interacting with the ends of the rollers 8 mounted on the traverses using bearings and fixed by rings 7. The guiding surfaces b are placed in planes passing along the radial bores of the cylinder block 4. Between the ends rollers, the position of which is determined by the guiding surfaces b, and a guaranteed clearance S is formed by the axial shank, which prevents the roller from contacting the piston when moving and.

Осевой хвостовик поршня 5 может быть выполнен в виде отдельной ступенчатой детали 9 (фиг.5), имеющей центрирующую ножку и шляпку с герметизирующим опорным пояском, взаимодействующим с торцами поршня. Распределение рабочей жидкости осуществляется распределителем 10. The axial shank of the piston 5 can be made in the form of a separate stepped part 9 (Fig. 5), having a centering leg and a hat with a sealing support belt interacting with the ends of the piston. The distribution of the working fluid is carried out by the distributor 10.

Многорядный радиально-поршневой гидромотор работает следующим образом. A multi-row radial piston hydraulic motor operates as follows.

При подаче жидкости по каналу ж или е (фиг.1) через распределитель 10 в полости радиальных расточек под поршнями 5 последние выдвигаются из расточек и воздействуют через траверсу 6 и катки 8 на профильную поверхность копира 1. За счет тангенциальной составляющей, возникающей при разложении движения поршня на профильной поверхности, цилиндровый блок (при неподвижном корпусе) получает вращение с крутящим моментом, соответствующим давлению рабочей жидкости. После окончания рабочего хода профильная поверхность копира задает поршню обратное движение. При этом жидкость из полости радиальных расточек под поршнями через распределитель и канал е или ж вытесняется поршнями на слив. When the fluid is supplied through the channel g or e (Fig. 1) through the distributor 10 in the cavity of the radial bores under the pistons 5, the latter are pulled out of the bores and act through the traverse 6 and rollers 8 on the profile surface of the copier 1. Due to the tangential component that occurs when the motion decomposes piston on the profile surface, the cylinder block (with a stationary housing) receives rotation with a torque corresponding to the pressure of the working fluid. After the end of the stroke, the profile surface of the copier sets the piston in reverse motion. In this case, the fluid from the cavity of the radial bore under the pistons through the distributor and channel e or g is displaced by the pistons to drain.

Учитывая, что осевой хвостовик имеет обычно в месте сопряжения с траверсой сферическую поверхность и что прочностные соображения позволяют делать его достаточно малого диаметра (вплоть до размера пятна контакта в сопряжении сферы с плоской поверхностью траверсы), описанные конструктивные решения позволяют сблизить катки каждой траверсы настолько, что они оказываются практически полностью утопленными в цилиндровом блоке и почти не выступают за пределы его торцов, ограничивающих наружные стенки рабочих камер гидромотора. Considering that the axial shank usually has a spherical surface at the interface with the traverse and that strength considerations allow it to be made of a sufficiently small diameter (up to the size of the contact spot in the conjugation of the sphere with the flat surface of the traverse), the described design solutions make it possible to bring the rollers of each traverse so close that they turn out to be almost completely recessed in the cylinder block and almost do not protrude beyond its ends, which bound the outer walls of the working chambers of the hydraulic motor.

Это обеспечивает высокую компактность силового узла, а с ним и гидромотора в целом. This ensures high compactness of the power unit, and with it the hydraulic motor as a whole.

Осевой габарит такого гидромотора при двухрядном размещении поршней оказывается сопоставимым с осевым габаритом однорядного гидромотора при существенно меньшем радиальном габарите, что обеспечивает значительный выигрыш в металлоемкости. The axial dimension of such a hydraulic motor with double-row placement of the pistons is comparable with the axial dimension of a single-row hydraulic motor with a significantly smaller radial dimension, which provides a significant gain in metal consumption.

Осевой хвостовик в поршне гидромотора может быть выполнен в виде отдельной ступенчатой детали, ножка которой размещается в сквозном осевом отверстии поршня для центрирования, а головка, выступающая в сторону траверсы, снабжена опорным пояском, прилегающим к торцу поршня для образования герметичного соединения. Длина ножки при этом превышает рабочий ход поршня. The axial shank in the piston of the hydraulic motor can be made in the form of a separate stepped part, the leg of which is placed in the through axial bore of the piston for centering, and the head protruding towards the crosshead is equipped with a support belt adjacent to the end of the piston to form a tight joint. The length of the legs in this case exceeds the stroke of the piston.

При такой конструкции материалы хвостовика и поршня могут быть разными. Это весьма удобно с точки зрения обеспечения работоспособности поршневой группы, в которой свойства антифрикционности, необходимые ей как элементу пары трения, плохо сочетаются с требованием высокой контактной прочности для места сопряжения с траверсой. With this design, the materials of the shank and piston may be different. This is very convenient from the point of view of ensuring the working capacity of the piston group, in which the antifriction properties necessary for it as an element of the friction pair are poorly combined with the requirement of high contact strength for the interface with the traverse.

Свободно (с возможностью осевого перемещения) установленный в поршне осевой хвостовик при нормальной работе герметизирован по опорному пояску и не препятствует получению высоких объемных показателей гидромотора. В то же время в случае заклинивания одного или нескольких поршней, когда между траверсой и заклинившими поршнями теряется контакт, осевой хвостовик, находящийся под воздействием давления со стороны рабочей камеры на его открытый торец, получает возможность перемещаться внутри сквозного осевого отверстия поршня и тем самым компенсировать нарушенный из-за заклинивания поршня прижим траверсы к профилированной поверхности копира, т.е. поддержать кинематические связи, нарушенные из-за отключения поршня. Loosely (with the possibility of axial movement), the axial shank installed in the piston during normal operation is sealed in the support band and does not prevent obtaining high volumetric performance of the hydraulic motor. At the same time, in the case of jamming of one or several pistons, when contact is lost between the traverse and jammed pistons, the axial shaft, which is under the influence of pressure from the working chamber on its open end face, is able to move inside the through axial bore of the piston and thereby compensate for the broken due to jamming of the piston, the clamp of the traverse to the profiled surface of the copier, i.e. maintain kinematic relationships broken due to piston shutdown.

Благодаря такой компенсации не допускается разрушение элементов траверсы из-за динамических взаимодействий ее с сопредельными элементами (копиром, цилиндровым блоком, заклинившими поршнями и т.д.) при свободных инерционных перемещениях (бросках) траверсы между ними. Компенсация не допускает также перекоса и заклинивания самой траверсы на направляющих поверхностях в аксиальных углублениях цилиндрового блока (с которыми траверса взаимодействует посредством торцов расположенных на ней катков). Такой перекос возможен в случае несимметричного прижима траверсы одним из поршней при заклинившихся остальных. В этом случае воздействие подвижного осевого хвостовика компенсирует несимметричность нагрузки. Для обеспечения функций компенсации длина ножки осевого хвостовика превышает величину рабочего хода поршня с тем, чтобы при любом месте остановки заклинившего поршня осевой хвостовик не вышел полностью из сквозного осевого отверстия поршня (что резко увеличило бы утечки) и имел при максимальном вылете достаточную заделку в этом отверстии для обеспечения нормального (без перекоса и заклинивания) начала возвратного движения. Thanks to such compensation, destruction of the crosshead elements is not allowed due to its dynamic interactions with adjacent elements (copier, cylinder block, jammed pistons, etc.) during free inertial movements (throws) of the crosshead between them. Compensation also prevents distortion and jamming of the crosshead itself on the guide surfaces in the axial recesses of the cylinder block (with which the crosshead interacts through the ends of the rollers located on it). Such a skew is possible in the case of asymmetric clamping of the yoke with one of the pistons with the remaining jammed. In this case, the action of the movable axial shaft compensates for the load asymmetry. To ensure compensation functions, the axle shaft leg length exceeds the piston stroke length so that at any point where the jammed piston stops, the axial shaft does not completely come out of the axial piston bore (which would drastically increase leakage) and have sufficient termination in this bore at maximum reach to ensure normal (without skewing and jamming) the beginning of the return movement.

Выполнение осевого хвостовика в виде отдельной детали позволяет также компенсировать погрешности при изготовлении цилиндрического блока. В случае, если будет допущено отклонение от параллельности направляющих поверхностей, которыми определяется движение траверсы, и осей поршней, зазор между поршнем и ножкой хвостовика создает дополнительную возможность (суммируясь вместе с зазором в паре поршень - радиальная расточка) для смещения точки контакта поршня с траверсой в направлении, перпендикулярном оси поршня без взаимного проскальзывания контактирующих тел (за счет смещения вдоль плоскости опорного герметизирующего пояска, где удельные давления ниже). Это позволяет снизить требования к точности изготовления цилиндрового блока и повысить тем самым технологичность гидромотора. The execution of the axial shank in the form of a separate part also allows you to compensate for errors in the manufacture of a cylindrical block. If a deviation from the parallelism of the guiding surfaces that determine the movement of the crosshead and the axes of the pistons is allowed, the gap between the piston and the stem leg creates an additional opportunity (summing up with the gap in the piston – radial bore pair) to shift the point of contact between the piston and the crosshead in direction perpendicular to the axis of the piston without mutual slipping of the contacting bodies (due to displacement along the plane of the support sealing girdle, where the specific pressures are lower). This allows you to reduce the requirements for precision manufacturing of the cylinder block and thereby improve the manufacturability of the hydraulic motor.

Предлагаемая конструкция многорядного радиально-поршневого гидромотора позволяет за счет роста давления и уменьшения габаритов значительно поднять его энергоемкость, а с ним и всей гидросистемы, в которую включены гидромоторы. The proposed design of a multi-row radial piston hydraulic motor allows, by increasing pressure and reducing dimensions, to significantly increase its energy intensity, and with it the entire hydraulic system, which includes hydraulic motors.

Claims

1. MULTI-ROW RADIAL-PISTON HYDRAULIC MULTIPLE ACTION, containing a profiled guide beam, a cylinder block with radial bores and grooves and end guide surfaces, piston groups including pistons installed in radial bores of the cylinder block, while the beam the possibility of contact with the pistons and have track rollers at the ends, installed with the possibility of interaction with their cylindrical surfaces with profiled and the ends with the guide surfaces of the cylinder block, characterized in that each piston in the contact area with the crosshead is provided with a cylindrical axial shaft, the diameter of which is smaller than the diameter of the piston, while a guaranteed clearance is formed between the end of the roller and the generatrix of the corresponding piston shaft, and the end the guide surfaces of the cylinder block are made in planes intersecting its radial bores.

2. The hydraulic motor according to claim 1, characterized in that each axial shank is made in the form of a separate stepped part, the piston is provided with an axial bore to accommodate a step of a smaller diameter of the shank and its centering, while the step of a larger diameter of the shank protruding to the crosshead is provided with an annular support a belt made with the possibility of contact with the piston to form a sealed connection, and the length of the step of a smaller diameter of the shank is made larger than the magnitude of the piston stroke.