Гидростатическая аксиально-поршневая машина и применение такой машины

Есть еще 4 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Гидростатическая аксиально-поршневая машина (10), содержащая блок (30) цилиндров, выполненный вращаемым вокруг первой оси (39) и имеющий расточки (28) цилиндров, которые расположены на первой базовой окружности, концентричной относительно первой оси (39), и проходят в осевом направлении, и плоскость (12), выполненную вращаемой вокруг второй оси (38), причем на указанной плоскости (12) шарнирно закреплены в кольцевой конфигурации с расположением на второй базовой окружности, концентричной относительно второй оси (38), поршни (27, 27') в количестве, соответствующем количеству расточек (28) цилиндров, проходящие со смещением в соответствующие расточки (28) цилиндров, а также предусмотрены синхронизирующие средства (19, :, 25) для синхронизации поворотов блока (30) цилиндров вокруг первой оси (39) и ведомого вала (11) вокруг второй оси (38), причем блок цилиндров (30) и ведомый вал (11) установлены с возможностью непрерывного регулирования посредством осей (38, 39) между первым положением, в котором оси (38, 39) параллельны, и вторым положением, в котором оси (38, 39) образуют друг с другом максимальный угол поворота (amax), отличный от нуля, отличающаяся тем, что максимальный угол поворота (amax) превышает 45ш.

2. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.1, отличающаяся тем, что максимальный угол поворота (amax) равен или превышает 50ш.

3. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что вращаемая плоскость (12) расположена на одном конце ведомого вала (11) с возможностью вращения вокруг второй оси (38), а синхронизирующие средства (19, :, 25) включают в себя центральный синхронизирующий вал (23), который расположен в пределах кольцевой конфигурации поршней (27, 27') и который одним концом сцеплен через первое соединение (22) с ведомым валом (11) зафиксированным в отношении вращения образом, а другим концом сцеплен через второе соединение (24) с блоком цилиндров (30), причем для достижения отличного от нуля угла поворота (a) синхронизирующий вал (23) установлен с возможностью поворота в любую сторону в центральном воронкообразном отверстии (13) ведомого вала (11), которое выполнено в пределах кольцевой конфигурации поршней (27, 27') таким образом, что максимальный угол поворота (amax) машины определен размером и формой воронкообразного отверстия (13) и поперечного сечения синхронизирующего вала (23).

4. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.3, отличающаяся тем, что первое и второе соединения выполнены в виде триподного соединения (22, 24), причем синхронизирующий вал (23) смонтирован с возможностью аксиального смещения в ведущем валу (11) для компенсирования изменений расстояния в случае изменений угла поворота (a), при этом ведущий вал (11) снабжен средствами (19, 20, 21) для упругого предварительного напряжения синхронизирующего вала (23) в направлении блока (30) цилиндров.

5. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.4, отличающаяся тем, что средства для предварительного напряжения содержат пружину (19) сжатия, которая оказывает давление через нажимной поршень (20) и первый нажимной штифт (21), шарнирно присоединенный к одному концу синхронизирующего вала (23), причем синхронизирующий вал (23) другим концом опирается через шарнирно присоединенный к нему второй нажимной штифт (25) на блок (30) цилиндров.

6. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по любому из пп.3-5, отличающаяся тем, что воронкообразное отверстие (13) выполнено с локальными расширениями между каждой парой соседних поршней (27, 27') посредством округлых выступов (33) для увеличения максимального угла поворота (amax), причем контур поперечного сечения синхронизирующего вала (23) соответствует выступам (33).

7. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.6, отличающаяся тем, что краевой контур воронкообразного отверстия (13) представляет собой многоугольник, число углов которого соответствует количеству поршней (27, 27'), причем углы многоугольника расположены между каждой парой соседних поршней и образуют округлые выступы (33).

8. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.7, отличающаяся тем, что количество поршней (27, 27') выбрано кратным трем, причем контур поперечного сечения синхронизирующего вала (23) имеет вращательную симметрию, при которой в результате поворота на 120ш контур переходит сам в себя.

9. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.8, отличающаяся тем, что на синхронизирующем валу (23) выполнены три углубления (35) в виде паза для обеспечения указанной осевой 120ш симметрии контура поперечного сечения, которые проходят в осевом направлении и расположены с возможностью поворота на 120ш.

10. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.8 или 9, отличающаяся тем, что предусмотрено девять поршней (27, 27').

11. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что каждый поршень (27) смонтирован на одном конце поршневого хвостовика (27'), причем поршневой хвостовик (27') сужается к своему другому концу, который выполнен со сферической головкой (26) и шарнирно установлен в сферическом подшипнике (18), при этом сферические подшипники (18) закреплены на второй базовой окружности во фланце (12), который образован на ведомом валу (11) и который образует плоскость, вращаемую вокруг второй оси (38).

12. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.11, отличающаяся тем, что поршень (27), поршневой хвостовик (27') и сферическая головка (26) выполнены в виде единого элемента.

13. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.4, отличающаяся тем, что синхронизирующий вал (23) на каждом из двух концов снабжен тремя цилиндрическими поводками (34) для образования триподных соединений (22, 24), причем указанные поводки установлены с возможностью поворота на 120ш и проходят в радиальном направлении.

14. Применение гидростатической аксиально-поршневой машины (10), охарактеризованной в любом из пп.1-13, в качестве элемента коробки передач (40) с распределением мощности транспортного средства, в частности трактора, с приводом от двигателя (50) внутреннего сгорания, в которой часть мощности привода, передаваемой коробкой передач (40) с распределением мощности, передается гидравлическим образом, и для указанной гидравлической передачи мощности предусмотрены по меньшей мере две гидравлически соединенные друг с другом гидростатические аксиально-поршневые машины (Н1, Н2), которые поочередно работают в качестве насоса и в качестве двигателя.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

010848 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к области техники, связанной с аксиально-поршневыми машинами. Изобретение относится к гидравлической аксиально-поршневой машине, охарактеризованной в ограничительной части п.1, а также к применению такой машины. Предшествующий уровень техники Бесступенчатые гидростатические коробки передач с распределенной мощностью, особенно в транспортных средствах, применяемых в сфере строительства или сельского хозяйства, давно и хорошо известны из уровня техники (см., например, публикации DE-AS-1 113 621, DE-C2-29 04 572, DE-A1-37 07 382, DE-A1-43 43 401 и ЕР-А 1-1 195 542). В этих коробках передач передаваемая мощность распределяется на механическую ветвь и гидростатическую ветвь коробки передач как функция скорости движения, при этом мощность вначале им передается, а затем объединяется вновь. Гидростатическая ветвь передачи мощности коробки передач включает в себя условно две гидростатические аксиально-поршневые машины, которые гидравлически соединены друг с другом, одна из которых работает в каждом случае в качестве насоса, а другая - в качестве двигателя. Две машины могут в этом случае меняться ролями, в зависимости от ступени передачи. Гидростатические аксиально-поршневые машины составляют существенный компонент гидростатической коробки передач с распределенной мощностью и несомненно влияют на свойства коробки передач, например коэффициент полезного действия, габаритный размер, сложность, охватываемый диапазон скоростей, тип и количество ступеней передач и т.п. Примеры гидростатических аксиальнопоршневых машин этого типа раскрыты в DE-A1-198 33 711 или DE-A1-100 44 784. Функционирование и теория гидростатических аксиально-поршневых машин и оборудованная ими коробка передач с распределенной мощностью для трактора описаны в публикации, выпущенной TU, Мюнхен, 2000 г. (авторы г-н X. Борк и др.), под названием "Построение модели, имитация и анализ бесступенчатой коробки передач с разветвленной мощностью для трактора". В гидростатических аксиально-поршневых машинах блок цилиндров, в который проходят аксиальные поршни, может шарнирно крепиться к приводному фланцу, на котором аксиальные поршни могут быть смонтированы шарнирно под углом поворота, выходя за пределы аксиально параллельной базовой конфигурации. В зависимости от угла поворота в случае постоянной частоты вращения аксиальнопоршневая машина, работающая как насос, передает в единицу времени больший или меньший объем. В аксиально-поршневой машине, работающей в качестве двигателя, угол поворота оказывает влияние на эффективный крутящий момент и частоту вращения. Благодаря совместной работе двух аксиальнопоршневых машин, работающих в коробке передач с распределенной мощностью в качестве насоса и в качестве двигателя, в которых углы поворота насоса и двигателя могут надлежащим образом изменяться,скорость движения может быть задана независимо от частоты вращения двигателя приводного двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, в тракторе возможно, например, невзирая на изменение скорости движения, поддерживать частоту вращения дизельного двигателя на постоянном уровне и управлять двигателем в максимально выгодном эксплуатационном режиме или приспособить частоту вращения выходного вала оптимальным образом для выполнения рабочего задания вспомогательного оборудования, управляемого посредством выходного вала. Максимально возможный угол поворота аксиально-поршневой машины определяет рабочий диапазон аксиально-поршневой машины, а следовательно, и свойства коробки передач. В известных до сих пор аксиально-поршневых машинах максимальный угол поворота ограничен значениями, равными или меньшими 45. Это приводит к ограничению по мощности и диапазону изменения. Результатом этого является также и то, что коробки передач, в которых используются аксиально-поршневые машины, ограничены по к.п.д., охватывают ограниченный диапазон скорости, приходящийся на ступень передачи, и вызывают сравнительно высокие затраты, связанные с пространственно-конструктивными требованиями. Сущность изобретения Задача изобретения, таким образом, заключается в создании гидростатической аксиальнопоршневой машины, которая по сравнению с известными аксиально-поршневыми машинами имела бы заметно улучшенные характеристики, а ее применение в коробке передач с распределением мощности приводило бы к соответствующему улучшению характеристик передачи. Эта задача решается за счет признаков п.1. Сущность изобретения заключается в том, чтобы обеспечить максимальный угол поворота в аксиально-поршневой машине, равный или больший 45, в частности равный или больший 50. Коэффициент полезного действия машины увеличивается путем увеличения максимального угла поворота. В то же время возрастает охват, иначе говоря, при постоянной частоте вращения достигается расширенный рабочий диапазон. Более того, при том же самом габаритном размере мощность увеличивается, или при той же самой мощности становится возможным уменьшенный габаритный размер. Эти усовершенствования в отдельной аксиально-поршневой машине также приводят к соответствующим усовершенствованиям в коробке передач с распределением мощности, оборудованной такими машинами. В предпочтительном варианте гидростатической аксиально-поршневой машины в соответствии с-1 010848 настоящим изобретением вращаемая плоскость расположена на одном конце ведомого вала с возможностью вращения вокруг второй оси, а синхронизирующие средства включают в себя центральный синхронизирующий вал, который расположен в пределах кольцевой конфигурации поршней и который одним концом сцеплен через первое соединение с ведомым валом зафиксированным в отношении вращения образом, а другим концом - сцеплен через второе соединение с блоком цилиндров, причем для достижения отличного от нуля угла поворота синхронизирующий вал установлен с возможностью поворота в любую сторону в центральном воронкообразном отверстии ведомого вала, которое выполнено в пределах кольцевой конфигурации поршней, таким образом, что максимальный угол поворота машины определен размером и формой воронкообразного отверстия и поперечного сечения синхронизирующего вала. Первое и второе соединения предпочтительно выполнены в виде триподного соединения, причем синхронизирующий вал смонтирован с возможностью аксиального смещения в ведущем валу для компенсирования изменений расстояния в случае изменений угла поворота, при этом ведущий вал снабжен средствами для упругого предварительного напряжения синхронизирующего вала в направлении блока цилиндров. Средства для предварительного напряжения предпочтительно содержат пружину сжатия, которая оказывает давление через нажимной поршень и первый нажимной штифт, шарнирно присоединенный к одному концу синхронизирующего вала, причем синхронизирующий вал на другом конце опирается через шарнирно присоединенный к нему второй нажимной штифт на блок цилиндров. В такой гидростатической аксиально-поршневой машине воронкообразное отверстие предпочтительно выполнено с локальными расширениями между каждой парой соседних поршней посредством округлых выступов для увеличения максимального угла поворота, причем контур поперечного сечения синхронизирующего вала соответствует выступам. В принципе, выступы могут иметь настолько произвольные формы, насколько (совместно с соответствующим контуром поперечного сечения вала) они способствуют возможности синхронизирующего вала в большей степени поворачиваться в наружном направлении. В особенности предпочтительно, чтобы краевой контур воронкообразного отверстия представлял собой многоугольник, число углов которого соответствовало бы количеству поршней, причем предпочтительно, чтобы углы многоугольника располагались между каждой парой соседних поршней и образовывали округлые выступы. В следующем предпочтительном варианте количество поршней выбрано кратным трем, причем контур поперечного сечения синхронизирующего вала имеет вращательную симметрию, при которой в результате поворота на 120 контур переходит сам в себя. На синхронизирующем валу предпочтительно выполнены три углубления в виде паза для обеспечения указанной осевой 120 симметрии контура поперечного сечения, которые проходят в осевом направлении и расположены с возможностью поворота на 120. Предпочтительно предусмотрено девять поршней. В дальнейшем варианте гидростатической аксиально-поршневой машины согласно изобретению каждый поршень смонтирован на одном конце поршневого хвостовика, причем поршневой хвостовик сужается к своему другому концу, который выполнен со сферической головкой и шарнирно установлен в сферическом подшипнике, при этом сферические подшипники закреплены на второй базовой окружности во фланце, который образован на ведомом валу и который образует плоскость, вращаемую вокруг второй оси. Поршень, поршневой хвостовик и сферическая головка предпочтительно выполнены в виде единого элемента. Согласно изобретению гидростатическая аксиально-поршневая машина применяется в качестве элемента коробки передач с распределением мощности транспортного средства, в частности трактора, с приводом от двигателя внутреннего сгорания, в которой часть мощности привода, передаваемой коробкой передач с распределением мощности, передается гидравлическим образом, и для указанной гидравлической передачи мощности предусмотрены по меньшей мере две гидравлически соединенные друг с другом гидростатические аксиально-поршневые машины, которые поочередно работают в качестве насоса и в качестве двигателя. Дальнейшие варианты осуществления охарактеризованы в зависимых пунктах. Перечень фигур, чертежей Ниже с помощью примеров осуществления будет представлено более подробное описание изобретения со ссылками на чертежи, на которых фиг. 1 показывает продольное сечение гидростатической аксиально-поршневой машины с неповернутым блоком цилиндров в соответствии с предпочтительным примером осуществления изобретения; фиг. 2 показывает часть гидростатической аксиально-поршневой машины по фиг. 1 с блоком цилиндров, повернутым на +50; фиг. 3 показывает часть гидростатической аксиально-поршневой машины по фиг. 1 с блоком цилиндров, повернутым на -50; фиг. 4 показывает в увеличенном виде продольное сечение головной части ведомого вала машины по фиг. 1 с зазором для триподного соединения и синхронизирующего вала; фиг. 5 показывает вид сверху головной части ведомого вала по фиг. 4 в осевом направлении; фиг. 6 а-е показывают различные виды синхронизирующего вала по фиг. 1 с углублениями на хвостовике и поводками, образованными на обоих концах для триподных соединений; фиг. 6 а и b показы-2 010848 вают виды сбоку; фиг. 6 с показывает продольное сечение в плоскости В-В по фиг. 6b; фиг. 6d показывает поперечное сечение в плоскости А-А по фиг. 6 а; и фиг. 6 е иллюстрирует перспективный боковой вид; фиг. 7 показывает вид сверху позиции синхронизирующего вала в воронкообразном отверстии в момент поворота, когда одно из пазовидных углублений синхронизирующего вала лежит параллельно по ширине одной из сторон девятиугольной воронки; фиг. 8 показывает абстрактную схему иллюстративной коробки передач с распределением мощности для трактора с двумя гидростатическими аксиально-поршневыми машинами согласно фиг. 1-6, работающими селективно в качестве насоса и в качестве двигателя; фиг. 9 показывает в значительно упрощенном виде коробку передач в соответствии с фиг. 8, но без непрерывного выходного вала; фиг. 10 а 1-с показывает различные позиции переключения коробки передач согласно фиг. 9 на первой передней ступени передач (фиг. 10 а 1-10 а 3), на второй передней ступени передач (фиг. 10b -10b3) и на задней передаче (фиг. 10 с); и фиг. 11 показывает эта-функцию коэффициента полезного действия (кривая А) и процентную гидростатическую долю передачи мощности (кривая В) как функцию скорости движения v трактора с коробкой передач с распределением мощности в соответствии с фиг. 8 по 10, в случае входной мощности коробки передач, составляющей 195 кВт при 1800 об/мин и окончательной (высшей) скорости 62 км/ч при 2100 об/мин. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Фиг. 1 иллюстрирует продольное сечение гидростатической аксиально-поршневой машины с неповернутым блоком цилиндров (угол поворота =0) в соответствии с предпочтительным примером осуществления изобретения. Гидростатическая аксиально-поршневая машина 10 включает в себя удлиненный ведомый вал 11, блок 30 цилиндров, поршни 27 и синхронизирующий вал 23 для синхронизации поворотов ведомого вала 11 и блока 30 цилиндров. Ведомый вал 11 разбит по своей длине на участки, механически обработанные различным образом, которые служат для монтажа вала, приема зубчатых колес коробки передач, а также для приема и приведения в действие муфт, когда гидростатическая аксиальнопоршневая машина 10 является частью коробки передач с распределением мощности, как это схематично проиллюстрировано на фиг. 7. На одном конце, который обращен к блоку 30 цилиндров, ведомый вал 11 утолщается и заканчивается на фланце 12, который имеет общий центр с осью 38 ведомого вала 11. Девять фрезерованных гнезд 32 для круглоцилиндрических подшипников равномерно распределены вокруг оси 38 на базовой окружности, причем в торец фланца 12 (см. также фиг. 4 и 5) для шарнирного монтажа поршней 27 в указанные гнезда 32 подшипников вставлены сферические подшипники 18. Оси гнезд 32 подшипников относительно оси 38 ведомого вала 11 имеют радиальный наклон в наружном направлении, составляющий несколько градусов (например, 5). Соответственным образом, торец фланца 12 подвергается механической обработке с тем, чтобы идти книзу в наружном направлении таким образом, чтобы в районе гнезд 32 подшипников он проходил перпендикулярно их осям. В центре фланца 12 предусмотрено воронкообразное отверстие 13 (фиг. 4, 5), которое далее, внутри ведомого вала 11, переходит в центральную расточку 15 ступенчатого диаметра. Три аксиально параллельных расточки 14, которые являются частью первого триподного соединения 22, выполнены в ведомом валу 11 вокруг расточки 15 таким образом, чтобы частично перекрываться с расточкой 15, и располагаются в каждом случае с возможностью поворота на 120. Напротив них, в блоке 30 цилиндров находятся аналогичные расточки, являющиеся частью второго триподного соединения 24. Два триподных соединения 22 и 24 делают возможным зафиксированное в отношении вращения присоединение синхронизирующего вала 23 к ведомому валу 11 и к блоку 30 цилиндров, обеспечивая в то же время возможность поворота блока 30 цилиндров относительно фланца 12 или ведомого вала 11. С этой целью, в соответствии с фиг. 6, синхронизирующий вал 23 на каждом из двух концов оснащается тремя радиально ориентированными цилиндрическими поводками 34, которые размещены с возможностью поворота на 120 и которые в случае первого триподного соединения 22 проходят от центральной расточки 15 через открытую в боковом направлении область наложения в примыкающую расточку 14. Аналогичное зацепление поводков 34 имеет место также во втором триподном соединении 24. Чтобы уменьшить люфт, в каждом случае на поводки 34 выведены кольца 17 (фиг. 1), которые снаружи имеют выпуклости. Когда блок 30 цилиндров поворачивается относительно фланца 12, расстояние между блоком 30 цилиндров и фланцем 12, перекрываемое синхронизирующим валом 23, изменяется. Для обеспечения возможности компенсации этого изменения расстояния синхронизирующий вал 23 монтируется в области первого триподного соединения 22 со смещением в осевом направлении. Синхронизирующий вал 23 шарнирно устанавливается своим концом, обращенным к блоку 30 цилиндров, на первый нажимной штифт 25, который вставлен в блок 30 цилиндров и который выходит на некоторую часть своей длины из блока 30 цилиндров. Чтобы синхронизирующий вал 23 не вышел из зацепления с блоком цилиндров во втором триподном соединении 24, он с предварительным напряжением поджимается в осевом направлении ко второму нажимному штифту 25. Пружина 19 сжатия, размещенная в расточке 15, служит для создания предварительного напряжения и оказывает давление на синхронизирующий вал 23 через смещае-3 010848 мый в осевом направлении нажимной поршень 20 и второй нажимной штифт 21. Нажимной поршень 20,нажимные штифты 21, 25 и синхронизирующий вал 23 имеют в каждом случае центральный маслопровод. Цилиндрический блок 30 цилиндров имеет девять аксиально параллельных расточек 28 цилиндров,которые равномерно распределены вокруг оси 39 на базовой окружности и которые, подобно подшипниковым гнездам 32 по фиг. 5, находятся в каждом случае на угловом расстоянии 40 друг от друга. Расточки 28 цилиндров, которые в показанном примере имеют диаметр около 26 мм, со стороны, обращенной к фланцу 12, выполнены глухими. Поршни 27, которые шарнирно монтируются во фланце 12, проходят от этой стороны в расточки 28 цилиндров. С этой целью каждый поршень 27 имеет удлиненный,сужающийся книзу поршневой хвостовик 27', который на нижнем конце переходит в сферическую головку 26, с помощью которой он шарнирно устанавливается в соответствующем сферическом подшипнике 18. Когда блок 30 цилиндров поворачивается вверх из положения, показанного на фиг. 1 (угол поворота =0), то, как проиллюстрировано на фиг. 2, поршни 27, которые лежат над срединной плоскостью, перпендикулярной поверхностям чертежа, перемещаются дальше в свои расточки 28 и сжимают или вытесняют через отверстие находящуюся в них среду, в то время как поршни 27, лежащие ниже срединной плоскости, перемещаются дальше из своих расточек 28 и увеличивают объем находящейся в них среды или же всасывают ее через отверстие. Когда блок 30 цилиндров, в соответствии с фиг. 3, поворачивается вниз, поршни 27, лежащие выше и ниже срединной плоскости, меняются ролями. Максимальный ход поршней 27 составляет в показанном примере приблизительно 93 мм. Когда, в случае постоянного угла =0, ведомый вал 11, а следовательно, и блок 30 цилиндров через синхронизирующий вал 23 поворачиваются вокруг своих соответствующих осей 38 и 39, каждый из девяти поршней 27 проходит через полный цикл хода на один оборот, верхняя и нижняя мертвые точки проходятся в каждом случае тогда, когда поршни и расточки цилиндров находятся соответственно на верхней и нижней (для 0; см. фиг. 2) или на нижней и верхней (для 0; см. фиг. 3) наивысшей точке вращательного движения. Гидродинамическая аксиально-поршневая машина 10 может в этом случае работать как гидравлический насос, когда привод происходит через ведомый вал 11, а рабочая жидкость всасывается на поршнях 27, выходящих из расточки 28 цилиндра, и выдавливается поршнями, движущимися в расточку 28. Объемная производительность подачи насоса в этом случае тем выше, чем больше угол поворота . Однако машина может работать и как гидравлический двигатель, когда на цилиндры между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой в каждом случае действует находящаяся под давлением рабочая жидкость, а возникающее вращательное движение принимается на ведомом валу 11. Крутящий момент в этом случае тем выше, чем больше угол поворота . Если, напротив, на ведомом валу 11 должны достигаться большие частоты вращения, то угол поворотанужно делать небольшим. В коробке передач 40 с распределенной мощностью, как это схематически проиллюстрировано на фиг. 7,ветвь гидравлической мощности образована двумя гидростатическими аксиально-поршневыми машинами Н 1 и Н 2 показанного на фиг. 1 типа, которые гидравлически соединены друг с другом и работают селективно как насос и как двигатель в зависимости от диапазона скорости. Рабочее пространство в цилиндрических расточках 28, которое ограничено поршнями 27, доступно с наружного торца блока 30 цилиндров через соединительные отверстия 29. Для активирования отдельных цилиндров служит зафиксированный в отношении поворота диск управления, не проиллюстрированный на фиг. 1-3, с соответствующими отверстиями, на который наружным торцом через подшипник скольжения (в блоке 30 цилиндров для радиального монтажа предусмотрена расточка 31 для подшипника) аксиально опирается блок цилиндров. Детали такого управления известны из упомянутых в начале публикаций. То же относится и к поворотному механизму, который требуется для того, чтобы поворачивать блок 30 цилиндров на желаемый уголотносительно фланца 12. Известные до сих пор гидростатические аксиально-поршневые машины, которые описаны в упомянутых в начале публикациях, имеют диапазон поворота, ограниченный максимальным углом поворотаmax, равным 45. В результате этого ограничивается ход поршня на цилиндр, а следовательно, - при сохраняющемся габаритном размере - и диапазон регулирования мощности. Это приводит к ограничениям,в частности, когда гидростатические аксиально-поршневые машины должны применяться в коробках передач с распределением мощности. В гидростатических аксиально-поршневых машинах по изобретению это ограничение устраняется за счет того, что используются максимальные углы поворота max, превышающие 45, предпочтительно до 50. Существенное ограничение максимального угла поворота max гидростатической аксиальнопоршневой машины согласно фиг. 1-3 создается синхронизирующим механизмом между ведомым валом 11 и блоком 30 цилиндров. Когда блок 30 цилиндров поворачивается на угол поворота , синхронизирующий вал 23 поворачивается вне оси 38 ведомого вала примерно на половину угла поворота. Для того,чтобы предусмотреть место для этого поворота, в соответствии с фиг. 4 и 5, в центре гнезд 32 подшипников, расположенных на базовой окружности, предусматривается воронкообразное отверстие 13, угол раскрытия которого определяет угол вращения синхронизирующего вала 23. В известных гидростатических аксиально-поршневых машинах отверстие 13 имеет коническую форму. Ширина отверстия опреде-4 010848 ляется в этом случае окружностью, которая вписана в гнезда 32 подшипников. В отличие от этого, в настоящем изобретении пространство между соседними подшипниковыми гнездами 32 используется для того, чтобы увеличить возможный диапазон вращения синхронизирующего вала 23. С этой целью, в соответствии с фиг. 5, в угловом диапазоне между соседними подшипниковыми гнездами 32 в отверстии предусмотрены выступы 33, которые выходят за пределы вписанной окружности. В то же время, в соответствии с фиг. 6d, поперечный контур синхронизирующего вала 23 изменен с отклонением от окружности, таким образом, что во взаимодействии с выступами 33 в отверстии 13 для синхронизирующего вала 23 получается увеличенный диапазон поворота. В этом случае, когда аксиально-поршневая машина вращается, синхронизирующий вал 23 накатывается, как зубчатое колесо в кольцевой шестерне, на краевой контур (имеющий выступы 33) отверстия 13. В принципе, краевой контур отверстия 13 может иметь волнообразную конфигурацию, причем гребни волн могут лежать между гнездами 32 подшипников и впадинами волн, расположенными непосредственно у гнезд 32 подшипников. В соответствии с фиг. 5, предпочтительно, что краевой контур воронкообразного отверстия 13 представляет собой многоугольник с некоторым количеством углов, соответствующим количеству поршней 27, иначе говоря девятиугольник, причем углы многоугольника расположены в каждом случае между соседними поршнями 27 или гнездами 32 подшипников и образуют выступы 33. Поперечный контур синхронизирующего вала 23, напротив, имеет осевую симметрию, которая переходит в саму себя в результате поворота на 120. Эта 120-ная осевая симметрия создается тремя углублениями 35 в виде паза на синхронизирующем валу 23, которые проходят в осевом направлении и расположены в каждом случае с возможностью поворота на 120. Ребра синхронизирующего вала 23, которые остаются и стоят между указанными углублениями, синхронно проникают в выступы 33 отверстия 13 в случае соответствующей угловой ориентации триподного соединения 22, когда синхронизирующий вал накатывается на стенку отверстия 13 при максимальном угле поворота max. Вследствие 120-ной симметрии синхронизирующего вала 23 и 40-ной симметрии отверстия 13 проникновение имеет место только на каждом третьем выступе 33. Моментальный снимок процесса накатывания, в котором одно из углублений 35 в виде паза синхронизирующего вала 23 лежит по ширине строго параллельно одной из сторон отверстия 13 в виде девятиугольной воронки, воспроизведен на фиг. 7. Из-за увеличенного угла поворота гидростатическая аксиально-поршневая машина в соответствии с фиг. 1-3 особенно подходит для применения в коробке передач с распределением мощности транспортного средства, особенно трактора, с приводом от двигателя внутреннего сгорания (дизельного двигателя), в котором, с одной стороны, в диапазоне низких скоростей движения необходимо обеспечить высокий крутящий момент, а с другой стороны, должны быть возможны более высокие скорости движения при хорошей эффективности работы. Схема такой коробки передач с распределением мощности приведена на фиг. 8, а значительно упрощенная коробка передач, соответствующая схеме по фиг. 8, показана на фиг. 9 (в этом случае, однако, непрерывный выходной вал 42 по фиг. 8 заменен ведущим валом 56,оканчивающимся ступенчатой планетарной передачей 45; торсионная заслонка также отсутствует). Проиллюстрированная коробка передач 40 с распределением мощности соединена через карданный вал 41 и торсионную заслонку 49 с двигателем внутреннего сгорания 50, который обозначен поршневым/цилиндровым механизмом. Выходной вал 42 проходит через коробку передач 40 и соединяется на одном конце непосредственно с карданным валом 41, а на другом конце он может соединяться через муфту 46 с ведомым валом 47. Если рассматривается трактор, то его сельскохозяйственное оборудование может работать с приводом от ведомого вала 47. На выходном валу 42 находится большая центральная шестерня z1 ступенчатой планетарной передачи 45, которая, помимо этого, включает двойные планетарные шестерни z2, z2', малую центральную шестерню z1' и кольцевую шестерню z3. Малая центральная шестерня z1' соединяется (с фиксированием в отношении вращения) через полый вал со следующей шестерней z6, которая переходит в шестерню z7. Кольцевая шестерня z3 соединяется (с фиксированием в отношении вращения) с шестерней z4, которая,в свою очередь, переходит в шестерню z5. Шестерня z5 может через муфту K3 соединяться с ведомым валом 43 первой гидростатической аксиально-поршневой машины Н 1. Шестерня z7 может через муфтуK2 соединяться с ведомым валом 44 второй гидростатической аксиально-поршневой машины Н 2. Водило планетарного ряда (55 на фиг. 8) двойных планетарных шестерен z2, z2' соединяется (с фиксированием в отношении вращения) с шестерней z8, которая переходит с одной стороны в шестерню z9, а с другой стороны в шестерню z17. Шестерня z9 может с помощью полого вала и муфты K1 соединяться с ведомым валом 44 второй гидростатической аксиально-поршневой машины Н 2. Шестерня z17 является частью привода трансмиссии 48, который соединяется с ведомыми осями транспортного средства. В коробке передач по фиг. 9, движительная мощность транспортного средства принимается на соответствующей ведомой шестерне 54. Мощности, передаваемые через механическую и гидравлическую ветви коробки передач, суммируются на водиле (планетарного ряда) 55. Кроме того, выходной вал 42 размещен на нем с фиксированием в отношении вращения шестерни z10, которую можно соединить с ведомым валом 43 первой гидростатической аксиально-поршневой машины Н 1 через промежуточную шестерню z12 и следующую шестерню z11 при помощи муфты K4. Две гидростатические аксиально-поршневые машины Н 1 и Н 2 гидравлически соединены друг с-5 010848 другом через две гидравлические линии 51 и 52, которые в каждом случае используются как выходящая и обратная линии. Многопутевой гидрораспределитель 53, установленный в гидравлических линиях 51,52, позволяет чередовать линии, когда две аксиально-поршневые машины Н 1 и Н 2 меняются ролями,иными словами, когда аксиально-поршневая машина, работающая в качестве насоса, должна работать в качестве двигателя, и наоборот. Принцип действия коробки передач 40 с распределением мощности по фиг. 8 или фиг. 9 можно объяснить со ссылкой на фиг. 10. Фиг. 10 а 1-а 3 относятся в этом случае к ступени первой передней передачи, фиг. 10b1-b3 относятся к ступени второй передней передачи, а фиг. 10 с относится к задней передаче. В целях экономии места обозначения отдельных деталей коробки передач, идентичных обозначениям по фиг. 9, опущены. В начале работы первой передней передачи (медленная передняя передача; фиг. 10 а 1) муфты K1 иK2 находятся в зацеплении. Первая гидростатическая аксиально-поршневая машина Н 1 работает на первой передней передаче как насос, а вторая гидростатическая аксиально-поршневая машина Н 2 - как двигатель. Аксиально-поршневая машина Н 1 (насос) сначала медленно поворачивается, выходя из неповернутого состояния (угол поворота =0) в состояние полного поворота (угол поворота =max), которое достигается на фиг. 10 а 2. Вследствие этого она подает все больше и больше рабочей жидкости в аксиально-поршневую машину Н 2, работающую как двигатель. Последняя поворачивается до максимума и таким образом, создает большой крутящий момент при медленно возрастающей частоте вращения. Когда аксиально-поршневая машина Н 1 повернута до максимума (фиг. 10 а 2), аксиально-поршневая машина Н 2 медленно поворачивается назад к нулю (фиг. 10 а 3). В этом случае частота ее вращения возрастает, тогда как частота вращения аксиально-поршневой машины Н 1 и передача гидравлической мощности падает до нуля в конце ступени передачи. На фиг. 11 первая ступень передней передачи соответствует скоростному диапазону между 0 и приблизительно 18 км/ч, в котором пропорциональная мощность в л.с. передаваемой гидравлической мощности линейно уменьшается со 100 до 0%. На переходе от конца первой ступени передачи (фиг. 10 а 3) к началу второй ступени передачи (фиг. 10b1) муфта K1 выходит из зацепления, а муфта K2 вместо нее находится в состоянии зацепления. Поскольку аксиально-поршневая машина Н 2 в случае угла поворота, равного нулю, не получает никакого крутящего момента, крутящий момент переключения фактически равен нулю. Одновременно с включением в работу муфт K1 и K2 аксиально-поршневая машина Н 1 переключается на работу в качестве двигателя, а аксиально-поршневая машина Н 2 на работу в качестве насоса посредством переключения многопутевого распределителя 53. Те же действия, что и на первой ступени передачи, имеют место и с другим передаточным числом: сначала с полностью повернутым двигателем Н 1 насос Н 2 все более и более поворачивается, выходя из неповернутого состояния (фиг. 10b1), до тех пор, пока он аналогичным образом не повернется полностью (фиг. 10b2). Двигатель Н 1 далее поворачивается обратно к нулю (фиг. 10b3), увеличивая свою частоту вращения, и передаваемая гидравлическая мощность падает до нуля. Вторая ступень передней передачи соответствует скоростному диапазону между 18 и 62 км/ч на фиг. 11. Доля передаваемой мощности возрастает в этом случае от 0% вначале до максимума, составляющего приблизительно 30% (при 30 км/ч), а затем падает до 0% (приблизительно при 53 км/ч), и для превышающих эту величину скоростей она остается на уровне 0%. Этот вид конструкции коробки передач и управления коробкой передач дает в результате, в соответствии с фиг. 11, эта-КПД коробки передач, который сначала очень быстро возрастает до значений, превышающих 85%, а на более высоких скоростях движения достигает даже своего максимума, составляющего приблизительно 90%. Для заднего хода (фиг. 10 с), муфты K2 и K3 открыты, а муфты K1 и K4 закрыты. Аксиальнопоршневая машина Н 1 работает как насос, а аксиально-поршневая машина Н 2 - как двигатель. Двигатель Н 2 повернут полностью, тогда как насос Н 1 поворачивается от нулевого угла поворота. Перечень ссылочных номеров 10 - Гидростатическая аксиально-поршневая машина (двигатель, насос) 11 - Ведомый вал 12 - Фланец 13 - Отверстие (воронкообразное) 14 - Расточка (триподное соединение) 15 - Расточка (нажимное средство) 16 - Осевой канал 17 - Кольцо 18 - Сферический подшипник 19 - Пружина сжатия 20 - Нажимной поршень 21, 25 - Нажимной штифт 22, 24 - Триподное соединение 23 - Синхронизирующий вал 26 - Сферическая головка 27 - Поршень-6 010848 27' - Поршневой хвостовик 28 - Расточка цилиндра 29 - Соединительное отверстие (расточка цилиндра) 30 - Блок цилиндров 31 - Расточка для подшипника 32 - Гнездо подшипника 33 - Выступ 34 - Поводок (триподное соединение) 35 - Углубление (в виде паза) 36, 37 - Чаша подшипника 38 - Ось (ведомый вал) 39 - Ось (блок цилиндров) 40 - Коробка передач с распределением мощности 41 - Карданный вал 42 - Выходной вал 43, 44 - Ведомый вал (аксиально-поршневая машина) 45 - Ступенчатая планетарная передача 46 - Муфта 47 - Ведомый вал 48 - Привод трансмиссии 49 - Торсионная заслонка 50 - Двигатель внутреннего сгорания 51, 52 - Гидравлическая линия 53 - Многопутевой распределитель 54 - Ведомое колесо 55 - Водило планетарного ряда 56 - Ведущий вал Н 1,Н 2 Гидростатическая аксиально-поршневая машинаmax - Максимальный угол поворота ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Гидростатическая аксиально-поршневая машина (10), содержащая блок (30) цилиндров, выполненный вращаемым вокруг первой оси (39) и имеющий расточки (28) цилиндров, которые расположены на первой базовой окружности, концентричной относительно первой оси (39), и проходят в осевом направлении, и плоскость (12), выполненную вращаемой вокруг второй оси (38), причем на указанной плоскости (12) шарнирно закреплены в кольцевой конфигурации с расположением на второй базовой окружности, концентричной относительно второй оси (38), поршни (27, 27') в количестве, соответствующем количеству расточек (28) цилиндров, проходящие со смещением в соответствующие расточки(28) цилиндров, а также предусмотрены синхронизирующие средства (19, , 25) для синхронизации поворотов блока (30) цилиндров вокруг первой оси (39) и ведомого вала (11) вокруг второй оси (38), причем блок цилиндров (30) и ведомый вал (11) установлены с возможностью непрерывного регулирования посредством осей (38, 39) между первым положением, в котором оси (38, 39) параллельны, и вторым положением, в котором оси (38, 39) образуют друг с другом максимальный угол поворота (max), отличный от нуля, отличающаяся тем, что максимальный угол поворота (max) превышает 45. 2. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.1, отличающаяся тем, что максимальный угол поворота (max) равен или превышает 50. 3. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что вращаемая плоскость (12) расположена на одном конце ведомого вала (11) с возможностью вращения вокруг второй оси (38), а синхронизирующие средства (19, , 25) включают в себя центральный синхронизирующий вал (23), который расположен в пределах кольцевой конфигурации поршней (27, 27') и который одним концом сцеплен через первое соединение (22) с ведомым валом (11) зафиксированным в отношении вращения образом, а другим концом сцеплен через второе соединение (24) с блоком цилиндров (30),причем для достижения отличного от нуля угла поворотасинхронизирующий вал (23) установлен с возможностью поворота в любую сторону в центральном воронкообразном отверстии (13) ведомого вала(11), которое выполнено в пределах кольцевой конфигурации поршней (27, 27') таким образом, что максимальный угол поворота (max) машины определен размером и формой воронкообразного отверстия (13) и поперечного сечения синхронизирующего вала (23). 4. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.3, отличающаяся тем, что первое и второе-7 010848 соединения выполнены в виде триподного соединения (22, 24), причем синхронизирующий вал (23) смонтирован с возможностью аксиального смещения в ведущем валу (11) для компенсирования изменений расстояния в случае изменений угла поворота , при этом ведущий вал (11) снабжен средствами(19, 20, 21) для упругого предварительного напряжения синхронизирующего вала (23) в направлении блока (30) цилиндров. 5. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.4, отличающаяся тем, что средства для предварительного напряжения содержат пружину (19) сжатия, которая оказывает давление через нажимной поршень (20) и первый нажимной штифт (21), шарнирно присоединенный к одному концу синхронизирующего вала (23), причем синхронизирующий вал (23) другим концом опирается через шарнирно присоединенный к нему второй нажимной штифт (25) на блок (30) цилиндров. 6. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по любому из пп.3-5, отличающаяся тем, что воронкообразное отверстие (13) выполнено с локальными расширениями между каждой парой соседних поршней (27, 27') посредством округлых выступов (33) для увеличения максимального угла поворота(max), причем контур поперечного сечения синхронизирующего вала (23) соответствует выступам (33). 7. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.6, отличающаяся тем, что краевой контур воронкообразного отверстия (13) представляет собой многоугольник, число углов которого соответствует количеству поршней (27, 27'), причем углы многоугольника расположены между каждой парой соседних поршней и образуют округлые выступы (33). 8. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.7, отличающаяся тем, что количество поршней (27, 27') выбрано кратным трем, причем контур поперечного сечения синхронизирующего вала(23) имеет вращательную симметрию, при которой в результате поворота на 120 контур переходит сам в себя. 9. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.8, отличающаяся тем, что на синхронизирующем валу (23) выполнены три углубления (35) в виде паза для обеспечения указанной осевой 120 симметрии контура поперечного сечения, которые проходят в осевом направлении и расположены с возможностью поворота на 120. 10. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.8 или 9, отличающаяся тем, что предусмотрено девять поршней (27, 27'). 11. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что каждый поршень (27) смонтирован на одном конце поршневого хвостовика (27'), причем поршневой хвостовик (27') сужается к своему другому концу, который выполнен со сферической головкой (26) и шарнирно установлен в сферическом подшипнике (18), при этом сферические подшипники (18) закреплены на второй базовой окружности во фланце (12), который образован на ведомом валу (11) и который образует плоскость, вращаемую вокруг второй оси (38). 12. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.11, отличающаяся тем, что поршень (27),поршневой хвостовик (27') и сферическая головка (26) выполнены в виде единого элемента. 13. Гидростатическая аксиально-поршневая машина по п.4, отличающаяся тем, что синхронизирующий вал (23) на каждом из двух концов снабжен тремя цилиндрическими поводками (34) для образования триподных соединений (22, 24), причем указанные поводки установлены с возможностью поворота на 120 и проходят в радиальном направлении. 14. Применение гидростатической аксиально-поршневой машины (10), охарактеризованной в любом из пп.1-13, в качестве элемента коробки передач (40) с распределением мощности транспортного средства, в частности трактора, с приводом от двигателя (50) внутреннего сгорания, в которой часть мощности привода, передаваемой коробкой передач (40) с распределением мощности, передается гидравлическим образом, и для указанной гидравлической передачи мощности предусмотрены по меньшей мере две гидравлически соединенные друг с другом гидростатические аксиально-поршневые машины(Н 1, Н 2), которые поочередно работают в качестве насоса и в качестве двигателя.

МПК / Метки

МПК: F04B 1/20, F01B 3/00, F03C 1/06

Метки: машины, машина, аксиально-поршневая, применение, гидростатическая

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/12-10848-gidrostaticheskaya-aksialno-porshnevaya-mashina-i-primenenie-takojj-mashiny.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Гидростатическая аксиально-поршневая машина и применение такой машины</a>

Похожие патенты