Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6925
(13) U
(46) 2010.12.30
(51) МПК (2009)
F 15B 11/00
(54) АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ НАСОС
(21) Номер заявки: u 20100533
(22) 2010.06.08
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный аг-
рарный технический университет"
(BY)
(72) Авторы: Бобровник Александр Ивано-
вич; Котлобай Анатолий Яковлевич;
Котлобай Андрей Анатольевич (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение обра-
зования "Белорусский государствен-
ный аграрный технический универси-
тет" (BY)
(57)
1. Аксиально-поршневой насос, содержащий корпус, качающий узел в составе веду-
щего вала и кинематически связанного с ним блока цилиндров, поршни, взаимодейству-
ющие с наклонной шайбой насоса, образующие рабочие полости, связанные с полостями
двух диаметрально противоположных секторных пазов гидрораспределителя, выполнен-
ного в виде штока, установленного в расточке блока цилиндров с возможностью осевого
перемещения, соединенных с подводящим и отводящим каналами насоса, отличающийся
тем, что оснащен дополнительным качающим узлом, включающим поршни, взаимодей-
ствующие с дополнительной наклонной шайбой аксиально-поршневого насоса и образу-
ющие в блоке цилиндров рабочие полости, связанные с полостями двух полукольцевых
пазов гидрораспределителя, соединенных с подводящим и отводящим каналами аксиаль-
но-поршневого насоса, а каждый секторный паз выполнен в виде винтовой поверхности с
постоянным центральным углом и углом поворота относительно оси штока на 180° по его
длине.
2. Аксиально-поршневой насос по п. 1, отличающийся тем, что осевые линии порш-
ней качающих узлов смещены относительно друг друга на расчетный угол.
Фиг. 1
BY6925U2010.12.30

2. BY 6925 U 2010.12.30
2
(56)
1. Патент РБ 3584U, МПК F 15B 11/22, 2007.
2. Патент РБ 3922U, МПК F 15B 11/22, 2007.
Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в
объемном гидроприводе ходового и рабочего оборудования технологических машин для
привода исполнительных органов.
Известна аксиально-поршневая гидромашина, содержащая корпус, качающий узел в
составе ведущего вала и кинематически связанного с ним блока цилиндров, поршни, вза-
имодействующие с наклонной шайбой гидромашины, образующие рабочие полости, свя-
занные с полостями двух диаметрально противоположных полукольцевых канавок
гидрораспределителя, выполненного в виде штока, установленного в расточке блока ци-
линдров, соединенных с подводящим и отводящим каналами гидромашины [1].
Известная гидромашина обладает рядом положительных качеств: высокое рабочее
давление; быстроходность; компактность, малые габаритные размеры и масса; высокие
значения объемного и общего КПД.
Недостатками известной аксиально-поршневой гидромашины являются ограниченные
функциональные возможности. Это объясняется тем, что аксиально-поршневая гидрома-
шина не обеспечивает возможности изменения рабочего объема, необходимой для опти-
мизации режимов работы систем приводов технологического и ходового оборудования.
Известен аксиально-поршневой насос, содержащий корпус, качающий узел в составе
ведущего вала и кинематически связанного с ним блока цилиндров, поршни, взаимодей-
ствующие с наклонной шайбой насоса, образующие рабочие полости, связанные с поло-
стями двух диаметрально противоположных секторных пазов гидрораспределителя,
выполненного в виде штока, установленного в расточке блока цилиндров с возможностью
осевого перемещения, соединенных с подводящим и отводящим каналами насоса [2].
Известный аксиально-поршневой насос обеспечивает возможность изменения рабоче-
го объема, необходимую для оптимизации режимов работы систем приводов рабочего и
ходового оборудования.
Недостатками известного аксиально-поршневого насоса являются низкая надежность
работы.
Это объясняется тем, что при работе аксиально-поршневого насоса в режиме частич-
ного эффективного хода поршней и соответсвенно рабочего объема, отличного от номи-
нального, включение рабочих полостей аксиально-поршневого насоса в напорную
магистраль потребителя производится в зоне высоких скоростей поршней аксиально-
поршневого насоса. Это приводит к высокой скорости нарастания давления в рабочей по-
лости аксиально-поршневого насоса, увеличению динамических нагрузок, действующих
на детали аксиально-поршневого насоса, снижению их долговечности и надежности рабо-
ты аксиально-поршневого насоса. Кроме того, малое количество поршней аксиально-
поршневого насоса увеличивает степень неравномерности подачи рабочей жидкости в
напорную магистраль потребителя, что также приводит к увеличению динамических
нагрузок, действующих на детали аксиально-поршневого насоса, снижает их долговеч-
ность и надежность работы аксиально-поршневого насоса.
Задачей, решаемой полезной моделью, является увеличение надежности работы акси-
ально-поршневого насоса.
Решение поставленной задачи достигается тем, что аксиально-поршневой насос, со-
держащий корпус, качающий узел в составе ведущего вала и кинематически связанного с
ним блока цилиндров, поршни, взаимодействующие с наклонной шайбой насоса, образу-
ющие рабочие полости, связанные с полостями двух диаметрально противоположных сек-

3. BY 6925 U 2010.12.30
3
торных пазов гидрораспределителя, выполненного в виде штока, установленного в рас-
точке блока цилиндров с возможностью осевого перемещения, соединенных с подводя-
щим и отводящим каналами насоса, оснащен дополнительным качающим узлом,
включающим поршни, взаимодействующие с дополнительной наклонной шайбой акси-
ально-поршневого насоса и образующие в блоке цилиндров рабочие полости, связанные с
полостями двух полукольцевых пазов гидрораспределителя, соединенных с подводящим и
отводящим каналами аксиально-поршневого насоса, а каждый секторный паз выполнен в
виде винтовой поверхности с постоянным центральным углом и углом поворота относи-
тельно оси штока на 180° по его длине, при этом осевые линии поршней качающих узлов
смещены относительно друг друга на расчетный угол.
Существенные отличительные признаки предлагаемого технического решения обес-
печивают увеличение надежности работы аксиально-поршневого насоса за счет снижения
динамических нагрузок, действующих на детали аксиально-поршневого насоса. Снижение
динамических нагрузок деталей аксиально-поршневого насоса достигается за счет вклю-
чения рабочих полостей аксиально-поршневого насоса в напорную магистраль потребите-
ля в зоне малых скоростей поршней. Также динамические нагрузки деталей аксиально-
поршневого насоса снижаются за счет уменьшения степени неравномерности подачи ра-
бочей жидкости в напорную магистраль потребителя, достигаемой благодаря смещению
осей цилиндров качающих узлов на расчетный угол.
На фиг. 1 представлен аксиально-поршневой насос с регулированием подачи рабочей
жидкости от максимального до нулевого значения; 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 - аксиально-поршневой насос с регули-
рованием подачи рабочей жидкости от нулевого до максимального значения.
Аксиально-поршневой насос включает корпус 1, качающий узел в составе ведущего
вала 2 и кинематически связанного с ним блока цилиндров 3. Поршни 4, взаимодейству-
ющие с наклонной шайбой 5 аксиально-поршневого насоса, образуют рабочие полости 6,
связанные с полостями диаметрально противоположных секторных пазов 7, 8 гидрорас-
пределителя. Гидрораспределитель выполнен в виде штока 9, установленного в расточке
блока цилиндров 3 с возможностью осевого перемещения. Секторные пазы 7, 8 соединены
с подводящим 10 и отводящим 11 каналами аксиально-поршневого насоса, образованны-
ми в штоке 9.
Секторные пазы 7, 8 выполнены в виде винтовых поверхностей с постоянными цен-
тральными углами и углом поворота относительно оси штока 9 на 180° по его длине.
Аксиально-поршневой насос оснащен дополнительным качающим узлом, включаю-
щим поршни 12, взаимодействующие с дополнительной наклонной шайбой 13 аксиально-
поршневого насоса и образующие в блоке цилиндров 3 рабочие полости 14, связанные с
полостями полукольцевых пазов 15, 16 гидрораспределителя. Полукольцевые пазы 15, 16
соединены с подводящим 10 и отводящим 11 каналами насоса.
Осевые линии поршней 4, 12 смещены относительно друг друга на расчетный угол.
Шток 9 оснащен поршнем 17, образующим управляющую полость 18 в крышке 19
корпуса 1 аксиально-поршневого насоса. Полость 18 связана с напорной магистралью 20
управления и сливом в бак 21 в первой и третьей позициях гидрораспределителя 22. Пор-
шень 17 подпружинен пружиной 23. Пружина 23 фиксирует исходное положение поршня 17
и штока 9. Шток 9 зафиксирован от поворота относительно оси.
Аксиально-поршневой насос работает следующим образом.
При работе аксиально-поршневого насоса вал 2 вращается от двигателя (не показан) и
приводит во вращение блок цилиндров 3. Поршни 4, 12, взаимодействуя с поверхностями
наклонных шайб 5, 13, совершают возвратно-поступательное движение в блоке цилиндров 3.
При выдвижении поршней 12 из блока цилиндров 3 объемы рабочих полостей 14 уве-
личиваются. Рабочая жидкость из бака гидросистемы (не показан) через канал 10 штока 9

4. BY 6925 U 2010.12.30
4
поступает в полость полукольцевого паза 15 и далее - в рабочие полости 14 блока цилин-
дров 3. При движении поршней 12 внутрь блока цилиндров 3 объемы рабочих полостей 14
уменьшаются, и рабочая жидкость из полостей 14 поступает в полость полукольцевого
паза 16 и по каналу 11 - в напорную магистраль потребителя.
При начальном положении штока 9 (объем управляющей полости 18 минимальный) и
конструктивном исполнении аксиально-поршневого насоса, предполагающем установку
наклонных шайб 5, 13 с углами наклона в разные стороны относительно поперечной
плоскости аксиально-поршневого насоса (фиг. 1), при выдвижении поршней 4 из блока
цилиндров 3 объемы рабочих полостей 6 увеличиваются. Рабочая жидкость из бака гидро-
системы (не показан) через канал 10 штока 9 поступает в полость секторного паза 7 и да-
лее - в рабочие полости 6 блока цилиндров 3. При движении поршней 4 внутрь блока
цилиндров 3 объемы рабочих полостей 6 уменьшаются, и рабочая жидкость из полостей 6
поступает в полость секторного паза 8, и по каналу 11 - в напорную магистраль потреби-
теля. В данном относительном положении наклонных шайб 5, 13 и начальном положении
штока 9 условный приведенный ход поршней 4, 12 цилиндров обоих качающих узлов,
равный сумме их ходов, максимальный. Подача аксиально-поршневого насоса макси-
мальная.
При переводе гидрораспределителя 22 в первую позицию управляющая полость 18 со-
единяется с напорной магистралью 20, и поршень 17 со штоком 9 перемещаются в крыш-
ке 19 корпуса 1, деформируя пружину 23. При достижении поршнем 17 крайнего
положения (объем управляющей полости 18 максимальный) изменяется фазовый угол ра-
боты поршней 4 на 180° относительно положения секторных пазов 7, 8. При выдвижении
поршней 4 из блока цилиндров 3 рабочая жидкость поступает в рабочие полости 6 из по-
лости секторного паза 8, связанного с каналом 11, включенного в напорную магистраль
потребителя. При движении поршней 4 внутрь блока цилиндров 3 рабочая жидкость из
полостей 6 поступает в полость секторного паза 7 и по каналу 10 - в бак гидроситемы. В
данном относительном положении наклонных шайб 5, 13 и конечном положении штока 9
поршни одного качающего узла работают на всасывание, а второго на нагнетание. Услов-
ный приведенный ход поршней 4, 12 цилиндров обоих качающих узлов равен нулю. По-
дача аксиально-поршневого насоса нулевая.
При переводе гидрораспределителя 22 в третью позицию управляющая полость 18 со-
единяется со сливом в бак 21 гидросистемы, поршень 17 со штоком 9 перемещаются в
крышке 19 корпуса 1 под действием пружины 23. При работе гидрораспределителя 22 в
следящем режиме поршень 17 устанавливается в промежуточном положении. Аксиально-
поршневой насос обеспечивает необходимую подачу рабочей жидкости в диапазоне от
максимального до нулевого значений.
При конструктивном исполнении аксиально-поршневого насоса, предполагающем па-
раллельную установку наклонных шайб 5, 13 (см. фиг. 7), и начальном положении штока 9
(объем управляющей полости 18 минимальный) при выдвижении поршней 4 из блока ци-
линдров 3 рабочая жидкость поступает в рабочие полости 6 из полости секторного паза 7,
связанного каналом 10 с баком гидросистемы. При движении поршней 4 внутрь блока ци-
линдров 3 рабочая жидкость из полостей 6 поступает в полость секторного паза 8 и по ка-
налу 11 - в напорную магистраль потребителя. Одновременно при выдвижении поршней
12 из блока цилиндров 3 рабочая жидкость из напорной магистрали потребителя через ка-
нал 11 штока 9 поступает в полость полукольцевого паза 16 и далее - в рабочие полости 14
блока цилиндров 3. При движении поршней 12 внутрь блока цилиндров 3 рабочая жид-
кость из полостей 14 поступает в полость полукольцевого паза 15 и по каналу 10 - в бак
гидросистемы. В данном относительном положении наклонных шайб 5, 13 и начальном
положении штока 9 поршни одного качающего узла работают на всасывание, а второго на
нагнетание. Условный приведенный ход поршней 4, 12 цилиндров обоих качающих узлов
равен нулю. Подача аксиально-поршневого насоса нулевая.

5. BY 6925 U 2010.12.30
5
При переводе гидрораспределителя 22 в первую позицию управляющая полость 18 со-
единяется с напорной магистралью 20, и поршень 17 со штоком 9 перемещаются в крыш-
ке 19 корпуса 1, деформируя пружину 23. При достижении поршнем 17 крайнего
положения (объем управляющей полости 18 максимальный) изменяется фазовый угол ра-
боты поршней 4 на 180° относительно положения секторных пазов 7, 8. При выдвижении
поршней 4 из блока цилиндров 3 рабочая жидкость поступает в рабочие полости 6 из по-
лости секторного паза 8, связанного с каналом 11. При движении поршней 4 внутрь блока
цилиндров 3 рабочая жидкость из полостей 6 поступает в полость секторного паза 7, свя-
занного с каналом 10. Одновременно при выдвижении поршней 12 из блока цилиндров 3
рабочая жидкость через канал 11 штока 9 поступает в полость полукольцевого паза 16 и
далее - в рабочие полости 14 блока цилиндров 3. При движении поршней 12 внутрь блока
цилиндров 3 рабочая жидкость из полостей 14 поступает в полость полукольцевого паза 15,
связанного с каналом 10. В данном относительном положении наклонных шайб 5, 13 и
конечном положении штока 9 условный приведенный ход поршней 4, 12 цилиндров обоих
качающих узлов, равный сумме их ходов, максимальный. Подача аксиально-поршневого
насоса максимальная. При этом аксиально-поршневой насос реверсируется, канал 11
необходимо подключить к баку гидросистемы, а канал 10 - к напорной магистрали потре-
бителя.
Аналогично при переводе гидрораспределителя 22 в третью позицию управляющая
полость 18 соединяется со сливом в бак 21 гидросистемы, поршень 17 со штоком 9 пере-
мещаются в крышке 19 корпуса 1 под действием пружины 23. При работе гидрораспреде-
лителя 22 в следящем режиме поршень 17 устанавливается в промежуточном положении.
Аксиально-поршневой насос обеспечивает необходимую подачу рабочей жидкости в диа-
пазоне от нулевого до максимального значений.
Регулирование подачи рабочей жидкости посредством изменения фазы работы двух
качающих узлов аксиально-поршневого насоса обеспечивает снижение динамических
нагрузок деталей аксиально-поршневого насоса. Кроме того, смещение осей цилиндров
качающих узлов на расчетный угол приводит к уменьшению степени неравномерности
подачи рабочей жидкости в напорную магистраль потребителя, и снижению динамиче-
ской нагруженности аксиально-поршневого насоса.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает увеличение надеж-
ности работы аксиально-поршневого насоса за счет снижения динамических нагрузок,
действующих на детали аксиально-поршневого насоса. Снижение динамических нагрузок
деталей аксиально-поршневого насоса достигается за счет включения рабочих полостей
насоса в напорную магистраль потребителя в зоне малых скоростей поршней и уменьше-
ния степени неравномерности подачи рабочей жидкости в напорную магистраль потреби-
теля.

6. BY 6925 U 2010.12.30
6
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4

7. BY 6925 U 2010.12.30
7
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.