Шестеренный гидромотор, шестеренный насос и передача, имеющая бесступенчато-регулируемые параметры - RU2647268C2
Код документа: RU2647268C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Техническое решение относится к шестеренному гидромотору, шестеренному насосу и бесступенчато-регулируемым передачам, автоматическим бесступенчато-регулируемым передачам, работающим от нулевой частоты вращения ведомого вала без соединения или без гидродинамического преобразователя, будь то с переменным крутящим моментом во всей его работе, к насосам с бесступенчато-регулируемой выходной мощностью от нуля, к гидромоторам с бесступенчато-регулируемой скоростью, гидравлическим тормозам, а также гидравлическим, пневматическим и вращательным аккумулирующим системам.
УРОВНЯ ТЕХНИКИ
В настоящее время существует большое количество передач, используемых в транспорте, в промышленности и других отраслях экономики.
Они могут быть разделены на следующие:
передачи с постоянным зубчатым зацеплением (образованные, например, двумя роторами, насосом и гидромотором, рычагом передачи, и т.п.);
регулируемые передачи (например, классические передачи с ручным управлением в легковых автомобилях, грузовых автомобилях, в велосипедах, станках и т.п.);
частично непрерывные передачи (например, вариационная передача, гидродинамический преобразователь и т.п.);
передачи, на вид работающие как непрерывные от нулевого вращения (это, прежде всего автоматические передачи, состоящие из роторов, вариаторов, одной или нескольких муфт, гидродинамических преобразователей и т.п.).
Абсолютно непрерывные передачи с теоретической передачей от 1:0 до 1:бесконечность с переменным крутящим моментом. Существует только одна известная действующая передача, состоящая из насоса с бесступенчато-регулируемой скоростью выходного потока и гидромотора с бесступенчато-регулируемым числом оборотов в соответствии с патентной заявкой PCT/SK2011/000009, опубликованной под как WO/2011/129776. В документе WO/2011/129776 она состоит из относительно в осевом направлении скользящих роторов с надетыми кольцами или сегментами с каналами, которые делят роторы на действующую и недействующую части. Упомянутые роторы могут иметь внешнее, а также внутреннее зубчатое зацепление. Они могут катиться друг по другу, но не в состоянии генерировать орбитальное движение. Роторы находятся в контакте в одной или нескольких (перекатывающихся) точках, но не в таком количестве, соответствующем количеству зубьев наименьшего из них. Она содержит скользящее посадочное место под уплотнение. Впадины между зубьями являются изолированными по их окружностям, и жидкость не циркулирует между ними.
Шестеренные насосы или гидромоторы с различными формами зубьев, или насосы и гидромоторы с вращательными поршнями имеют широкое применение, в частности, в смазочной технологии, создании давления, гидравлических приводных системах, гидравлических передачах, а также других различных гидравлических машинах и устройствах. Некоторые из них сконструированы для конкретных условий и имеют постоянные параметры, некоторые имеют изменяемые параметры, а некоторые даже имеют бесступенчато-регулируемые параметры, будь то в работе в статическом, а также в динамическом режимах. В настоящее время существуют насосы, способные работать с бесступенчато-регулируемым расходом, гидромоторы с бесступенчато-регулируемым числом оборотов и передачи с абсолютно непрерывным регулированием числа оборотов; будь то даже от нулевого выходного числа оборотов без использования сцепления или без гидродинамического преобразователя. Передачи имеют очень широкую область применения, и они могут быть использованы буквально где угодно, от велосипедов до танков, включая мотоциклы, легковые автомобили, а также грузовые автомобили и тому подобное.
Состояние уровня техники включает в себя и другие типы насосов и гидромоторов с относительно осевым скольжением роторов, которые не соответствуют обязательным условиям эксплуатации такого гидравлического оборудования, или они имеют недостатки, препятствующие их применимости. Они являются, таким образом, непригодными для промышленного или коммерческого использования, например, "героторного" типа насосы, которые не содержат ни вращательных, ни плоскостных систем компенсации, хотя при регулировании их внутреннего объема происходят изменения в упомянутых насосах, также они не содержат систем синхронизации роторов. Таким образом, они не способны к непрерывному изменению скорости потока жидкости от нулевой скорости потока, они не в состоянии создать так называемую нулевую выходную скорость потока или подачу (в дальнейшем, только выходная скорость потока) боковой поверхности зуба непрерывным образом при изменении внутреннего объема, а также при закрытых промежутках между зубьями. Объем выходного потока упомянутого насоса с бесступенчато-регулируемой скоростью потока, соизмерим с поверхностью выходного потока, с изменениями внутреннего объема и изменениями объема закрытых промежутков между зубьями.
В документе GB 1539515 А насос образован роторами, имеющими только внешние зубья, которые скользят в осевом направлении по отношению друг к другу. Кольца без отверстий для потока скользят по упомянутым роторам. Так как упомянутые кольца не имеют отверстий для потока, жидкость является полностью закрытой в большинстве промежутков между зубьями, так как они установлены и закрыты в корпусе насоса. Также невозможно перемещать кольцо, не имеющее отверстий для потока, которое скользяще установлено в плоское уплотнение. Осевое перемещение обеспечивается гидравликой с противодействием пружины. Так как жидкость является несжимаемой, относительное осевое перемещение с этими роторами или с перемещающимися кольцами посредством плоского уплотнения пока не представляется возможным. До этого момента упомянутый насос не может считаться функциональным и применяемым для функционирования бесступенчато-регулируемой скорости потока. Документ утверждает, что упомянутый насос не может работать с нулевой скоростью потока, что ясно указывает, что, даже если бы насос был способен функционировать, он будет по-прежнему насосом с ограниченной функцией по скорости потока. Текст также описывает возможное изменение объемов жидкости в закрытых промежутках между зубьями так, что оно создается, например, вырезами по бокам зубьев, или оно обеспечивает соединение оставшейся жидкости с выходными потоками через соответствующие каналы в роторах или в кольцах. Это еще одна проблема, которая препятствует полезности насоса.
Документ DE 10156977 A1 адресован к гидромотору с бесступенчато-регулируемыми оборотами. В соответствии с чертежами, упомянутый шестеренный гидромотор образован двумя роторами, которые абсолютно не соответствуют обязательному условию - взаимодействия роторов - что является абсолютно ясным и очевидным из чертежа поперечного сечения насоса, и даже больше, из чертежа корпуса ротора. По этой причине роторы будут иметь некоторую негерметичность в точке их контакта, и утечка будет зависеть от скорости вращения, размера зубьев и от расстояния осей упомянутых роторов, и буквально, упомянутый, гидромотор будет работать в импульсном режиме, поскольку упомянутые зубья будут сталкиваться друг с другом при вращении. Данный факт лишает права упомянутый гидромотор относить к категории гидромоторов с бесступенчато-регулируемым числом оборотов. В этом режиме, упомянутый гидромотор должен иметь минимальный срок службы и, следовательно, непригодность к эксплуатации.
Если мы признаем, что упомянутые роторы способны катиться друг по другу, тогда корпус одного ротора, содержащий отверстия для потока, будет скользить в другом роторе. Упомянутые отверстия будут перекрываться в нескольких местах посредством одного компонента, и тем самым несколько впадин между зубьями ротора будут полностью закрыты. Это не ясно из чертежа, сколько из них будут закрыты, но, конечно, это будет как минимум одно. Гидравлическая жидкость является несжимаемой, а следовательно, скольжение корпуса ротора в упоминаемом роторе будет невозможно. Второй ротор содержит зубчатый венец, который содержит отверстие для подачи. Упомянутый зубчатый венец вместе со стенкой кожуха полностью закрывает несколько (безусловно, более, чем один) промежутков между зубьями на втором роторе и будет блокировать изменение во внутренней части гидромотора и, следовательно, гидромотор будет не в состоянии изменять число оборотов постоянно. Гидромотор не будет функциональным и, таким образом, непригоден для использования.
Документ US 2008/0166251 А1 адресован к насосу, состоящему из двух роторов героторного типа, только с одним приводным валом, где имеется в осевом направлении скользящий внешний ротор и насос с переменным давлением на выходе. Документ не рассматривает решения бесступенчато-регулируемого объема потока, только регулируемого объема потока, также он не адресован к режиму нулевого потока, равно как и каким-либо компенсациям. Это может только приблизить к режиму нулевого потока, что четко указано в документе. Насос не может быть повторно возвращен в статический режим. Насос имеет только частичную функцию регулируемого потока. Для того чтобы иметь надлежащее функционирование системы возврата в исходное положение насоса, минимальный объем потока должен быть предусмотрен на выходе из насоса, т.е. его работа не возможна в нулевом режиме. Упомянутый насос не содержит синхронизационной системы роторов, или любой другой системы, которая будет обеспечивать синхронное число оборотов обоих роторов и режим нулевого потока. Также он не содержит какой-либо другой системы возврата в исходное положение, которая позволила бы возвратить упомянутый насос из режима нулевого потока. Возврат в исходное положение упомянутого насоса напрямую зависит от объема потока и давления на выходе насоса, и по этой причине объем выходного потока также зависит от всасывания жидкого вещества в систему возврата в исходное положение. Насос не способен работать в функции точно дозирующего насоса, и это также по той причине, что на выходе насос работает в начале возврата в исходное положение, а конец перенастройки режима потока скачкообразный, что нарушает функцию непрерывного потока. Насос не способен работать в качестве гидромотора с переменным числом оборотов, потому что давление на входе превышает давление на выходе и перенастройка поэтому невозможна. Насос не способен к бесступенчатому регулированию потока, потому что при перенастройке насоса от одного объема потока к другому, возникает явление, когда внутренний объем насоса изменяется. Это явление вызвано различными областями внутренних уплотнений из-за их неодинаковых диаметров. Изменение объема не является незначительным и явление является настолько серьезным, что насос не в состоянии справиться с изменением объема без компенсационной или других систем и насос является дисфункциональным для бесступенчатого регулирования потока. Даже если изменение внутреннего объема (при увеличении) на выходной части насоса является настолько большим, что и текущий поток, не будет никакого потока на выходе насоса и, следовательно, также функция регулируемого потока будет нарушена, и поэтому будет возврат себя в исходное положение. Считаю, что имеется наиболее серьезный недостаток, что в соответствии с вариантом осуществления упомянутого документа существует минимум одна впадина между зубьями в насосе, которая всегда полностью закрыта в один какой-то момент. Число таких закрытых впадин между зубьями является одна или более, в один момент это зависит не только от конструкции насоса, но также и от четного или нечетного количества зубьев внутреннего ротора. В упомянутый момент невозможна перенастройка без компенсации, потому что гидравлическая жидкость является несжимаемой. Это происходит каждый раз, в каждой впадине между зубьями, которая находится в так называемом режиме максимального объема в данный момент. В некоторых случаях это также происходит в каждой противоположной впадине между зубьями.
Документ US 4740142 содержит два типа насосов.
1. Шестеренный насос с внешними, а также внутренними шестернями.
Это шестеренные насосы, содержащие два ротора с внешними зубьями, и насосы, содержащие один ротор с внешними зубьями и один ротор с внутренними зубьями, где при осевом скольжении роторов возникает поток жидкости от более высокого давления к более низкому давлению на одном краю зубьев, что абсолютно исключает регулярную эксплуатацию такого насоса. Упомянутый насос способен работать только при максимальной скорости потока, и только при условии, что оба ротора имеют одинаковую длину. Вопрос был решен в упомянутом документе WO/2011/129776, который является функциональным.
2. Шестеренный насос героторного типа.
Шестеренный насос героторного типа по документу является не способным к регулярной работе и все самое необходимое, написанное в предложении для документа США 2008/0166251A1, также имеет силу для последнего документа.
Непрерывная передача согласно настоящему изобретению может заменить функционально непрерывную гидравлическую передачу на основании опубликованного документа WO/2011/129776, хотя последний имеет неоспоримые преимущества. В принципе, он имеет другую конструкцию и конкретные насосы и гидромоторы способны взаимодействовать с насосами и гидромоторами, изготовленными в соответствии с упомянутым документом, и они могут производить абсолютно непрерывные передачи, работающие от нулевого выходного числа оборотов с переменным крутящим моментом. Непрерывная передача, а также ее отдельные компоненты в состоянии повлиять на производство новых типов насосов, гидромоторов, гидравлических передач, автоматических непрерывных передач, а также различных регулируемых гидравлических приводов, гидравлических тормозов и аккумулирующих систем.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание гидравлической передачи, содержащей как минимум один шестеренный насос с бесступенчато-регулируемым объемом потока, или как минимум один шестеренный гидромотор с бесступенчато-регулируемым числом оборотов, в которой роторы имеют по меньшей мере одну степень зазора в осевом направлении (в направлении оси Х или оси Y) и содержат по меньшей мере одну поверхностную систему компенсации. Посредством объединения выхода насоса с входом гидромотора и выхода гидромотора с входом насоса согласно настоящему изобретению создана абсолютно непрерывная передача с теоретической передачей от 1:0 до 1:бесконечность. В действительности, передача будет от 1:0 до 1:А (на основе опыта А должно быть более чем 100). Такая передача может работать как централизованная передача (в одном корпусе) или в децентрализованной форме (насос удален от гидромотора и они соединены посредством, например, гидравлического канала). Передача также может содержать более двух взаимодействующих элементов. Как нечто само собой разумеющееся, такие передачи могут работать в качестве непрерывных автоматических передач и тому подобного.
Первым объектом настоящего изобретения является шестеренный гидромотор с бесступенчато-регулируемым числом оборотов, состоящий из вала с осью вращения X, на котором установлен по меньшей мере один внутренний ротор с внешними зубьями, который является скользящим в по меньшей мере одном внешнем роторе с внутренними зубьями и с осью вращения Y, при этом количество зубьев внешнего ротора с внутренними зубьями на один больше количества зубьев внутреннего ротора с внешними зубьями, и содержащий средний корпус, или, в конечном счете, имеющий боковые уплотнения и впускное и выпускное отверстие, является первым предметом настоящего изобретения. Его сущность состоит в том, что внутренний ротор с внешними зубьями и внешний ротор с внутренними зубьями имеют по меньшей мере одну степень зазора в осевом направлении и с боковых сторон они обеспечены скользящим уплотнением с внутренней резьбой и скользящим уплотнением с компенсационными цилиндрами различных диаметров, при этом скользящее уплотнение с внутренней резьбой имеет диаметр, соответствующий внутреннему диаметру вершин зубьев внешнего ротора с внутренними зубьями, а скользящее уплотнение с компенсационными цилиндрами имеет диаметр, соответствующий внешнему диаметру вершин зубьев внутреннего ротора с внешними зубьями; и он содержит по меньшей мере одну поверхностную систему компенсации для компенсации изменений внутреннего объема, которые возникают при относительно осевом перемещении роторов.
Выходной вал шестеренного гидромотора с бесступенчато-регулируемым числом оборотов может иметь идентичную или соизмеримую передачу, но с обратным числом оборотов другого выходного вала.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, шестеренный гидромотор с бесступенчато-регулируемым числом оборотов содержит перепускную регулируемую систему, например, с регулировочным болтом или другим элементом регулирования.
Шестеренный насос с бесступенчато-регулируемым объемом выходного потока, содержащий вал с осью вращения Х, на котором по меньшей мере установлен один внутренний ротор с внешними зубьями, и который является скользящим во внешний ротор с внутренними зубьями и осью вращения Y, при этом количество зубьев внешнего ротора с внутренними зубьями на один больше количества зубьев внутреннего ротора с внешними зубьями, и содержащий средний корпус, возможно, с боковыми уплотнениями, и впускное и выпускное отверстия, является вторым предметом настоящего изобретения. Его сущность состоит в том, что внутренний ротор с внешними зубьями и внешний ротор с внутренними зубьями имеют по меньшей мере одну степень зазора в осевом направлении, с боков они обеспечены скользящим уплотнением с внутренней резьбой и скользящим уплотнением с компенсационными цилиндрами различных диаметров, при этом скользящее уплотнение с внутренней резьбой имеет диаметр, соответствующий внутреннему диаметру вершин зубьев внешнего ротора с внутренними зубьями, а скользящее уплотнение с компенсационными цилиндрами имеет диаметр, соответствующий наружному диаметру вершин зубьев внутреннего ротора с внешними зубьями; и при этом он содержит по меньшей мере одну поверхностную систему компенсации и перепускную регулируемую систему, такую как регулировочный болт или другой элемент регулирования или систему синхронизации роторов.
Передача с плавно регулируемыми выходными параметрами, состоящая из как минимум одного шестеренного насоса согласно настоящему изобретению с бесступенчато-регулируемым объемом выходного потока, и как минимум одного гидромотора; или, как минимум одного шестеренного гидромотора с бесступенчато-регулируемым числом оборотов, и как минимум одного насоса; или, как минимум одного шестеренного насоса с бесступенчато-регулируемым объемом выходного потока, и как минимум одного шестеренного гидромотора с бесступенчато-регулируемым числом оборотов, является третьим предметом настоящего изобретения. Выпуск насоса или шестеренного насоса с бесступенчато-регулируемым объемом потока соединен с впуском гидромотора или шестеренного гидромотора с бесступенчато-регулируемым числом оборотов, а выпуск гидромотора или шестеренного гидромотора с бесступенчато-регулируемым числом оборотов соединен с впуском насоса или шестеренного насоса с бесступенчато-регулируемым объемом потока. Соединение насоса без бесступенчато- регулируемых параметров и гидромотора без бесступенчато-регулируемыми параметрами не попадает в объем настоящего изобретения. Передача с плавно регулируемыми выходными параметрами должна содержать по меньшей мере одну поверхностную систему компенсации для компенсации изменений внутреннего объема, возникающих во время относительного осевого перемещения, или роторы, благодаря различным диаметрам скользящего уплотнения с внутренней резьбой и скользящего уплотнения с компенсационными цилиндрами.
Поверхностные системы компенсации передачи в соответствии с настоящим изобретением образованы компенсационными цилиндрами, расположенными в скользящем уплотнении, которые предусмотрены с компенсационными поршнями.
В одном варианте осуществления шестеренный насос с бесступенчато-регулируемым выходным потоком и/или шестеренный гиромотор с бесступенчато-регулируемым числом оборотов содержит средний корпус, а в другом варианте осуществления он содержит средний корпус и боковые уплотнения.
В предпочтительном варианте осуществления шестеренный насос и/или шестеренный гидромотор согласно настоящему изобретению предусмотрены, по меньшей мере, с механизмом переключения, который состоит из переключающего колеса с приводным винтом, расположенным в переключающей резьбе скользящего уплотнения, держателя, закрепленного на одном из боковых уплотнений, и из стопорного кольца.
В другом предпочтительном варианте осуществления механизм переключения и/или скользящие части в осевом направлении снабжены по меньшей мере одним блокирующим механизмом.
Шестеренный насос и/или шестеренный гидромотор согласно настоящему изобретению могут содержать по меньшей мере одну вращательную систему компенсации для компенсации закрытого объема или закрытых промежутков между зубьями и применяется только тогда, когда роторы вращаются вокруг своих осей X и Y.
В другом предпочтительном варианте осуществления шестеренный насос и/или шестеренный гидромотор согласно настоящему изобретению могут содержать по меньшей мере одну автоматическую систему оценки и управления.
Передача с плавно регулируемыми выходными параметрами согласно настоящему изобретению является подходящей для использования в гидравлической, пневматической или вращательно аккумулирующей системе.
Вращательная система компенсации состоит из каналов потока от закрытой впадины между зубьями в часть с низким давлением или высоким давлением насоса с бесступенчато-регулируемым объемом выходного потока и/или гидромотора с бесступенчато-регулируемым числом оборотов, при условии, что прямая взаимосвязь частей высокого давления и низкого давления устройства через эти каналы не будет возникать.
Роторы шестеренного насоса согласно настоящему изобретению и/или шестеренного гидромотора согласно настоящему изобретению, и/или передачи с плавно регулируемыми выходными параметрами согласно настоящему изобретению, приспособлены для вращательного движения или орбитального движения.
Насос образован как минимум двумя роторами или вращающимися поршнями, скользящими друг в друге, где по меньшей мере один ротор будет иметь внешнее зубчатое зацепление и по меньшей мере один ротор будет иметь внутреннее зубчатое зацепление. Оси вращения одного и другого роторов не являются одинаковыми. Роторы в настоящем изобретении могут иметь одинаковую или разную длину. Роторы примыкают друг против друга как минимум во многих точках (или эти точки имеют минимальное расстояние от их зубьев), поскольку имеются зубья или вершины зубьев внутреннего ротора с внешним зубчатым зацеплением. Количество зубьев или вершин зубьев (в дальнейшем только зубьев) внешнего ротора с внутренним зубчатым зацеплением на один больше количества зубьев внутреннего ротора с внешним зубчатым зацеплением.
Упомянутые роторы могут иметь 4 (четыре) типа относительных движений, в отношении осей:
1. Оба ротора вращаются только вокруг своих собственных осей;
2. Внешний ротор не вращается, а внутренний ротор выполняет орбитальное движение;
3. Внутренний ротор не вращается, а внешний ротор выполняет орбитальное движение;
4. Внешний ротор и внутренний ротор выполняют ограниченные орбитальные движения.
Каждый ротор может работать в качестве ведущего ротора, а также ведомого ротора. Если оба ротора являются ведомыми (например, посредством жидкости), они работают в функции гидромотора, который не применяется для так называемого режима нулевого потока, если они содержат системы синхронизации роторов, потому что гидромотор не включает режим нулевого расхода.
Упомянутый тип непрерывного насоса изменяет всасывание и выпуск потока поверхности зубьев посредством относительного осевого скольжения роторов непрерывно от нуля, при этом избыток жидкости присутствует в насосе в образованных не выпускных впадинах между зубьями, движущимися по орбите вокруг от выпуска к впуску и от впуска к выпуску. Гидромотор имеет поверхность сжатия на впуске и свободную поверхность на выпуске. Насосы согласно настоящему изобретению должны быть герметичными как в направлении осей ротора, так и во впускной и выпускной части насоса, поскольку некоторые уплотнения являются подвижными также в осевом направлении, независимо от того, роторы будут работать только во вращательном движении, во вращательном и орбитальном движениях или будут неподвижными. С боков упомянутые роторы уплотнены посредством уплотнений (некоторые с подшипниками), содержащих в них канавки или отверстия для впуска и выпуска жидкого вещества, отверстия для вала внутреннего ротора или другие вспомогательные отверстия и канавки (например, для функции орбитального движения, соединяющего отверстия и тому подобного). Некоторые уплотнения двигаются совместно с движущимися роторами в осевом направлении, но в то же время они также могут вращаться, некоторые из них также выполняют орбитальное движение, некоторые жестко зафиксированы с некоторой частью насоса или они имеют некоторые общие движения. Все уплотнения могут состоять из нескольких частей. Части соединены и закреплены таким образом, что они не будут разделяться под воздействием внутренних давлений или под другими внутренними или внешними силами для того, чтобы избежать утечки жидких веществ. Все части установлены в корпусе насоса, который также может состоять из нескольких частей (среднего корпуса, боковых корпусов уплотнений и т.п.). Некоторые компоненты жестко зафиксированы с корпусом, некоторые прикреплены подвижно через подшипники или через уплотнительные системы. Впускное и выпускное отверстие насоса, проходящие валы или другие механизмы, например регулировочные или механизмы переключения (далее только механизмы переключения), предусмотрены через корпус. Упомянутые роторы и некоторые уплотнения являются относительно в осевом направлении скользящими друг против друга посредством механизма переключения. Их относительное максимальное осевое скольжение может осуществляться на самую короткую длину одного из роторов. Роторы, таким образом, могут иметь или не иметь одинаковую длину. Механизм переключения может быть образован посредством любого самого современного из силовых механизмов. Он может быть, например, основан на гидравлических, пневматических, электрических, электронных, механических принципах и т.п., или их комбинации. Механизм может быть прикреплен или соединен с любой движущейся частью насоса или гидромотора с бесступенчато-регулируемыми параметрами скользяще в осевом направлении таким образом, что обеспечивается относительное осевое скольжение ротора, что очевидно для специалиста в данной области техники.
Роторы согласно настоящему изобретению не содержат никаких колец или сегментов. Входное и выходное давление в промежутках между зубьями всегда одинаковое, в зависимости от того, с какой стороны (впуска или выпуска) находятся промежутки между зубьями. (Для одного момента имеется исключение для одной впадины между зубьями, которая находится в данный момент в так называемом режиме максимального объема, и не соединена ни с впуском, ни с выпуском, иногда с обоими, при этом противоположная впадина, которая находится в режиме минимального объема, присоединена). Упомянутое применяется, если роторы вращаются вокруг своих осей. Роторы согласно настоящему изобретению, не делятся на активные и неактивные части, но в зубьях насоса образуют так называемую всасывающую поверхность (на впуске) и передающую поверхность (на выпуске), а в гидромоторах поверхность давления (на впуске) и свободную поверхность (на выпуске). Поверхность на впуске и поверхность на выпуске в одном устройстве всегда идентична; она постоянно меняется от нуля и соизмерима с величиной скорости потока, а также обусловлена системами компенсации и синхронизации. Посредством этого так же передаваемый крутящий момент изменяется. В орбитальном движении роторов, впуск или выпуск спроектирован отдельно в каждую впадину между зубьями ротора с внутренним зубчатым зацеплением и, следовательно, упомянутые отдельные впуски и выпуски работают в обоих режимах и должны переключаться в корпусе к центральному впуску или выпуску.
Системы компенсации могут быть разделены на вращательные и поверхностные системы.
Вращательные системы компенсации относятся ко всем закрытым промежуткам между зубьями и зависят от их положения в насосе, от числа оборотов насоса и от объема немедленного потока. Имеется зона вакуума на входной части насоса; на выходной части имеется зона давления. Симметрия не должна сохраняться, это вопрос дизайна. Компенсация не требуется для орбитальных насосов (гидромоторов). Вращательная система компенсации может быть образована, например, посредством насоса с бесступенчато регулируемым объемом выходного потока согласно публикации WO/2011/129776 изобретения, который также содержит режим нулевого потока, с соединением к соответствующим закрытым впадинам между зубьями через подающие отверстия или каналы в уплотнениях или в частях насосов и т.п. Каналы, соединенные, например, к входной части низкого давления насоса или гидравлическим контейнерам с газовой подушкой или т.п., могут быть использованы для компенсации избыточного давления в закрытых промежутках между зубьями. Соответственно, могут быть использованы различные типы гидравлических компенсаторов из известного уровня техники. Они соединяются в закрытые промежутки между зубьями, которые изменяют свой объем с вращательным движением.
Поверхностные системы компенсации зависят от разности поверхностей двух уплотнений по бокам роторов, от механизма переключения и от позиционирующего и установочного компенсационного пространства в насосе (назовем их секциями). Если некоторые секции двигаются по окружности, поверхность компенсации должна быть также дополнена изменением объема, например, путем присоединения насоса с бесступенчато-регулируемым объемом выходного потока и т.п. Изменения объема промежутков между зубьями вдоль окружности внешнего ротора не имеет той же самой природы или величины, упомянутых результатов от разности диаметров вершин зубьев роторов, а также от относительного положения осей обоих роторов. Упомянутая компенсация применяется по окружности в секциях, и она может быть разделена, чтобы, например, входная секция, выходная секция и каждая закрытая впадина между зубьями имела отдельную секцию. Этих секций может быть, конечно, больше, чем три. Не все из них должны использоваться. Их будет столько в орбитальном насосе (гидромоторе), сколько имеется промежутков между зубами во внешнем роторе. Там поверхностные системы компенсации не будет зависеть от их положения по окружности. Поверхностные системы компенсации могут быть образованы посредством различных насосов, цилиндров с поршнями и т.п., и они будут способны добавлять или забирать соответствующее количество жидкого вещества в или от соответствующей секции промежутков между зубьями, соединенных или размещенных в, например, упомянутом боковом уплотнении и т.п. Эти факты, известны из состояния уровня техники и соединение поверхностной системы компенсации к соответствующим секциям является очевидным и не вызывающим затруднений для специалиста в данной области техники.
В закрытых промежутках между зубьями применяются обе системы компенсации, за исключением орбитальных насосов (гидромоторов), и в некоторых случаях они могут быть объединены в одну.
В целом можно сказать, что это необходимо для обеспечения компенсации каждой закрытой впадины между зубьями для того, чтобы обеспечить бесперебойную работу насоса с бесступенчато-регулируемым потоком, потому что его объем постоянно меняется в течение одного вращения (за исключением нулевого режима с нулевой поверхностью), будь то в случае, когда впадина между зубьями закрыта, хотя бы только на 1 (один) градус до положения максимальной величины объема соответствующей впадины между зубьями, или во время другого положения, когда впадина между зубьями закрыта, потому что жидкость является несжимаемой. Подобным образом, мы имеем для компенсации каждую впадину между зубьями, даже незакрытую, которая по какой-то причине меняет свой объем, для того, чтобы обеспечить в каждом режиме потока правильное функционирование насоса с беспрерывно-регулируемым потоком от нулевого потока до максимального конструкционного объема потока. Выходной объем насоса с бесступенчато-регулируемым потоком соизмерим с выходной поверхностью, образованной роторами, и он изменяется за счет относительного осевого скольжения роторов непрерывно от нуля, при этом избыток жидкости, возникающий в насосе в созданных невыходных промежутках между зубьями, вращается от выхода ко входу и от входа к выходу того же насоса с бесступенчато-регулируемым потоком.
Система компенсации может быть управляемой отдельно или с помощью механизма перемещения. В менее требовательных насосах определенная система компенсации не требуется, изменение объема игнорируется. Для того чтобы повысить уплотнение мы можем закрыть больше промежутков между зубьями, но нам придется добавлять или забирать жидкое вещество из них во время подрегулировки. Система компенсации в этом случае должна содержать достаточное количество жидкого вещества, которое зависит не только от изменения объема подрегулированных закрытых пространств, но также от общего суммарного объема закрытых промежутков между зубьями. Кроме того, некоторые закрытые промежутки между зубьями могут быть соединены, и жидкое вещество может проходить насквозь между ними. Там может быть, таким образом, больше, чем одна система компенсации, и они могут быть отдельно соединены к отдельному замкнутому промежутку между зубьями, в зависимости от нахождения на стороне высокого или низкого давления, в режиме максимального объема, или некоторые из них взаимно связаны по единому давлению. Упомянутый механизм перемещения частично зависит также от внутреннего состояния давления в насосе, а также от упомянутого изменения объема, поэтому этот факт должен учитываться при разработке механизма переключения. Упомянутое условие может быть очень легко компенсировано посредством, например, выходного или входного давления с обратной связью по механизму переключения и тому подобному, что очевидно для специалиста в данной области техники. Таким образом, механизм переключения может быть снабжен системой блокировки, которая будет обеспечивать стабильный объем потока или другой режим работы, который может быть установлен вручную или автоматически (например, режим нулевого потока). Система блокировки может быть образована посредством различных механизмов, известных из состояния уровня техники, таких как тормоза, фиксаторы, штифты или шплинты, блокирующих механизм переключения посредством механических или электронных средств, индивидуально или с помощью системы управления и т.п., и тем самым сделает относительное осевое перемещение роторов в статическом и/или динамическом режимах во время работы системы блокировки невозможным. Система блокировки может быть связана с или подключена к любой части насоса (гидромотора), которая движется вместе с осевым перемещением роторов, что является очевидным для квалифицированного специалиста в данной области техники. Тем самым система блокировки может быть рассмотрена не только дополнительной для механизма перемещения, но также способной обеспечить безопасность для машины или устройства, в котором используется насос, гидромотор или передача.
Нулевой режим может быть достигнут двумя способами:
1. Нулевой режим достигается за счет относительного осевого скольжения роторов из режима максимального потока, так что длина возврата механизма переключения равна наименьшей длине одного из роторов, и тем самым подающая поверхность равна нулю (Объем выходного потока, таким образом, также равен нулю). В этот момент синхронное вращение обоих роторов должно быть обеспечено системой синхронизации. Система синхронизации может быть образована с помощью любого известного на сегодняшний день принципа, например, элементами синхронизации, роторами, цепной передачей, рычажной передачей, или поддерживающими роторами и т.п. Упомянутая система синхронизации работает, по меньшей мере, когда оба ротора генерируют поверхность нулевого выходного потока. Система синхронизации соединена непосредственно с роторами или с другими частями, которые имеют одинаковое или соизмеримое относительное вращение и обеспечивают синхронизацию роторов;
2. Нулевой поток может быть также достигнут путем обеспечения минимального объема потока (посредством поверхности минимального выходного потока роторов, например 1 мм2) и возвращения его от выпуска через регулируемую перепускную часть обратно к впуску, которая регулируется, например, регулировочным болтом (клапаном) в перепускном канале. Во время работы перепускной регулируемой части, объем выходного потока будет зависеть не только от выходного гидравлического сопротивления, но также и от гидравлического сопротивления перепускной регулируемой части. После закрытия упомянутой регулирующей части, насос будет работать без ограничений. Упомянутая регулируемая подающая часть может иметь несколько функций, а также может работать в качестве функции обеспечения безопасности, используемой от перегрузки насоса, как элемент предотвращения неправильного использования устройства или машины, использующей такой насос, или в качестве гидравлического тормозного регулятора для гидромотора и тому подобного.
Упомянутый гидромотор с перепускной регулируемой частью способен работать также в качестве гидравлических и даже непрерывно регулируемых гидравлических тормозов, а избыточное давление может накапливаться. Упомянутое давление может непрерывно изменяться, и различное давление на выходе может быть достигнуто даже при одинаковой силе торможения, потому что свободная поверхность гидромотора может непрерывно изменяться.
Аккумулятор может быть основан на гидравлических, пневматических, вращательных или аналогичных принципах. Существует много типов гидравлических и пневматических аккумуляторов.
Это может быть, например, сосуд под давлением с газовой подушкой, который заполняется жидким веществом под давлением от выпуска гидромотора и тем самым энергия в виде давления накапливается. Вращательный аккумулятор может быть по принципу махового колеса.
Непрерывная передача может взаимодействовать с автоматизированной системой оценки и управления, таким образом, получая автоматическую непрерывную передачу. Это делает возможным снижение затрат, увеличение экономии и полезных возможностей машин и оборудования.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение поясняется более подробно со ссылкой на чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет внутренний ротор (вращательный поршень) с внешними зубьями, а фиг. 1a его продольное сечение;
фиг. 2 представляет поперечное сечение внутреннего ротора (вращательного поршня) с внутренними зубьями, а фиг. 2а представляет собой его продольное сечение;
фиг. 3 иллюстрирует поперечное сечение скользящего уплотнения с компенсационными цилиндрами, а фиг. 3а представляет собой его продольное сечение;
фиг. 4 иллюстрирует средний корпус (с подшипником скольжения), а фиг. 4а сечение среднего корпуса вдоль линии DD;
фиг. 5 изображает скользящее уплотнение с внутренней резьбой, а фиг. 5а его продольное сечение;
фиг. 6 изображает болт регулировки потока;
фиг. 7 изображает переключающее колесо с приводным винтом;
фиг. 8 изображает держатель механизма переключения в двух видах;
фиг. 9 иллюстрирует входной вал насоса, выходной вал гидромотора,
фиг. 9a-9c представляют различные детали вала, а фиг. 9d представляет собой поперечное сечение вала вдоль линии DD;
фиг. 10 иллюстрирует боковое уплотнение среднего корпуса, а фиг. 10a представляет собой его продольный разрез;
фиг. 11 представляет собой боковое уплотнения среднего корпуса с впускным и выпускным отверстием и ограничителем минимального потока, фиг. 11а представляет собой его продольное сечение А-А, а фиг. 11b представляет собой сечение вдоль линии В-В;
фиг. 12 представляет собой насос с бесступенчато-регулируемым выходным потоком - с вырезом;
фиг. 13 представляет "разобранный" насос с бесступенчато-регулируемым выходным потоком;
фиг. 14, 14а и 14b представляют насос в трех положениях объема потока (0%, 50%, 100%);
Фиг. 15 иллюстрирует в частичное сечение одного из вариантов осуществления передачи с плавно регулируемыми выходными параметрами;
Фиг. 16 представляет компенсационные схематичные поверхности поверхностной системы компенсации;
Фиг. 17 представляет разделение поверхностной системы компенсации в секциях в соответствии с примером;
Фиг. 18 иллюстрирует компенсационный поршень.
ПРИМЕР ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Передача 1 с плавно регулируемыми выходными параметрами, изображенная на фиг. 15, состоит из шестеренного насоса 2 и шестеренного гидромотора 3, при этом по меньшей мере один насос 2, или гидромотор 3 имеет плавно регулируемые параметры. В этом примере оба оборудования, и шестеренный насос 2, и шестеренный гидромотор 3 имеют плавно регулируемые параметры. Передача 1 с плавно регулируемыми выходными параметрами содержит входной вал 4 и один или несколько выходных валов 5, 6, имеющих идентичную или сопоставимую плавную регулировку вращения. Передача согласно настоящему изобретению может быть сконструирована как централизованная моноблочная или децентрализованная, где шестеренный насос 2 отстоит от шестеренного гидромотора 3 и жидкое вещество течет через гидравлический канал 19. Насос 2 и гидромотор 3 могут быть сконструированы идентично или по-разному, и они снабжены механизмом переключения, состоящим из держателя 13, переключающего колеса 14 и стопорного кольца 15. Шестеренный насос 2 с бесступенчато регулируемым объемом потока содержит, по меньшей мере, одну поверхностную систему компенсации. Шестеренный насос 2 с бесступенчато-регулируемым объемом потока содержит входной вал 4 с надетым внутренним ротором 8 с внешними зубьями, который вставлен внутрь внешнего ротора 7 с внутренними зубьями и они являются относительно в осевом направлении скользящими вдоль осей X и Y. Ротор 8 обеспечен с боковых сторон скользящим уплотнением 9 с внутренней резьбой и скользящим уплотнением 10 с компенсационными цилиндрами, и они закреплены с помощью стопорных колец 15. Эти части установлены в среднем корпусе 18, к боковому уплотнению 12 и к боковому уплотнению 11 с впускным отверстием 21 и выпускным отверстием 22, соединенными перепускной регулируемой частью. Компенсационные поршни 23 поверхностной системы компенсации прочно прикреплены к боковому уплотнению 11.
Фиг. 1-18 иллюстрируют различные части шестеренного гидромотора, гидравлического насоса и передачи с бесступенчато регулируемыми параметрами, а также отдельные устройства.
Передача 1 с бесступенчато-регулируемыми параметрами состоит из одного насоса 2 с бесступенчато-регулируемым объемом выходного потока, выполненного в соответствии с настоящим решением и одного гидромотора 3 с бесступенчато-регулируемым вращением. Насос 2 с бесступенчато-регулируемым объемом выходного потока включает в себя также нулевой режим потока. Он содержит перепускную регулируемую часть с регулировочным болтом 16 объема потока при минимальной поверхности выходного потока 1 мм2 с четырьмя поверхностными системами компенсации в четырех секциях (фиг.16). Фиг. 13 иллюстрирует гидромотор 3 с бесступенчато-регулируемым вращением, который идентичен с насосом 2 с бесступенчато-регулируемым объемом потока, но он не содержит перепускной регулируемой части с регулировочным болтом 16. Фиг. 15 иллюстрирует насос 2 с бесступенчато-регулируемым объемом выходного потока и гидромотор 3 с бесступенчато-регулируемым числом оборотов, гидравлически соединенные гидравлическим каналом 19 от выпускного отверстия 22 гидромотора 3 с бесступенчато-регулируемым числом оборотов к впускному отверстию 21 насоса 2, и полый болт (не показан) от выпускного отверстия 22 насоса 2 во впускное отверстие 21 гидромотора 3 с бесступенчато-регулируемым вращением.
Изготовление насоса 2 с бесступенчато-регулируемым объемом выходного потока. Один внутренний ротор 8 с внешними зубьями надет на входной вал 4 и затем скользит внутрь одного внешнего ротора 7 с внутренними зубьями. Во время работы эти роторы 7 и 8 вращаются вокруг своих собственных осей, которые не являются одинаковыми. Внешний ротор 7 в этом примере не имеет осевого скольжения, и он будет скользяще вращательно установлен в среднем корпусе 18. Скользяще надетое на вал 4 с внутренним ротором 8, вставленным во внешний ротор 7, находится скользящее уплотнение 9 с переключающей резьбой и скользящее уплотнение 10 с компенсационными цилиндрами, так что они скользяще упираются против краев внутреннего ротора 8 с внешними зубьями. Первое скользящее уплотнение 9 с внутренней резьбой и второе переключающее уплотнение 10 с компенсационными цилиндрами имеют разные диаметры. Второе переключающее уплотнение 10 с компенсационными цилиндрами имеет такой же диаметр, что и вершины зубьев внутреннего ротора 8, а скользящее уплотнение 9 с переключающей резьбой имеет диаметр, соответствующий диаметру вершин зубьев внешнего ротора 7 с внутренними зубьями. Скользящее уплотнение 9 с переключающей резьбой и скользящее уплотнение 10 с компенсационными цилиндрами закреплены посредством стопорных колец 15. Движущиеся в скользящем уплотнении 10 с компенсационными цилиндрами находятся компенсационные поршни 23, которые крепко закреплены с боковым уплотнением 11 среднего корпуса с впускным отверстием 21 и выпускным отверстием 22 и ограничителем минимального потока. Компенсационный поршень в первой секции имеет характер обратного действия к компенсационным поршням во второй, третьей и четвертой секциях. (Если поршень в первой секции является всасывающим, то во второй, третьей и четвертой секциях они являются подающими и наоборот). Система вставлена в средний корпус 18 таким образом, чтобы внешний ротор 7 в среднем корпусе 18 вращался скользяще только вокруг своей оси и осевое скольжение не допускалось. Средний корпус 18 соединен с боковым уплотнением 11 среднего корпуса 18 и с боковым уплотнением 12 среднего корпуса с помощью болтов 17. На боковом уплотнении 12 среднего корпуса мы надежно установили посредством болтов держатель 13, в котором переключающее колесо 14 с приводным винтом является поворотно скользящим и закреплено с помощью стопорного кольца 15. Созданные в боковом уплотнении 11 среднего корпуса 18 находятся впускное отверстие 21 и выпускное отверстие 22, ограничитель минимального потока и перепускная регулируемая часть, которая может быть отрегулирована использованием регулировочного болта 16 потока. Скользящее уплотнение 10 с компенсационными цилиндрами является подвижным в осевом направлении в боковом уплотнении 11 среднего корпуса 18, скользящее уплотнение 9 с переключающей резьбой является подвижным в осевом направлении в боковом уплотнении 12.
Непрерывная изменчивость объема потока в статическом, а также в динамическом режиме обеспечивается вручную посредством переключающего колеса 14 с приводным винтом.
Вышеупомянутый пример варианта осуществления, в принципе, представляет собой простейшее создание непрерывной передачи 1, а также насоса 2 с бесступенчато-регулируемым объемом выходного потока и служит для понимания природы решения. Из приведенного выше описания, очевидно, что непрерывная передача 1, а также насос 2 с бесступенчато-регулируемым объемом выходного потока могут быть также созданы и в других вариантах осуществления, которые будут все попадать в объем формулы изобретения. Насос 2 с бесступенчато-регулируемым объемом выходного потока и гидромотор 3 с бесступенчато-регулируемым числом оборотов являются одинаковыми в принципе. Приведенные примеры являются только иллюстративными, поэтому они никоим образом не являются ограничивающими в отношении формулы изобретения. Насосы 2 с бесступенчато-регулируемым объемом выходного потока и гидромоторы 3 с бесступенчато-регулируемым числом оборотов, таким образом, создают непрерывные передачи 1, также использующие другие насосы и гидромоторы.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Непрерывная передача в соответствии с настоящим техническим решением имеет широкий спектр использования. Она полезна в транспорте, сельском хозяйстве, лесном хозяйстве, машиностроении и тому подобном. Отдельные компоненты непрерывной передачи могут быть использованы отдельно, например, как дозирующие насосы в здравоохранении, пищевой промышленности, химической промышленности; широкое использование предполагается во взаимодействии с другими гидравлическими компонентами. Они могут заменить насосы и гидромоторы, изготавливаемые до сих пор, и увеличить экономичность машины и этим эксплуатацию устройства. Наибольшее применение настоящего изобретения предусматривается в транспорте как непрерывная передача или автоматическая непрерывная передача, способная работать от нуля без сцепления или без гидродинамического преобразователя, будь то с непрерывно регулируемым крутящим моментом. Применимость будет колебаться от велосипедов до мотоциклов, легковых автомобилей и грузовых автомобилей, тракторов, комбайнов, кораблей, самолетов, а также бульдозеров, погрузчиков, экскаваторов, кранов, лифтов или в военной технологии и тому подобном.
Реферат
Группа изобретений относится к шестеренному гидромотору, шестеренному насосу или бесступенчато-регулируемым передачам. Передача (1) содержит по меньшей мере один насос и по меньшей мере один гидромотор. По меньшей мере один насос или гидромотор является с бесступенчато-регулируемыми параметрами. Передача (1) состоит из входного вала (4) и одного или нескольких выходных валов с одинаковым или пропорциональным бесступенчато-регулируемым числом оборотов. Передача (1) может быть выполнена как централизованно - одной частью, или децентрализованно. Насос и гидромотор могут быть одинаковой конструкции или различными. Насос с бесступенчато-регулируемой скоростью потока содержит по меньшей мере один вал (4), который удерживает внутренний ротор (8), который вставлен во внешний ротор (7). Роторы (7), (8) являются взаимно подвижными в осевом направлении. Ротор (8) обеспечен с обеих сторон скользящим уплотнением (9) с переключающим винтом и скользящим уплотнением (10) с компенсационными цилиндрами, закрепленными посредством запоров (15) с защелкой и пружиной. Группа изобретений направлена на создание непрерывной передачи. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 32 ил.
