Разработка конструкции аксиальной гидромашины с зубчато-торцевым вытеснителем

Abstract

Рассмотрена проблема состояния и перспективы применения объемных поршневых гидромашин (ГМ) в тяжелых отраслях промышленности. Показана необходимость перехода к гибридным безредукторным приводам с использованием низкооборотных высокомоментных ГМ поршневого типа. Проанализированы достоинства и недостатки радиальных и аксиальных поршневых ГМ и намечены направления их совершенствования. Сформулированы требования, которым должны удовлетворять конструкции объемных ГМ. Целью работы являлось создание нового типа аксиально-поршневых ГМ многократного действия с широким диапазоном частот вращения и низкими габаритно-массовыми показателями. В результате разработана объемная аксиальная высокомоментная низкооборотная ГМ нового поколения, реверсивная, обратимая и многократного действия, ее главная отличительная особенность — принципиально новая конструкция вытеснителя, выполненного в виде диска с торцевыми зубьями, совершающего возвратно-поступательное и вращательное движение на валу. Предложена методика расчета ГМ, которая может быть запрограммирована в пакетах Mathlab и MathСad. У новой ГМ за один оборот вала происходит несколько циклов работы вытеснителя (до 50 и более), что дает высокое значение крутящих моментов (до 10 кН и более) и частоту вращения от 0,01 до 2..5 Гц при номинальном рабочем давлении 25…32 МПа. ГМ позволяет осуществить прямое соединение двигателя с исполнительным органом по прогрессивной гибридной схеме без громоздких и малонадежных редукторов и длинных валов. ГМ в схеме «статор — колесо» наиболее соответствует применению в тяжелой технике, особенно для горной промышленности при подземной (комбайны, лебедки, конвейеры и др.) и открытой (экскаваторы, бульдозеры, трейлеры, грузовики) разработке сырьевых ресурсов.

There has been considered the problem of state and prospects for applying volumetric piston hydraulic machines (HM) in heavy industries. It is shown that there is a need to move to hybrid gearless drives using low-speed, high-torque piston type HMs. The advantages and disadvantages of the radial and axial piston type HMs are analyzed, and the directions for their improvement are pointed out. The requirements to be met by the designs of volumetric HMs are formulated. The work aimed to create a new type of axial-piston HM of multiple action, with a wide range of speeds and low overall and mass indicators. As a result, a volumetric axial high-torque low-speed HM of a new generation, inversed, reversed and repeated, whose main distinguishing feature is a fundamentally new design of the displacer, made in the form of a disk with end teeth, performing reciprocating and rotary motion on the shaft, has been developed. Methodology for calculating HM is proposed, which can be programmed using Mathlab and MathCad packages. The new HM has several displacer operation cycles (up to 50 and more) per one shaft revolution, which results in high-torque values (up to 10 kN and more) and rotation frequency from 0,01 to 2...5 Hz at nominal working pressure of 25...32 MPa. The HM allows the motor to be directly connected to the operating member in an advanced hybrid scheme without bulky and unreliable gearboxes and long shafts. The HM in the scheme “stator-wheel” is the most suitable for application in heavy machinery, especially for mining industry in undermining (harvesters, winches, conveyors, etc.) and open (excavators, bulldozers, trailers, trucks) development of raw materials resources.