Новая разновидность аксиально-поршневых гидромашин с многорядными блоками и сдвоенным качающим узлом

Цель – изучение возможности увеличения рабочего объема, мощности, удельной энергоемкости (энергоэффективности), приемистости и снижения пульсации подачи и крутящего момента вала гидромашины путем реализации принципа размещения последующих рядов цилиндров ее блоков в межцилиндровых зонах предыдущих. В исследованиях применялись методы исследований: геометрический, кинематический, силовой и энергетический анализ работы четырехрядной аксиально-поршневой гидромашины с бесторцевой распределительной системой и сдвоенным качающим узлом. По результатам проведенных исследований была создана новая разновидность компактных роторных гидромашин объемного действия. В предлагаемой модели каждый последующий ряд цилиндров расположен в межцилиндровых зонах предыдущих, выполненных по меньшим радиусам. Показано, что в такой конструкции достигается значительное увеличение рабочего объема и мощности гидромашины – в 24,5 раза по сравнению с однорядной, а также повышение приемистости машины в режиме гидромотора. Показано, что устранение торцевых распределительных систем исключает нарушение герметичности стыков между блоками и распределительными дисками из-за «опрокидывания» блока центробежными силами поршней при больших скоростях вращения и кратное снижение пульсации подачи и крутящего момента. Установлено, что увеличение удельной энергоемкости гидромашины зависит от конкретного конструктивного исполнения и может составлять 18–25 кВт/кг. Особенностью конструкции предложенной аксиально-поршневой гидромашины со сдвоенными качающими узлами является отсутствие торцевых распределительных систем и размещение последующих рядов цилиндров блоков в межцилиндровых зонах предыдущих рядов. Эти особенности обеспечивают компактность качающих узлов, минимальные размеры блоков цилиндров и гидромашины в целом, а, следовательно, минимальную массу и максимальную удельную энергоемкость.

1. Jasiński R. Research of hydrotronic variable-displacement radial piston pump with electro-pneumatic control // Solid State Phenomena. 2010. Vol. 164. Iss. 7. P. 37–40. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.164.37.

2. Guo Tong, Zhao Shengdun, Han Xiaolan, Zhao Renfeng, Li Sheng. Research on the rotational inertia of radial piston pump and the optimization method of the pump parameters // 11th IEEE International Conference on Control & Automation. 2014. https://doi.org/10.1109/ICCA.2014.6870955.

3. Нижегородов А.И. Радиально-поршневой насос с фазовым регулированием и режимом знакопеременной подачи // Вестник машиностроения. 2014. № 11. С. 20–23.

4. Nizhegorodov A.I., Gavrilin A.N., Moyzes B.B., Cherkasov A.I., Zharkevich O.M., Zhetessova G.S., Savelyeva N.A. Radial-piston pump for drive of test machines // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2018. Vol. 289. Iss. 1. Р. 012014. https://doi.org/10.1088/1757-899X/289/1/012014.

5. Zhao Shengdun, Guo Tong, Yu Yanghuiwen, Dong Peng, Liu Chen, Chen Wanqiang. Design and experimental studies of a novel double-row radial piston pump // Journal of Mechanical Engineering Science. 2015. Vol. 231. Iss. 10. Р. 1884–1896. https://doi.org/org/10.1177/0954406215623309.

6. Зедгенизов В.Г., Мехнбол Д., Стрельников А.С. О возможности применения метода амплитудных характеристик для диагностирования аксиально-поршневых гидронасосов // Эрденет-Прогресс (Монголия). 2009. № 1. С. 29–33.

7. Nizhegorodov А., Gavrilin А., Moyzes В., Ditenberg I., Zharkevich О., Zhetessova G., et al. Stand for dynamics tests of technical products in the mode of amplitude-frequency modulation with hydrostatic vibratory drive // Vibroengineering. 2016. Vol. 18. Iss. 6. P. 3734–3742. https://doi.org/10.21595/jve.2016.16994.

8. Dasgupta K. Analysis of a hydrostatic transmission system using low speed high torque motor // Mechanism and Machine Theory. 2000. Vol. 35. Iss. 10. Р. 1481–1499. https://doi.org/10.1016/S0094-114X(00)00005-7.

9. Hasan M.E., Dasgupta K., Ghoshal S. Comparison of the efficiency of the high speed low torque hydrostatic drives using bent axis motor: аn experimental study // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. 2015. Vol. 231. Iss. 4. Р. 1989–1996. https://doi.org/10.1177/0954408915622413.

10. Пат. № 804858, СССР, F 04 B 1/20. Аксиально-поршневая гидромашина / Б.Н. Бирюков, Ю.С. Алексеев; заявители: Уральский ордена трудового красного знамени политехнический институт им. С.М. Кирова, Свердловский завод «Пневмостроймашина». № 2562722. Заявл. 09.12.1977; опубл. 15.02.1981. Бюл. № 6.

11. Пат. № 190213, Российская Федерация, F04В 1/20. Аксиально-поршневая гидромашина / А.И. Нижегородов. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский национальный исследовательский технический университет». № 2019110768. Заявл. 11.04.2019; опубл. 24.06.2019. Бюл. № 18.

12. Кондаков Л.А., Никитин Г.А., Прокофьев В.Н. Машиностроительный гидропривод. М .: Машиностроение, 1978. 495 с.

13. Gavrilin A.N., Nizhegorodov A.I., Moyzes B.B., Kuvshinov К.А, Cherkasov А.S. Dual row rotary piston hydraulic machine with two pumping units // Advances in Engineering Research. 2019. Vol. 188. P. 248–252. https://doi.org/10.2991/aviaent-19.2019.47.

14. Кузьмин А.О., Попов В.В., Стажков С.М. Гидродинамические процессы в поршневой паре аксиально-поршневых гидромашин // Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2017. № 4. С. 86–90. https://doi.org/10.38013/2542-0542-20174-86-90.

15. Кокошкин Н.Н., Новосёлов Б.В., Шорохов А.И. Оптимизация параметров автоколебательного режима механизмов управления гидравлическими регуляторами // Оборонная техника. 2005. № 2-3. С. 46–49.

16. Зайцев А.А. Об использовании аксиально-поршневого гидромотора с наклонным диском в гидроприводах высокоточной следящей системы // Вопросы оборонной техники. Специальные системы управления, следящие приводы и их элементы. 2010. Сер. 9. Вып. 3-4. С. 152–157.

17. Зуев Ю.Ю., Беляев О.А. Анализ энергетических возможностей объёмно-роторных машин // Вестник Московского энергетического института. 2013. № 3. С. 5–13.

18. Домогацкий В.В. Создание гидропередачи на базе ролико-лопастных машин // Строительные и дорожные машины. 2009. № 5. С. 1–5.

19. Нижегородов А.И. Регулируемый аксиально-поршневой насос с двумя разнотипными качающими узлами // Строительные и дорожные машины. 2022. № 11. С. 23–29.

20. Нижегородов А.И. Аксиально-поршневая гидромашина с двумя качающими узлами и шестеренным приводом блоков цилиндров // Насосы. Турбины. Системы. 2022. № 3. С. 29–37.