RU2210005C1

RU2210005C1 - Gear hydraulic pump

Info

Publication number: RU2210005C1
Application number: RU2002106471A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Сорокин; В.С. Сироткина; В.Е. Шулекин; С.А. Богатырев; А.Л. Нестеров; В.К. Петряков; В.В. Сафонов; С.Н. Левушкин
Original assignee: ОАО "Саратовдизельаппарат"
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2003-08-10

Abstract

FIELD: industry and agriculture. SUBSTANCE: invention can be used in hydraulic system of machines. Proposed gear hydraulic pump contains housing with cover, gears with journals and end clearance adjusters. Adjusters are made by pressure casting with crystallization in form of support plates with holes for journals. Grooves with non-closed contour for pressing adjusters to end faces of gears and partially concentric holes for gear journals are made on non-working surfaces of clearance adjusters. Cross section of grooves is made in form of trapezium with bevel of side face equal to angle of wedge in 15o. Combination end face seals arranged in grooves consists of rectangular section cord-like rubber press gasket and trapezoidal section polyamide protective sealing belt engaging from suction side with bevel of side face of groove for tightening clearance adjuster. Cover is made sectional. One part of cover is provided with through cylindrical bores for thin-walled metal-fluoroplastic bushings used as sliding bearings for journals of corrected gears subjected to nitration. Service life of pump is increased owing to use of system of double compensation of end face wear. EFFECT: reduced metal usage and improved adaptability to manufacture. 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к шестеренным гидромашинам, работающим в режиме насоса, и может быть использовано в гидравлических системах тракторов, экскаваторов, скреперов, бульдозеров, комбайнов, погрузчиков и других машин промышленного и сельскохозяйственного назначения. The invention relates to mechanical engineering, in particular to gear hydraulic machines operating in the pump mode, and can be used in hydraulic systems of tractors, excavators, scrapers, bulldozers, combines, loaders and other industrial and agricultural machines.

Известен шестеренный насос для объемного гидропривода с внешним зацеплением американской фирмы Allied Signal Inc., имеющий торцовые подшипниковые щиты, компенсирующие за счет противодавления перекачивающей жидкости торцовый износ валов-шестерен, корпус с эллиптическим отверстием и крышку (Журнал "Тракторы и сельскохозяйственные машины", 1998, 8, с. 38, патент США 5417556). A well-known gear pump for a volumetric hydraulic drive with external gearing of the American company Allied Signal Inc. has mechanical end shields that compensate for the wear of the gear shafts, the housing with an elliptical bore and the cover due to counterpressure of the pumping fluid (Tractors and Agricultural Machines Journal, 1998, 8, p. 38, US patent 5417556).

Недостатком данной конструкции является наличие металлоемких и трудоемких в изготовлении подшипниковых щитов из дорогостоящих сплавов цветных металлов с улучшенными антифрикционными характеристиками. Кроме того, отсутствие резиновых уплотнений и наличие зазора, компенсирующего линейное расширение материала щитов, способствует утечке рабочей жидкости из полости нагнетания в полость всасывания. The disadvantage of this design is the presence of metal-consuming and labor-intensive in the manufacture of bearing shields from expensive non-ferrous metal alloys with improved anti-friction characteristics. In addition, the absence of rubber seals and the presence of a gap compensating for the linear expansion of the shield material contribute to the leakage of the working fluid from the injection cavity into the suction cavity.

Известен также гидронасос, состоящий из крышки, корпуса, двух пар втулок, ведомой и ведущей шестерни, двух компенсаторов с канавками под манжеты. Оба компенсатора являются "плавающими" (самоустанавливающимися), то есть поджимаются к торцам шестерен самостоятельно за счет поступления рабочей жидкости в полости канавок под манжеты (Гидравлические агрегаты тракторов и сельскохозяйственных машин. Каталог. ЦНИИЭИ автосельхозмашин, М., 1989. С. 18-19). Also known is a hydraulic pump, consisting of a cover, a housing, two pairs of bushings, a driven and driving gear, two expansion joints with grooves for the cuffs. Both compensators are "floating" (self-installing), that is, they are pressed to the ends of the gears independently due to the flow of working fluid into the cavity of the grooves for the cuffs (Hydraulic units of tractors and agricultural machines. Catalog. Central Research Institute of Automotive Engineering, Moscow, 1989. P. 18-19 )

Однако такая конструкция обеспечивает равномерную приработку рабочих поверхностей "плавающих" компенсаторов только до определенной, ограниченной техническими требованиями на капитальный ремонт насосов НШ32У-3 величины износа торцов шестерен и не устраняет перекосов предельно изношенных компенсаторов. Существует риск выдавливания резиновых манжет в постепенно увеличивающий зазор между компенсатором и алюминиевой втулкой. However, this design ensures uniform running-in of the working surfaces of the "floating" compensators only to a certain amount of wear of the ends of the gears, limited by the technical requirements for the overhaul of the NSh32U-3 pumps, and does not eliminate the distortions of the extremely worn compensators. There is a risk of squeezing the rubber cuffs into a gradually increasing gap between the expansion joint and the aluminum sleeve.

Известна конструкция насоса типа НШ-У, состоящего из корпуса, крышки, валов шестерен и четырех опорных втулок. Для уплотнения передних втулок введена сплошная резиновая уплотнительная манжета, зажатая между крышкой и корпусом, а в цилиндрические отверстия манжеты вставлены резиновые кольца с прилегающими к крышке стальными тонкими шайбами. Резиновые кольца препятствуют выдавливанию манжеты в зазор между хвостовиком втулки и отверстием в крышке (Кальбус Г.Л. Гидропривод и навесные устройства тракторов. - М.: Колос, 1982, с. 23-24, рис. 5). A known design of the pump type NSh-U, consisting of a housing, cover, gear shafts and four support bushings. To seal the front bushings, a continuous rubber sealing cuff is inserted, sandwiched between the cover and the body, and rubber rings with thin steel washers adjacent to the cover are inserted into the cylindrical openings of the cuff. Rubber rings prevent the cuff from being squeezed out into the gap between the sleeve shank and the hole in the cover (Kalbus G.L. Hydraulic drive and tractor attachments. - M .: Kolos, 1982, pp. 23-24, Fig. 5).

Недостатком известного насоса типа НШ-У является наличие четырех металлоемких опорных прижимных втулок в качающем блоке, резко увеличивающих габариты насоса и не отвечающих требованиям ремонтопригодности. Изготовление корпуса и втулок из алюминиевого сплава увеличивает его стоимость. A disadvantage of the known pump type NSh-U is the presence of four metal-intensive support clamping sleeves in the pumping unit, dramatically increasing the dimensions of the pump and not meeting the requirements for maintainability. The manufacture of the housing and bushings of aluminum alloy increases its cost.

Наиболее близким к предлагаемому насосу является шестеренная гидромашина, работающая в режиме насоса и содержащая корпус с задней и передней крышками, шестерни с цапфами, сопряженные с шестернями компенсаторы торцевых зазоров, и камеру поджима в виде системы кольцевых пазов, выполненных в торцовых крышках концентрично отверстиям под цапфы (авт. св. 1656164, МКИ F 04 С 2/14, опубл. 15.06.91, бюл. 22 - прототип). Closest to the proposed pump is a gear hydraulic machine operating in pump mode and comprising a housing with rear and front covers, gears with trunnions, end gap compensators mating with gears, and a pressing chamber in the form of a system of annular grooves made in the end caps concentrically to the trunnion openings (ed. St. 1656164, MKI F 04 C 2/14, publ. 15.06.91, bull. 22 - prototype).

Недостатком этого известного изобретения является наличие замкнутого концентричного отверстия у резинового уплотнения под цапфы шестерен, что способствует накоплению утечек в камере поджима, выполненной в виде системы кольцевых пазов, дублирующих форму уплотнения. The disadvantage of this known invention is the presence of a closed concentric hole in the rubber seal under the pinion of the gears, which contributes to the accumulation of leaks in the pressure chamber, made in the form of a system of annular grooves duplicating the shape of the seal.

Кроме того, при торцовом износе шестерен и компенсаторов увеличивается свободный ход компенсаторов и появляется вероятность перекоса и неплотного прилегания резиновых уплотнений к торцам не работающих сторон компенсаторов, нарушаются упругие свойства прокладки, происходит раз герметизация. In addition, with mechanical wear of gears and compensators, the free travel of the compensators increases and there is a likelihood of skewing and loose adhesion of the rubber seals to the ends of the non-working sides of the compensators, the elastic properties of the gasket are broken, and sealing occurs.

Также, фрезерование кольцевых пазов непосредственно на торцах крышек разной конструкции и типоразмеров нетехнологично из-за необходимости применения различных копировальных и зажимных устройств, не обеспечивает полной симметричности и точности взаимного расположения пазов относительно друг друга, а в виду того, что цилиндрические расточки в задней и передней крышках под цапфы выполнены не сквозными, увеличивается погрешность, возникающая при раздельной обработке отверстий. Also, milling ring grooves directly on the ends of covers of various designs and sizes is not technologically advanced due to the need for various copying and clamping devices, it does not provide complete symmetry and accuracy of the relative positioning of the grooves relative to each other, and since the cylindrical bores are in the back and front the covers for the trunnions are not made through, the error that occurs during the separate processing of the holes increases.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение ресурса насоса путем введения системы дополнительной компенсации торцевого износа, снижение металлоемкости изделия, повышение технологичности изготовления. The technical task of the invention is to increase the resource of the pump by introducing a system of additional compensation for end wear, reducing the metal consumption of the product, increasing the manufacturability.

Поставленная задача достигается тем, что в шестеренном гидронасосе, содержащем корпус с крышкой, шестерни с цапфами и компенсаторы торцовых зазоров, компенсаторы, изготовленные методом литья с кристаллизацией под давлением, выполнены в виде опорных пластин с концентрическими отверстиями под цапфы, на нерабочих поверхностях компенсаторов для их поджима к торцам шестерен выполнены канавки с незамкнутым контуром и частично концентричные отверстиям под цапфы шестерен, канавки имеют в поперечном сечении форму трапеции со скосом боковой грани, равным углу клина в 15^o, при этом в канавках размещены комбинированные торцовые уплотнения, состоящие из поджимной шнурообразной резиновой прокладки прямоугольного сечения и полиамидного защитного уплотнительного пояска трапецеидального сечения, взаимодействующего со стороны всасывания со скосом боковой грани канавки для поджима компенсатора, а крышка выполнена составной, в одной из частей которой находятся сквозные цилиндрические расточки под тонкостенные металлофторопластовые втулки, являющиеся подшипниками скольжения для цапф корригированных шестерен, подвергнутых азотированию.The problem is achieved in that in a gear hydraulic pump containing a housing with a cover, gears with trunnions and end gap compensators, compensators made by injection molding with crystallization under pressure are made in the form of support plates with concentric holes for trunnions, on non-working surfaces of compensators for them of pressing to the ends of the gears, grooves with an open contour and partially concentric holes for the pinion of the gears are made, the grooves are in the cross section in the form of a trapezoid with a bevel lateral Ani equal to the angle of the wedge 15 ^o, wherein in the grooves has a combined face seals, consisting of a biasing shnuroobraznoy rubber gasket of rectangular cross-section and a polyamide protective sealing belt of trapezoidal cross section, interacting with the suction side chamfered side face of the groove to urge the compensator, and the lid is composite, in one part of which there are through cylindrical bores for thin-walled metal-fluoroplastic bushings, which are sliding bearings for trunnions of corrected gears subjected to nitriding.

Наличие в предлагаемом шестеренном гидронасосе изобретения доказывается тем, что отсутствуют подобные насосы гидросистем, обладающие возможностью двойной компенсации торцового износа шестерен: за счет поджима рабочей жидкостью компенсирующих металлических пластин из алюминиевого сплава и дополнительной герметизации рабочей камеры подвижным полиамидным уплотнительным пояском трапецеидального сечения. The presence in the proposed gear hydraulic pump of the invention is proved by the fact that there are no similar hydraulic pumps capable of double compensation of the mechanical wear of the gears: due to the pressing of the working fluid of the compensating metal plates made of aluminum alloy and additional sealing of the working chamber with a movable polyamide trapezoidal sealing girdle.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что дополнительно введенное в конструкцию насоса уплотнение, разделяющее области нагнетания и всасывания, выполнено комбинированным и состоит из взаимодействующих друг с другом по принципу клинового механизма резиновой прокладки и полиамидного пояска, предохраняющего прокладку от выдавливания из канавки камеры поджима в торцовой зазор, гарантированно уплотняющего торцевые поверхности компенсатора и корпуса. The originality of the proposed technical solution lies in the fact that the additional seal introduced into the design of the pump, separating the discharge and suction areas, is made combined and consists of interacting with each other according to the principle of the wedge mechanism of the rubber gasket and a polyamide belt, which prevents the gasket from being squeezed out of the groove of the compression chamber into end clearance, guaranteed to seal the end surfaces of the compensator and the housing.

На фиг.1 представлен продольный разрез шестеренного гидронасоса; на фиг. 2 - разрез А-А фиг.1 с конфигурацией канавки для поджима и расположенных в ней уплотнений; на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.2, иллюстрирующий взаимодействие резиновой прокладки и защитного уплотнительного пояска под действием давления рабочей жидкости. Стрелками показаны направления перемещений элементов уплотнения при создании давления в гидросистеме. Figure 1 shows a longitudinal section of a gear hydraulic pump; in FIG. 2 is a section A-A of FIG. 1 with the configuration of the groove for compression and seals located therein; figure 3 is a section bB of figure 2, illustrating the interaction of the rubber gasket and the protective sealing belt under the action of the pressure of the working fluid. The arrows indicate the directions of movement of the sealing elements when creating pressure in the hydraulic system.

Шестеренный гидронасос содержит чугунный корпус 1 (фиг.1) и составную крышку 2 с планкой 3, в отверстиях 4 которых расположены металлофторопластовые втулки 5. Отверстия 4 получены путем совместной расточки корпуса 1 и крышки 2. В корпусе 1 размещены стальные шестерни 6 с азотированными зубьями и цапфами 7, компенсаторы торцевых зазоров 8 из алюминиевого сплава, изготовленные литьем с кристаллизацией под давлением, на нерабочих сторонах, которых выполнены канавки 9 с незамкнутым контуром и частично концентричные отверстиям 10 под цапфы 7 (фиг.2). В канавках 9, имеющих форму трапеции со скосом 11 боковой грани (фиг.3), размещены со стороны зоны нагнетания в области поджима 12 резиновая шнурообразная прокладка 13, имеющая в сечении прямоугольную форму, а со стороны зоны всасывания - полиамидный уплотнительный поясок 14 трапецеидального сечения. Углы наклона α скоса 11 и граней уплотнительного пояска 14 совпадают и составляют 15^o, что соответствует оптимальному углу наклона граней в клиновом механизме и подтверждено экспериментально.The gear hydraulic pump contains a cast-iron housing 1 (Fig. 1) and a composite cover 2 with a strap 3, in the holes 4 of which there are metal-fluoroplastic sleeves 5. The holes 4 are obtained by joint boring of the housing 1 and the cover 2. Steel gears 6 with nitrided teeth are placed in the housing 1 and trunnions 7, compensators for end clearances 8 of aluminum alloy, made by injection molding with crystallization, on the non-working sides of which grooves 9 are made with an open circuit and partially concentric with holes 10 for trunnions 7 (Fig. 2). In the trapezoidal grooves 9 with a bevel 11 of the side face (FIG. 3), a rubber cord-shaped gasket 13 having a rectangular cross-section in the compression zone 12 and a polyamide sealing girdle 14 with a trapezoidal section are located on the side of the discharge zone in the pressing region 12 . The inclination angles α of the bevel 11 and the faces of the sealing girdle 14 coincide and amount to 15 ^o , which corresponds to the optimal angle of inclination of the faces in the wedge mechanism and is confirmed experimentally.

Шестеренный гидронасос работает следующим образом: при вращении пары шестерен 6 камера всасывания, расположенная со стороны выхода зубьев из зацепления, заполняется рабочей жидкостью - маслом. При входе зубьев в зацепление происходит вытеснение масла в камеру нагнетания и далее в маслопровод гидросистемы. Смазка трущихся сопряжении осуществляется перекачиваемой жидкостью. Уменьшение торцовых внутренних перетечек рабочей жидкости обеспечивается автоматическим поджатием компенсаторов торцевых зазоров 8 к торцам шестерен 6 за счет давления со стороны нагнетания на нерабочие поверхности компенсаторов 8. Одновременно с этим рабочая жидкость под давлением поступает в канавки 9, воздействуя при этом через эластичные резиновые прокладки 13 на упругие уплотнительные пояски 14, заставляя их перемещаться по скосу 11 и прижиматься основаниями к торцевым поверхностям корпуса 1 и крышки 2, тем самым предохраняя прокладки 13 от выдавливания в торцевые зазоры и герметизируя область нагнетания от области всасывания, одновременно компенсируя торцовый износ как шестерен 6, так и компенсаторов 8. The gear hydraulic pump works as follows: when the pair of gears 6 rotates, the suction chamber located on the exit side of the teeth from the mesh is filled with a working fluid - oil. When the teeth enter the mesh, the oil is displaced into the discharge chamber and then into the hydraulic oil line. Lubrication of the friction mates is carried out by the pumped liquid. The reduction of the end internal re-flows of the working fluid is ensured by the automatic compression of the compensators of the end clearances 8 to the ends of the gears 6 due to the pressure from the discharge side onto the non-working surfaces of the compensators 8. At the same time, the working fluid under pressure enters the grooves 9, acting through elastic rubber pads 13 on elastic sealing belts 14, forcing them to move along the bevel 11 and press the bases against the end surfaces of the housing 1 and cover 2, thereby protecting the gasket and 13 from squeezing into the end gaps and sealing the discharge area from the suction area, while simultaneously compensating for the end wear of both gears 6 and compensators 8.

Шестерни 6 предлагаемого насоса имеют десять зубьев, что по сравнению с насосом НШ32У-3, имеющего восемь зубьев, уменьшило пульсацию потока жидкости, способствовало более равномерной ее подаче при сохранении производительности и габаритов за счет коррегирования зацепления. При этом толщина зуба на поверхности вершины S_a, влияющая на создание уплотняющего эффекта между вершинами зубьев и колодцем корпуса равна 1.6 мм, что превышает минимально допустимое значение, равное Sa=0.2 m = 0.2•4.5=0.9 мм.The gears 6 of the proposed pump have ten teeth, which compared with the NSh32U-3 pump, which has eight teeth, reduced the pulsation of the fluid flow, contributed to a more uniform flow while maintaining performance and dimensions due to the correction of gearing. In this case, the tooth thickness on the apex surface S _a , which influences the creation of a sealing effect between the tooth tips and the body well, is 1.6 mm, which exceeds the minimum acceptable value equal to Sa = 0.2 m = 0.2 • 4.5 = 0.9 mm.

Применение для изготовления корпуса насоса чугуна, имеющего более близкий к материалу шестерен коэффициент линейного расширения, чем у корпусов - аналогов, выполненных из алюминиевых сплавов, позволяет использовать данные насосы в регионах с субтропическим климатом. The use of cast iron for the pump casing, which has a coefficient of linear expansion closer to the gear material than that of analog casings made of aluminum alloys, allows these pumps to be used in regions with a subtropical climate.

Таким образом, использование изобретения позволяет достичь следующих результатов:
1. Применение оригинальной конструкции комбинированного торцового уплотнения и изготовление их литьем с кристаллизацией под давлением позволяет компенсировать не только износ торцов шестерен насоса, но и устранять утечки рабочей жидкости при износе самих компенсаторов торцовых зазоров, что способствовало увеличению ресурса насоса в целом.Thus, the use of the invention allows to achieve the following results:
1. The use of the original design of the combined mechanical seal and injection molding with crystallization under pressure makes it possible to compensate not only the wear of the ends of the gears of the pump, but also to eliminate leakage of the working fluid during wear of the compensators of the mechanical clearances, which contributed to an increase in the resource of the pump as a whole.

2. За счет применения сквозной составной крышки стало возможным проведение расточки отверстий под опорные втулки цапф и цилиндрических расточек под шестерни с одной установки совместно с корпусом насоса. Такая обработка сопряжения корпус - крышка позволила свести к минимуму влияние погрешностей, имеющих место при раздельной обработке подобных деталей, что позволило повысить уровень технологичности изготовления насосов. 2. Through the use of a through composite cover, it became possible to bore holes for the journal support sleeves and cylindrical gear bores from one installation together with the pump casing. Such processing of the housing-cover interface allowed minimizing the influence of errors that occur during the separate processing of such parts, which made it possible to increase the level of manufacturability of pump manufacturing.

3. Применение металлофторопластовой ленты для изготовления опорных втулок под цапфы, использование облегченных компенсаторов, изготовленных методом литья под давлением и имеющих полости в виде дополнительных канавок под уплотнения, позволило снизить металлоемкость изделия без ущерба его прочности. 3. The use of metal-fluoroplastic tape for the manufacture of support bushings for trunnions, the use of lightweight expansion joints made by injection molding and having cavities in the form of additional grooves for seals made it possible to reduce the metal consumption of the product without compromising its strength.

Реализация потенций предлагаемого изобретения благодаря введению ряда усовершенствований в конструкцию серийно выпускаемого насоса позволит приблизить ресурс одного из основных элементов гидросистемы к ресурсу машины в целом. The implementation of the potentials of the present invention due to the introduction of a number of improvements in the design of a commercially available pump will bring the resource of one of the main elements of the hydraulic system closer to the resource of the machine as a whole.

Claims

A gear hydraulic pump comprising a housing with a cover, gears with trunnions and end gap compensators, characterized in that the end gap compensators made by injection molding with crystallization under pressure are made in the form of support plates with holes for the trunnions on non-working surfaces of the compensators for pressing them to the ends of the gears are made with open-loop grooves and partially concentric with holes for the pinions of the gears, the grooves are in the cross section in the form of a trapezoid with a bevel of the side face equal to the angle of the wedge 15 ^o , while in the grooves there are combined mechanical seals consisting of a squeeze cord-shaped rubber gasket of rectangular cross section and a polyamide protective sealing girdle of trapezoidal section interacting from the suction side with the bevel of the side face of the groove for compressing the compensator, and the cover is made integral, in one of parts of which are through cylindrical bores for thin-walled metal-fluoroplastic bushings, which are sliding bearings for trunnions Ester subjected to nitriding.