PL247247B1

PL247247B1 - Axial multi-piston pump

Info

Publication number: PL247247B1
Application number: PL438357A
Authority: PL
Inventors: Paweł Załuski
Original assignee: Politechnika Gdanska
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2025-06-02
Also published as: PL438357A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest pompa wielotłoczkowa osiowa zawierająca w korpusie centralnie usytuowany bęben cylindrowy obrotowy połączony z walem stykający się z nieruchomą tarczą rozrządu oraz wychylną tarczę, zaś w bębnie obrotowym cylindrowym znajdują się tłoczki zakończone stopkami. Wychylna tarcza (10) jest ułożona w korpusie (6) pomiędzy dwoma siłownikami zmiany wydajności (7a) i symetrycznie do siebie ułożonymi względem osi bębna cylindrowego obrotowego (2) i jest połączona z każdym z dwóch tłoków (11) siłownika zmiany wydajności (7a) i siłownika zmiany wydajności za pomocą łącznika (9) i sworznia (8). Wychylna tarcza (10) jest podparta za pomocą dwóch ruchomych wsporników (5) umieszczonych w korpusie (6) i ma po obu stronach bieżnie, z którymi stykają się końcówki (12) wsporników (5).The subject of the invention is an axial piston pump comprising a centrally located rotating cylinder drum connected to a shaft in contact with a stationary timing disc and a tilting disc, while the rotating cylinder drum contains pistons terminated with feet. The tilting disc (10) is arranged in the body (6) between two capacity change actuators (7a) and arranged symmetrically to each other with respect to the axis of the rotating cylinder drum (2) and is connected to each of the two pistons (11) of the capacity change actuator (7a) and the capacity change actuator by means of a connector (9) and a pin (8). The tilting disc (10) is supported by means of two movable supports (5) arranged in the body (6) and has tracks on both sides, with which the ends (12) of the supports (5) contact.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest mająca zastosowanie w układach hydraulicznych pompa wielotłoczkowa osiowa z wychylną tarczą.The subject of the invention is an axial piston pump with a swinging disc for use in hydraulic systems.

W technice powszechnie stosowane są pompy hydrauliczne wielotłoczkowe osiowe z wychylną tarczą opisane między innymi w literaturze Osiecki A.: „Hydrostatyczny napęd maszyn”, WNT, Warszawa 1998; Stryczek S.: „Napęd Hydrostatyczny”, PWN, Warszawa 1990; Ivantysynova M.: Hydrostatische Pumpen und Motoren. Konstruktion und Berechnung, Vogel, Wurzburg 1993; Osiecki L.: Mechanizmy rozrządu hydraulicznych maszyn wielotłoczkowych osiowych, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2006.In technology, axial piston hydraulic pumps with a tilting disc are commonly used, described among others in the literature: Osiecki A.: "Hydrostatic drive of machines", WNT, Warsaw 1998; Stryczek S.: "Hydrostatyczny Drive", PWN, Warsaw 1990; Ivantysynova M.: Hydrostatic Pumps and Motors. Construction and Design, Vogel, Wurzburg 1993; Osiecki L.: Timing mechanisms of axial piston hydraulic machines, Gdańsk University of Technology Publishing House, Gdańsk 2006.

Wydajność pompy wielotłoczkowych osiowych zależy od kąta wychylenia tarczy sterującej i dla tarczy prostopadłej do osi wału jest równa zero. Dla pomp o dwóch kierunkach tłoczenia tarcza sterująca jest wychylana w obie strony. Tarcza jest łożyskowana w korpusie pompy.The efficiency of the axial piston pump depends on the angle of the control disc deflection and for the disc perpendicular to the shaft axis it is zero. For pumps with two directions of pressure the control disc is deflected in both directions. The disc is mounted in the pump housing.

Znana jest z opisu zgłoszenia patentowego CN 108317076 A pompa z łożyskiem prowadzącym bęben cylindrowy o stałej wydajności. Z opisu zgłoszenia patentowego CN 108799036 A znana jest pompa o zmiennej wydajności ze specjalnie ukształtowanym rozrządem. Z opisu zgłoszenia patentowego CN 109139404 A znana jest pompa w której zwiększono ilość tłoczków poprzez umieszczenie ich na różnych okręgach podziałowych w obrotowym bębnie. Tarcza wychylną posiada dwie płaszczyzny styku z tłoczkami.It is known from the description of patent application CN 108317076 A a pump with a bearing guiding a cylinder drum of constant capacity is known. From the description of patent application CN 108799036 A a variable capacity pump with a specially shaped timing is known. From the description of patent application CN 109139404 A a pump is known in which the number of pistons has been increased by placing them on different pitch circles in a rotating drum. The tilting disc has two contact planes with the pistons.

Z opisu zgłoszenia patentowego CN 110067714 A znana jest pompa o zmiennej wydajności w której rozrząd zapewniony jest przez wychylną tarczę i drążone tłoczki. Z opisu zgłoszenia patentowego WO 2020182200 A1 znana jest pompa, w której separator trzymający przeguby tłoczków jest łożyskowany w wychylnej tarczy, a tłoczki mają kształt stożkowy. Z opisu zgłoszenia patentowego CN 110630462 A znana jest pompa o zdublowanym układzie roboczym, ze stożkowymi tłoczkami i rozrządzie poprzez wychyloną, nieruchomą tarczą.From the description of patent application CN 110067714 A a variable capacity pump is known in which the timing is provided by a tiltable disc and hollow pistons. From the description of patent application WO 2020182200 A1 a pump is known in which the separator holding the piston joints is bearing in a tiltable disc, and the pistons have a conical shape. From the description of patent application CN 110630462 A a pump with a duplicated working system is known, with conical pistons and timing by means of a tilted, stationary disc.

W opisie patentowym EP 0705976 B1 ujawniono pompę o dwóch kątach wychylenia tarczy sterowanych tłokiem. Z opisów zgłoszeń patentowych: US 5676035 A, CN 110206703 A, CN 109441750 A, CN 107575357 A znane są pompy o stałej wydajności w których bęben cylindrowy jest nieruchomy, a obraca się wychylona tarcza sterująca. Dzięki takiej konstrukcji można wyeliminować główne źródło strat w pompie jakim jest rozrząd czołowy.Patent description EP 0705976 B1 discloses a pump with two angles of disc deflection controlled by a piston. From the descriptions of patent applications: US 5676035 A, CN 110206703 A, CN 109441750 A, CN 107575357 A, there are known constant capacity pumps in which the cylinder drum is stationary and the deflected control disc rotates. Thanks to such a design, the main source of losses in the pump, which is the frontal timing, can be eliminated.

W opisie zgłoszeniowym wzoru użytkowego CN 207377749 U przedstawiono pompę o specjalnie ukształtowanej tarczy sterującej, która obracając się wymusza ruch wsuwania tłoczków, a ich wysuw odbywa się pod działaniem siły sprężyny.The description of the utility model application CN 207377749 U presents a pump with a specially shaped control disc, which, when rotating, forces the pistons to retract, and they are extended by the force of a spring.

We wszystkich przytoczonych konstrukcjach pomp wielotłoczkowych osiowych oś obrotu tarczy sterującej przecina się z osią obrotu wału napędowego. Rozwiązanie takie jest korzystne jeżeli chodzi o obciążenie mechanizmu zmiany wydajności, ponieważ momenty sił działające od stopek tłoczków na tarczę wzajemnie się równoważą i do przesterowania tarczy potrzebny jest nieduży w stosunku do działających sił moment obrotowy.In all the cited designs of axial piston pumps, the axis of rotation of the control disc intersects with the axis of rotation of the drive shaft. This solution is advantageous in terms of the load of the capacity change mechanism, because the torques acting from the piston feet on the disc balance each other and a small torque is needed to control the disc in relation to the acting forces.

Rozwiązanie takie ma jednak poważną wadę - w miarę zmniejszania kąta wychylenia tarczy rośnie objętość przestrzeni martwej. Objętość przestrzeni martwej to objętość odciętej komory cylindrowej pod koniec fazy tłoczenia. Zgromadzony w tej przestrzeni olej rozpręża się do kanału ssawnego powodując przepływ wsteczny i ograniczając sprawność objętościową takich pomp. Wpływ tego zjawiska na sprawność objętościową jest szczególnie widoczny dla wysokich ciśnień tłoczenia i małych kątów wychylenia tarczy.This solution has a serious drawback - as the disc deflection angle decreases, the volume of dead space increases. The volume of dead space is the volume of the cylinder chamber cut off at the end of the pressing phase. The oil accumulated in this space expands into the suction channel, causing reverse flow and limiting the volumetric efficiency of such pumps. The influence of this phenomenon on the volumetric efficiency is particularly visible for high pressing pressures and small disc deflection angles.

Pompa wielotłoczkowa osiowa według wynalazku zawierająca w korpusie centralnie usytuowany bęben cylindrowy obrotowy połączony z wałem napędowym, stykający się z nieruchomą tarczą rozrządu oraz wychylną tarczę, zaś w bębnie obrotowym cylindrowym znajdują się tłoczki zakończone stopkami charakteryzuje się tym, że wychylna tarcza ułożona jest w korpusie pomiędzy dwoma siłownikami zmiany wydajności, symetrycznie do siebie ułożonymi względem osi bębna cylindrowego obrotowego i połączona jest z każdym z dwóch tłoków siłownika zmiany wydajności i siłownika zmiany wydajności za pomocą łącznika i sworznia. Wychylna tarcza jest podparta za pomocą dwóch ruchomych wsporników umieszczonych w korpusie i ma po obu stronach bieżnie z którymi stykają się końcówki wsporników. Bieżnia składa się z odcinków łuków o promieniu R i R2=L+R, gdzie R to promień końcówki wspornika, a L to długość wspornika wyznaczona otworami. Dla jednego kierunku tłoczenia tarcza wychyla się względem zablokowanych wsporników opartych o korpus a końcówka tarczy jest podparta siłownikiem, a dla przeciwnego kierunku tłoczenia tarcza obraca się względem obróconych i zablokowanych wsporników a końcówka tarczy jest podparta siłownikiem. Końcówka wspornika stanowi oś obrotu wychylnej tarczy.Axial piston pump according to the invention comprising in the body a centrally located rotating cylinder drum connected to the drive shaft, in contact with a stationary timing disc and a tilting disc, and in the rotating cylinder drum there are pistons terminated with feet, is characterized in that the tilting disc is arranged in the body between two capacity change actuators, arranged symmetrically to each other with respect to the axis of the rotating cylinder drum and is connected to each of the two pistons of the capacity change actuator and the capacity change actuator by means of a connector and a pin. The tilting disc is supported by means of two movable brackets placed in the body and has tracks on both sides with which the ends of the brackets contact. The track consists of arc segments of radius R and R2=L+R, where R is the radius of the bracket tip and L is the length of the bracket defined by holes. For one direction of pressing, the disc tilts relative to the locked supports resting on the body and the end of the disc is supported by an actuator, and for the opposite direction of pressing, the disc rotates relative to the rotated and locked supports and the end of the disc is supported by an actuator. The end of the support is the axis of rotation of the tilting disc.

Zaletą pompy wielotłoczkowej osiowej z dwoma kierunkami tłoczenia i przemieszczoną osią obrotu tarczy jest stała, niezależna od kąta wychylenia tarczy objętość przestrzeni martwej. W innych pompach, w których oś obrotu tarczy przecina się z osią obrotu wału objętość przestrzeni martwej rośnie w miarę zmniejszania kąta wychylenia tarczy. Zaletą pompy według wynalazku jest również zmienna wydajności i możliwość tłoczenia w obu kierunkach. Pompa taka może mieć zastosowanie do układów hydraulicznych zamkniętych a w szczególności do układów napędowych w pojazdach roboczych.The advantage of the axial piston pump with two directions of pressure and a displaced axis of rotation of the disc is a constant volume of dead space, independent of the angle of the disc inclination. In other pumps, in which the axis of rotation of the disc intersects the axis of rotation of the shaft, the volume of dead space increases as the angle of the disc inclination decreases. The advantage of the pump according to the invention is also variable capacity and the possibility of pumping in both directions. Such a pump can be used for closed hydraulic systems and in particular for drive systems in work vehicles.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok pompy wielotłoczkowej osiowej dla jednego kierunku tłoczenia, fig. 2 przedstawia widok pompy wielotłoczkowej osiowej dla przeciwnego kierunku tłoczenia, fig. 3 przedstawia wychylną tarczę, zaś fig. 4 ilustruje kontakt wsporników z wychylną tarczą.The subject of the invention is shown in an example embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a view of an axial piston pump for one direction of pressure, Fig. 2 shows a view of an axial piston pump for the opposite direction of pressure, Fig. 3 shows a tiltable disc, and Fig. 4 illustrates the contact of the supports with the tiltable disc.

Pompa wielotłoczkowa osiowa z dwoma kierunkami tłoczenia i przemieszczoną osią obrotu tarczy, w przykładzie wykonania, jak to przedstawiono na fig. 1 została opisana poniżej.An axial piston pump with two pressure directions and a displaced axis of rotation of the disc, in the embodiment shown in Fig. 1 is described below.

Wychylna tarcza 10 jest podparta za pomocą ruchomych wsporników 5 umieszczonych w korpusie 6. Wsporniki 5 mają możliwość obrotu a ich końcówki stykają się z odpowiednio uformowaną bieżną 14 wykonaną w tarczy 10. Bieżnia 14 składa się z odcinków łuków o promieniu R i R2=L+R, gdzie R to promień końcówki 12 wspornika 5, a L to długość wspornika wyznaczona otworami, jak to przedstawiono na fig. 4.The tiltable disc 10 is supported by means of movable supports 5 placed in the body 6. The supports 5 can rotate and their ends are in contact with an appropriately formed track 14 made in the disc 10. The track 14 consists of arc segments of radius R and R2=L+R, where R is the radius of the tip 12 of the support 5 and L is the length of the support defined by holes, as shown in Fig. 4.

Końcówka 12 wspornika 5 jest jednocześnie osią obrotu wychylnej tarczy. Wał napędowy 1 połączony jest z bębnem cylindrowym obrotowym 2, w którym znajdują się tłoczki 4 zakończone stopkami 13. Stopki 13 ślizgają się po wychylnej tarczy 10, zaś od kąta wychylenia tarczy 10 zależy skok tłoczków 4, a co za tym idzie wydajność pompy.The end 12 of the support 5 is simultaneously the axis of rotation of the tiltable disc. The drive shaft 1 is connected to the rotating cylinder drum 2, in which there are pistons 4 terminated with feet 13. Feet 13 slide on the tiltable disc 10, and the stroke of the pistons 4 and consequently the pump capacity depend on the angle of the disc 10.

Bęben cylindrowy obrotowy 2 styka się z nieruchomą tarczą rozrządu 3. Wychylna tarcza 10 połączona jest z tłokiem 11 siłownika zmiany wydajności 7a i 7b, za pomocą sworznia 8 i łączników 9.The rotating cylinder drum 2 is in contact with the stationary timing disc 3. The tilting disc 10 is connected to the piston 11 of the capacity changing actuator 7a and 7b by means of a pin 8 and connecting rods 9.

Na fig. 1 przedstawiono kąt wychylenia tarczy, który zmieniany jest za pomocą siłownika 7a. Aby zmienić kierunek tłoczenia należy zmniejszyć wydajność pompy do zera wysuwając tłok 11. W chwili gdy tarcza 10 jest prostopadła do osi wału 1 następuje obrócenie wsporników 5 do pozycji z fig. 2. Teraz kąt wychylenia tarczy ustawiany jest za pomocą siłownika 7b.Fig. 1 shows the disc inclination angle, which is changed by means of actuator 7a. In order to change the direction of pressure, the pump capacity should be reduced to zero by extending the piston 11. When the disc 10 is perpendicular to the axis of shaft 1, the brackets 5 are turned to the position shown in Fig. 2. Now the disc inclination angle is set by means of actuator 7b.

Claims

1. A multi-piston axial pump comprising a centrally located rotating cylinder drum connected to the drive shaft, in contact with a stationary timing disc, and a tilting disc, and in the rotating cylinder drum there are pistons terminated with feet, characterized in that the tilting disc (10) is arranged in the body (6) between two capacity change actuators (7a) and (7b) symmetrically arranged with respect to the axis of the rotating cylinder drum (2) and is connected to each of the two pistons (11) of the capacity change actuator (7a) and the capacity change actuator (7b) by means of a connector (9) and a pin (8), and the tilting disc (10) is supported by means of two movable supports (5) arranged in the body (6) and has tracks (14) on both sides with which the ends (12) of the supports (5) contact, while the track (14) consists of from arc segments of radius R and R2=L+R, where R is the radius of the tip (12) of the support (5), and L is the length of the support defined by holes, wherein for one pressing direction the disc (10) is tilted relative to the locked supports (5) resting on the body (6) and the tip of the disc (10) is supported by an actuator (7a), whereas for the opposite pressing direction the disc is rotated relative to the rotated and locked supports (5) and the tip of the disc (10) is supported by an actuator (7b), and the tip (12) of the support (5) constitutes the axis of rotation of the tiltable disc (10).