Гидравлическое вращающее устройство
Изобретение относится к захватным устройствам для кранов. Гидравлическое вращающее устройство содержит первую крепежную деталь (12) для соединения со стрелой крана и вторую крепежную деталь (13) для соединения с рабочим инструментом; и статор (14) и ротор (15). Ротор (15) выполнен с возможностью вращения внутри статора (14) для вращения вокруг продольной оси (A) и содержит лопасти (18), которые смещены с прохождением в радиальном направлении за пределы указанного ротора (15). Статор (14) содержит внутреннюю круговую поверхность (25) для приема упомянутых лопастей (18). Внутренняя круговая поверхность (25) содержит по меньшей мере две камеры (19a), выполненные с возможностью приема каждой лопасти из указанных лопастей (18) в первом измерении, и по меньшей мере два неглубоких участка (19b), выполненные с возможностью приема каждой лопасти указанных лопастей (18) во втором измерении, существенно меньшем по сравнению с указанным первым измерением. Внутренняя круговая поверхность (25) выполнена с возможностью приема по меньшей мере концевой части лопастей (18) по всей ее периферии. Достигается точность и хорошая устойчивость по отношению к внешним нагрузкам, воздействующим на гидравлическое вращающее устройство. 5 з.п. ф-лы, 14 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к гидравлическому вращающему устройству для вращения рабочего инструмента относительно стрелы крана. В частности, изобретение относится к конфигурации лопастного гидромотора в таком вращающем устройстве.
Предшествующий уровень техники
Гидравлические вращающие устройства широко используют при лесопосадках, лесозаготовках и тому подобное, когда на транспортном средстве, грузовике, тракторе и тому подобное установлено такое устройство, обеспечивающее вращающееся соединение для экскаваторов, инструментов для лесоматериалов, лесозаготовительных инструментов и тому подобное Устройства с гидравлическим приводом располагают на свободном конце стрелы крана и тому подобное. Вращающее устройство содержит двигатель, обычно лопастной гидромотор, для обеспечения вращательного движения.
Такие вращающие устройства подвергаются большим нагрузкам как в радиальном, так и в осевом направлении. Обычно с этими большими нагрузками справляются путем подбора размеров вращающего устройства и, в частности, двигателя с комплектующими деталями, выполненными с возможностью выдерживать очень большие нагрузки. В сочетании с этими высокими механическими требованиями точность комплектующих деталей, в том числе пригонка между статором и ротором, должна быть очень точной и выверенной.
Кроме того, чтобы предоставить двигатель с минимально возможными потерями, точность между статором и ротором должна быть очень большой как в осевом, так и в радиальном направлении. Это связано с тем, что каждый зазор в активной части двигателя, то есть в той части двигателя, где находится гидравлическая жидкость под давлением, приводит к снижению эффективности. Сочетание этого очень высокого требования к точности и столь же высоких требований к прочности делает производство очень сложным и дорогостоящим.
Конкретная проблема, связанная с лопастным гидромотором, заключается в том, что точность лопастей относительно камер статора должна быть очень большой, чтобы минимизировать внутреннюю утечку. Кроме того, в обычных лопастных гидромоторах лопасти и/или активная часть ротора будут подвергаться воздействию осевых нагрузок, действующих на ротор относительно активной части статора. Это может привести к заклиниванию двигателя, если точность не очень высока, или активные части ротора и статора не рассчитаны выдерживать осевые нагрузки в достаточной степени. Это более точно описано в первой части подробного описания этого описания изобретения, в которой делается ссылка на гидравлическое вращающее устройство предшествующего уровня техники.
Следовательно, существует потребность в гидравлическом вращающем устройстве, которое имеет хорошую точность и имеет лучшее распределение нагрузки между деталями двигателя, которые подвергаются высоким нагрузкам.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является представление гидравлического вращающего устройства с хорошей точностью и хорошей устойчивостью по отношению к внешним нагрузкам, воздействующим на гидравлическое вращающее устройство.
Изобретение относится к гидравлическому вращающему устройству для вращения рабочего инструмента относительно стрелы крана, причем гидравлическое вращающее устройство содержит:
- первую крепежную деталь для соединения со стрелой крана и вторую крепежную деталь для соединения с рабочим инструментом;
- статор и ротор, при этом ротор выполнен с возможностью вращения внутри статора для вращения вокруг продольной оси, при этом статор содержит внутреннюю круговую поверхность, и при этом ротор содержит лопасти, которые смещены с прохождением в радиальном направлении за пределы лопастных отверстий во внешней поверхности указанного ротора и примыкают к указанной внутренней круговой поверхности вокруг всей ее периферии, при этом указанная внутренняя круговая поверхность статора ограничена в осевом направлении первой круговой кромкой, выполненной с возможностью соприкосновения с первой осевой концевой частью лопастей и второй круговой кромкой, выполненной с возможностью соприкосновения со второй осевой концевой частью лопастей, чтобы направлять указанные лопасти и обеспечивать уплотнение по отношению к указанным лопастям вдоль как первой, так и второй осевых концевых частей лопастей, при этом между первой и второй круговыми кромками образована канавка, так что существует зазор между внешней поверхностью ротора и внутренней круговой поверхностью по всей периферии центральной части внешней поверхности ротора, и при этом первая цилиндрическая часть и вторая цилиндрическая часть ротора примыкают по окружности к внутренней круговой поверхности статора выше и ниже указанных первой и второй круговых кромок, соответственно.
Такая конструкция с зазором между внешней поверхностью ротора и внутренней круговой поверхностью статора подразумевает ряд преимуществ. Во-первых, очевидно, что внешняя поверхность ротора не должна быть точно подогнана к внутренней круговой поверхности статора, так что можно сократить производственные затраты. Кроме того, эта конструкция может подразумевать меньшую внутреннюю утечку, чем в обычном гидравлическом вращающем устройстве. Таким образом, можно также улучшить эффективность двигателя гидравлического вращающего устройства.
В конкретном варианте осуществления внешняя поверхность ротора является по существу цилиндрической с постоянным диаметром по его осевой длине, проходящей из первой цилиндрической части через центральную часть во вторую цилиндрическую часть. В данном контексте термин «по существу цилиндрический» означает, что внешняя поверхность ротора является цилиндрической с круглым поперечным сечением из первой цилиндрической части через центральную часть и во вторую цилиндрическую часть, но в центральной части могут быть предусмотрены неровности, и могут быть предусмотрены лопастные отверстия, проходящие из первой цилиндрической части через всю центральную часть во вторую цилиндрическую часть.
В конкретном варианте осуществления статор содержит первую статорную пластину, жестко соединенную с первой крепежной деталью, вторую статорную пластину и раму статора, расположенную между указанными первой и второй статорными пластинами, при этом внутренняя круговая поверхность образована внутренней поверхностью рамы статора в радиальном направлении, и при этом высота лопастей соответствует высоте рамы статора, причем первая круговая кромка образована первой поверхностью первой статорной пластины, и при этом вторая круговая кромка образована первой поверхностью второй статорной пластины.
В конкретном варианте осуществления внешняя поверхность ротора является по существу цилиндрической и имеет высоту больше, чем высота между указанной первой круговой кромкой и указанной второй круговой кромкой.
Предпочтительно ротор проходит как над указанной первой круговой кромкой, так и под указанной второй круговой кромкой. Эта конструкция подразумевает, что круговая кромка поддерживает в осевом направлении только лопасти, но не ротор. Вместо этого ротор может поддерживаться осевым подшипником на нижнем конце и осевым контактом между ротором и статором на верхнем конце ротора.
В конкретном варианте осуществления между указанной внутренней круговой поверхностью и промежуточной цилиндрической поверхностью указанного ротора образованы по меньшей мере две камеры, причем указанные две камеры отделены друг от друга с обеих сторон неглубокими участками, выполненными с возможностью принимать в радиальном направлении указанные лопасти во втором измерении, существенно меньшем по сравнению с указанным первым измерением, но достаточном для того, чтобы лопасти могли выходить за пределы внешней поверхности ротора.
В конкретном варианте осуществления каждый неглубокий участок проходит на такой же или больший угол, чем угол, образованный между двумя смежными лопастями, так что по меньшей мере одна лопасть всегда размещена в каждом неглубоком участке.
Благодаря такому расположению камеры отделены друг от друга путем взаимодействия между неглубокими участками и по меньшей мере одной лопастью, которая находится в указанном неглубоком участке. Это взаимодействие заменяет тесное взаимодействие перегородок статора и внешней поверхности ротора в устройствах предшествующего уровня техники.
В конкретном варианте осуществления каждый неглубокий участок проходит на 72° или более, при этом ротор содержит по меньшей мере 5 равноудаленно расположенных лопастей, а в другом конкретном варианте осуществления каждый неглубокий участок проходит на 60° или более, при этом ротор содержит по меньшей мере 6 равноудаленно расположенных лопастей.
Другие варианты осуществления и преимущества будут очевидны из подробного описания и прилагаемых чертежей.
Краткое описание чертежей
Далее иллюстративный вариант осуществления, относящийся к изобретению, будет описан со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг. 1, 1А-1С показано гидравлическое вращающее устройство предшествующего уровня техники;
На фиг. 2 представлен вид сбоку гидравлического вращающего устройства согласно конкретному варианту осуществления изобретения;
На фиг. 3 представлен вид в разрезе вдоль линии III-III на фиг. 2;
На фиг. 3А представлен подробный вид детали А на фиг. 3;
На фиг. 4 представлен вид в разрезе вдоль линии IV-IV на фиг. 3;
На фиг. 5 представлен вид в разрезе вдоль линии V-V на фиг. 3;
На фиг. 6 представлен вид в разрезе вдоль линии VI-VI на фиг. 3;
На фиг. 7 представлен подробный вид четверти вида в разрезе на фиг. 3;
На фиг. 8 представлен вид в перспективе ротора согласно конкретному варианту осуществления изобретения;
На фиг. 9 представлен вид в перспективе гидравлического вращающего устройства согласно конкретному варианту осуществления изобретения со снятыми первой рамой статора и первой крепежной деталью; а также
На фиг. 10 представлен вид в разрезе альтернативного варианта заявленного гидравлического вращающего устройства.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 и 1A-1C показано вращающее устройство предшествующего уровня техники. Это вращающее устройство предшествующего уровня техники не является частью изобретения. Показанное вращающее устройство 1 предшествующего уровня техники имеет первую крепежную деталь 2 для соединения со стрелой крана и вторую крепежную деталь 3 для соединения с рабочим инструментом. Первая крепежная деталь 2 прикреплена к статору 4, а вторая крепежная деталь 3 прикреплена к ротору 5, причем ротор выполнен с возможностью вращения внутри статора 4. Как показано на фиг. 1В, статор состоит из трех частей; первой статорной пластины 4a, которая объединена с первой крепежной деталью 2, второй статорной пластины 4c и рамы 4b статора, которая является активной частью статора и расположена между первой и второй статорными пластинами 4a и 4c.
Ротор 5 расположен внутри статора 4, а вторая часть ротора 5 соединена со второй крепежной деталью 3. Как видно на фиг. 1C, ротор 5 содержит цилиндрическую часть 6, которая проходит радиально за пределы основного корпуса ротора. Высота цилиндрической части 6 соответствует высоте рамы 4b статора и выполнена с возможностью приема между первой и второй статорными пластинами 4a и 4c, соответственно. Чтобы гарантировать, что гидравлическая жидкость не протечет по краям цилиндрической части 6 ротора и первой и второй статорных пластин 4a и 4c, соответственно, цилиндрическая часть 6 должна максимально плотно прилегать между первой и второй статорными пластинами 4a и 4c. Цилиндрическая часть 6 ограничена первой круговой кромкой 6a и второй круговой кромкой 6b, выполненными с возможностью быть обращенными к внутренней круговой кромочной части первой и второй статорных пластин 4a и 4c, соответственно.
Цилиндрическая часть 6 ротора содержит четыре лопастные отверстия 7, которые проходят вдоль продольной оси ротора 5. В каждом лопастном отверстии 7 расположена нагруженная пружиной лопасть 8. Гидромотор приводят в действие в любом направлении путем подачи гидравлической жидкости под давлением на первую сторону лопастей и гидравлической жидкости не под давлением на противоположную вторую сторону лопастей. Высота лопастей 8 точно соответствует высоте цилиндрической части 6 ротора 5, так что краевые части лопастей 18 расположены на одной линии с первой и второй круговой кромкой 6a и 6b, соответственно. Следовательно, высота лопастей 8 также соответствует высоте рамы 4b статора, так что лопасти 8 плотно прилегают между первой и второй статорными пластинами 4a и 4c и направляются указанными статорными пластинами.
На фиг. 1A показан детальный вид в разрезе ротора 5 и рамы 4b статора. Вращение ротора 5 достигается тем, что гидравлическую жидкость под давлением подают к первому концу камеры 9а, расположенной в раме 4b статора. Обычно рама 4b статора содержит две камеры, которые отделены друг от друга перегородками 9b. Точность между перегородками 9b и цилиндрической частью 6 ротора 5 должна быть очень высокой, чтобы гарантировать, что гидравлическая жидкость не будет вытекать из одной камеры в другую.
Основная задача цилиндрической части 6 ротора 5 состоит в том, чтобы обеспечить направление лопастей 8 в камеры 9a после прохождения перегородки 9b. Это достигается за счет того, что лопасти 8 направляют при поддержке первой и второй статорных пластин 4a и 4c, как когда они расположены в камерах 9a, так и когда они обращены к одной из перегородок 9b. Следовательно, как лопасти 8, так и цилиндрическую часть 6 ротора 5 принимают и направляют между первой и второй статорными пластинами 4a и 4c по всему кругу ротора 5.
Как показано на фиг. 1B, осевой подшипник 10 выполнен с возможностью выдерживать нагрузки, воздействующие на ротор 5 в направлении вниз по отношению к статору 4. Подшипник 10 опирается на вторую статорную пластину 4c.
Сложность этой конструкции состоит в том, что взаимодействие должно быть выполнено с возможностью высокоточного контакта между цилиндрической частью 6 ротора 5 и первой и второй статорными пластинами 4a и 4c. В частности, c направленной вниз нагрузкой, действующей на ротор 5, нужно справляться за счет осевого подшипника 10, а не за счет взаимодействия между второй кромкой цилиндрической части 6 ротора 5 и первой частью второй статорной пластины 4c. Это требует точности, которую очень трудно достичь, и поэтому между ротором 5 и второй статорной пластиной 4c необходимо установить прокладки точной толщины. Кроме того, если точность не идеальна, конструкция подвержена внутренней утечке гидравлической жидкости.
В заявленном вращающем устройстве точность достигается за счет альтернативной конструкции, которая отделяет подшипник осевой нагрузки от активного взаимодействия статора как с ротором, так и с лопастями ротора.
На фиг. 2 показан конкретный вариант осуществления гидравлического вращающего устройства 11 для вращения рабочего инструмента (не показано) относительно стрелы крана и тому подобное (не показано). Представленное гидравлическое вращающее устройство содержит первую крепежную деталь 12 и вторую крепежную деталь 13. В представленном варианте осуществления первая крепежная деталь 12 предназначена для соединения с указанной стрелой крана, а вторая крепежная деталь 13 предназначена для соединения с указанным рабочим инструментом. Вращающее устройство 11 содержит статор 14, состоящий из первой статорной пластины 14a, которая в представленном варианте осуществления составляет одно целое с первой крепежной деталью 12, второй статорной пластины 14c и рамы 14b статора, которая является активной частью статора 14 и расположена между первой и второй статорными пластинами 14a и 14c, соответственно. Крепежные болты 14d выполнены с возможностью удерживать вместе первую и вторую статорные пластины 14a и 14c, таким образом закрепляя раму 14b статора между ними. Такие крепежные болты могут проходить сквозь раму 14b статора или, как показано в варианте осуществления, быть расположены снаружи от рамы 14b статора.
На фиг. 3 представлен вид в разрезе вдоль линии III-III на фиг. 2. На фиг. 3 видно, что ротор 15 выполнен с возможностью вращения внутри статора 14 с вращением вокруг продольной оси A (см. фиг. 4-6). Ротор 15 содержит лопасти 18, которые смещены с прохождением в радиальном направлении за пределы указанного ротора. Лопасти 18 расположены в лопастных отверстиях 17 на внешней поверхности 16 ротора 15. Внешняя поверхность 16 ротора 15 предпочтительно является по существу цилиндрической. За исключением лопастного отверстия 17 внешняя поверхность 16 может быть идеально цилиндрической. Однако ввиду того, что центральная часть 16b ротора 15, то есть часть, из которой выступают лопасти 18, не будет контактировать с окружающей внутренней круговой поверхностью 25 статора, указанная центральная часть 16b ротора 15 не обязательно должна быть идеально цилиндрической. Она может, например, содержать углубления или выступы различной формы при условии, что такие выступы не выходят за пределы ротора дальше, чем допускает зазор между ротором 15 и статором 14.
Лопасти выполнены с возможностью пригонки внутри указанных лопастных отверстий 17 таким образом, чтобы гидравлическая жидкость не протекала мимо лопастей 18. Герметичное жидкостное уплотнение между лопастью 18 и лопастным отверстием 17 достигается тем, что гидравлическое давление, действуя на лопасть 18, прижимает указанную лопасть вплотную к противоположной стороне лопастного отверстия 17, тем самым предотвращая любую утечку по длине указанной лопасти 18 вдоль указанного плотного контакта.
Пружины 21 выполнены с возможностью выталкивать лопасти 18 наружу из лопастных отверстий 17 на внешней поверхности 16 ротора 15. Как видно на фиг. 3, рама 14b статора содержит внутреннюю круговую поверхность 25 для приемки лопастей 18. Внутренняя круговая поверхность 25 содержит по меньшей мере две камеры 19a, выполненные с возможностью приемки каждой лопасти 18 в первом измерении, и по меньшей мере два неглубоких участка 19b, выполненные с возможностью приемки каждой лопасти из указанных лопастей во втором измерении, существенно меньшем по сравнению с указанным первым измерением. В показанном варианте осуществления внутренняя круговая поверхность 25 содержит две камеры 19a и два неглубоких участка 19b, так что одна камера 19a расположена между двумя неглубокими участками 19b, и наоборот.
Внутренняя круговая поверхность 25 статора выполнена с возможностью приемки по меньшей мере концевой части лопастей 18 по всей ее периферии. В отличие от конфигураций предшествующего уровня техники центральная часть 16b внешней поверхности 16 ротора 15 не соответствует внутренней круговой поверхности 25 статора. Другими словами, там, где внешняя поверхность 16 ротора 15 соответствует внутренней поверхности статора 14, не размещена никакая перегородка. Вместо этого, по меньшей мере концевая часть лопасти 18 будет всегда выходить за пределы внешней поверхности 16 ротора 15.
Как проиллюстрировано на фиг. 4, внутренняя круговая поверхность 25 статора 14 содержит канавку 32, которая образована по меньшей мере одной круговой кромкой, выполненной с возможностью соприкосновения с осевой концевой частью лопастей 18, чтобы направлять указанные лопасти и обеспечивать уплотнение в отношении указанных лопастей. В частности, протяженность канавки 32 внутренней круговой поверхности 25 статора 14 в осевом направлении определяет первая круговая кромка 26 и вторая круговая кромка 27, при этом канавка 32 выполнена с возможностью приемки указанных лопастей 18.
На фиг. 3 показана первая пара гидравлических отверстий 22. Эта первая пара гидравлических отверстий 22 расположена во второй статорной пластине 14c, которая видна под рамой 14b статора на фиг. 3. Вторая пара гидравлических отверстий расположена в первой статорной пластине 14a (не показано). Гидравлические отверстия второй пары расположены диагонально через камеру 19а по отношению к первой паре гидравлических отверстий 22. В процессе работы одна пара гидравлических отверстий одновременно соединена с напорной линией, а другая пара соединена с баком. Когда первая пара гидравлических отверстий 22 соединена с напорной линией, ротор 5 будет вращаться против часовой стрелки по отношению к виду, показанному на фиг. 3, и когда вторая пара гидравлических отверстий соединена с напорной линией, ротор 5 будет вращаться по часовой стрелке относительно вида, показанного на фиг. 3.
Как видно на фиг. 3, каждый неглубокий участок 19b проходит на больший угол, чем угол, образованный между двумя смежными лопастями 18, так что по меньшей мере одна лопасть 18 всегда размещена в каждом неглубоком участке 19b. Кроме того, по меньшей мере одна лопасть должна всегда быть размещена между гидравлическими отверстиями одной камеры. В показанном варианте осуществления это достигается тем, что ротор 15 содержит 6 равноудаленно расположенных лопастей 18. Кроме того, каждый неглубокий участок 19b имеет угловую протяженность более одной шестой круга, то есть по меньшей мере 60°. В другом варианте осуществления неглубокие участки выходят более чем на одну пятую круга, то есть по меньшей мере 72°, при этом потребуются только 5 равноудаленно расположенных лопастей. Так же возможны другие варианты осуществления. Например, статор может содержать три камеры, а ротор может содержать 9 лопастей, чтобы обеспечить постоянное размещение одной лопасти 18 в каждом неглубоком участке 19b, и чтобы по меньшей мере одна лопасть всегда обязательно была размещена между гидравлическими отверстиями одной камеры.
На фиг. 3a представлен подробный вид детали A на фиг. 3. На этом виде лопасть 18 показана в положении на первом конце неглубокого участка 19b. Если она будет вращаться против часовой стрелки, она войдет в камеру 19a и пройдет гидравлическое отверстие 22. Пружина 21 будет толкать лопасть 18 наружу для примыкания к внутренней круговой поверхности 25 статора и обеспечения герметичного жидкостного уплотнения по отношению к указанной поверхности. Как только лопасть 18 пройдет гидравлическое отверстие 22, она окажется под давлением с задней стороны, так что гидравлическая жидкость будет обеспечивать крутящий момент, заставляющий лопасть 18 и ротор 15 вращаться дальше против часовой стрелки. Это будет продолжаться до тех пор, пока клапаны (не показаны) не будут соединены для подачи гидравлической жидкости под давлением к первой паре гидравлических отверстий 22. Также на фиг. 3a видно, что внешний край лопастей 18 имеет закругленную форму. Однако предпочтительно, чтобы вся эта закругленная часть была расположена за пределами соответствующего лопастного отверстия 17, чтобы избежать утечки в первой и второй частях лопастей 18. Следовательно, плоские стороны каждой лопасти 18 выполнены с возможностью обеспечивать уплотнение по отношению к соответствующим сторонам лопастного отверстия 17, как когда лопасть 18 размещена в неглубоком участке 19b, так и когда она размещена в камере 19a. В камерах 19а лопасть 18 под давлением будет вращаться за счет гидравлической жидкости под давлением, так что передняя сторона лопасти будет обеспечивать герметичное жидкостное уплотнение по отношению к соответствующему смежному краю лопастного отверстия 17. С другой стороны, в неглубоких участках 19b первая лопасть будет вращаться против гидравлической жидкости под давлением. Следовательно, для этой лопасти задняя сторона лопасти 18 будет обеспечивать герметичное жидкостное уплотнение по отношению к смежному краю лопастного отверстия 17.
Фиг. 4-6 представляют собой продольные сечения гидравлического вращающего устройства, соответствующие линиям IV-IV, V-V и VI-VI на фиг. 3, соответственно. Следовательно, фиг. 4 представляет собой продольное сечение гидравлического вращающего устройства по линии IV-IV , показывающее зазор между внешней поверхностью 16 ротора 15 и поверхностью внутренней круговой поверхности 25 рамы 14b статора. Этот зазор образует неглубокий участок 19b. На фиг. 4 показано, что внешняя поверхность 16 ротора 15 имеет цилиндрическую форму по всей раме 14b статора и более. В показанном варианте осуществления внешняя поверхность 16 ротора 15 проходит как выше, так и ниже внутренней круговой поверхности 25 статора 14, то есть как в первую статорную пластину 14a, так и во вторую статорную пластину 14c показанного варианта осуществления. Первая цилиндрическая часть 16a внешней поверхности 16 ротора 15 примыкает к первой статорной пластине 14a по всей ее окружности, а вторая цилиндрическая часть 16c примыкает ко второй статорной пластине 14c по всей ее окружности. Центральная часть 16b ротора 15 не примыкает к противоположной внутренней круговой поверхности 25 статора 14. Вместо этого существует зазор по всей протяженности канавки 32, образованной между первой круговой кромкой 26 и второй круговой кромкой 27.
Как проиллюстрировано на чертежах, внешняя поверхность 16 ротора 15 по существу является цилиндрической с постоянным диаметром по всей ее осевой длине из первой цилиндрической части 16a через центральную часть 16b и во вторую цилиндрическую часть 16c. То есть внешняя поверхность 16 ротора 15 имеет цилиндрическую форму с круглым поперечным сечением по ее осевой длине из первой цилиндрической части 16a через центральную часть 16b и во вторую цилиндрическую часть 16c, но в центральной части 16b могут быть образованы неровности, так что лопастные отверстия 17 имеют удлинение из первой цилиндрической части 16a через всю центральную часть 16b во вторую цилиндрическую часть 16c. Первая цилиндрическая часть 16a и вторая цилиндрическая часть 16c должны, за исключением лопастных отверстий, быть предпочтительно круглой цилиндрической формы, так чтобы обеспечивать герметичное жидкостное уплотнение между внешней поверхностью 16 ротора 15 и первой и второй круговыми кромками 26 и 27, соответственно.
Между опорными поверхностями ротора 5 и второй статорной пластиной 14c расположен осевой подшипник 20. Осевой подшипник 20 будет поддерживать нагрузки, действующие вниз на ротор 5. Первая статорная пластина 14a содержит упор 23, выполненный с возможностью взаимодействия с выступом 24 на первой части ротора 5. Взаимодействие между указанным упором 23 и указанным выступом 24 будет выдерживать нагрузки, действующие на ротор 5 снизу вверх, например, когда рабочий инструмент вдавливают в землю.
Преимущество показанного варианта осуществления заключается в том, что при взаимодействии между активными частями двигателя, то есть ротором 15 и рамой 14b статора не придется справляться с осевыми нагрузками. Лопасти 18 предпочтительно выполнены с возможностью скольжения внутри лопастных отверстий 17, так что они могут перемещаться в осевом направлении. Гибкость относительно осевого положения лопастей 18 обеспечит идеальное положение лопастей 18 по отношению к статору. Внутренняя круговая поверхность 25 статора образует канавку 32, в которую входят лопасти, причем канавка 32 ограничена двумя круговыми кромками 26 и 27, причем кромки будут направлять лопасти 18. Гибкость относительно осевого положения лопастей 18 также полезна при установке двигателя, так как для правильного позиционирования ротора в осевом направлении по отношению к статору не потребуются прокладки.
На фиг. 4-6 показано, как внутренняя круговая поверхность 25 статора содержит первую круговую кромку 26, выполненную с возможностью соприкосновения с первой осевой концевой частью 28 каждой лопасти 18, и вторую круговую кромку 27, выполненную с возможностью соприкосновения со второй осевой концевой частью 29 каждой лопасти 18. Высота лопастей 18 выполнена с возможностью плотного прилегания между первой круговой кромкой 26 и второй круговой кромкой 27. Контакт между круговыми кромками 26, 27 и лопастями 18 выполнен с возможностью как направления указанных лопастей, так и обеспечения уплотнения по отношению к указанным лопастям как вдоль первой, так и второй осевых концевых частей 28 и 29 лопастей.
Следует отметить, что внешняя поверхность 16 ротора 15 проходит как в первую статорную пластину 14a, так и во вторую статорную пластину 14c, посредством чего внешняя поверхность 16 ротора 15 обеспечит герметичное жидкостное уплотнение по отношению как к первой статорной пластине 14a, так и второй статорной пластине 14c. По этой причине первая и вторая часть внешней поверхности 16 ротора 15, например первая и вторая цилиндрические части 16a и 16c, должны иметь цилиндрическую форму и быть плотно пригнаны внутри внутренних круговых поверхностей первой статорной пластины 14a и второй статорной пластины 14c, соответственно. В конкретном варианте осуществления по меньшей мере одна первая статорная пластина 14a и вторая статорная пластина 14c составляет одно целое с рамой 14b статора, так что граница между рамой 14b статора и указанной статорной пластиной 14a и/или 14c будет совпадать с круговой кромкой 26 и/или 27.
Как показано на фиг. 4, высота H2 внешней поверхности 16 ротора 15 больше, чем высота H1 внутренней круговой поверхности 25 статора 14, образованной первой и второй круговыми кромками 26 и 27 статора 14. Части внешней поверхности 16 ротора 15, выступающие за высоту H1 внутренней круговой поверхности 25 статора 14, образованы первой и второй цилиндрическими частями 16a и 16c указанного ротора 15, соответственно.
На фиг. 5, которая представляет собой продольное сечение гидравлического вращающего устройства по линии V-V на фиг. 3, лопасти 18 показаны в положении, в котором они выходят в неглубокий участок 19b канавки 32, чтобы примыкать к внутренней круговой поверхности 25 статора. В этом положении только концы лопастей 18 выступают из внешней поверхности 16 ротора 15 и соприкасаются с внутренней круговой поверхностью 25 статора 14. Контакт между концами лопастей 18 и круговыми кромками 26 и 27 является достаточным, чтобы обеспечить направление лопастей 18 так, чтобы они не двигались в осевом направлении. Кроме того, указанный контакт будет обеспечивать уплотнение между лопастями и статором 14. Из фиг. 5 видно, что лопастные отверстия 17 имеют большую высоту, чем лопасти 18. Следовательно, в лопастном отверстии 17 имеются зазоры 17a, 17b, расположенные выше и ниже лопасти 18, соответственно. Зазоры 17a и 17b позволяют перемещать лопасти в осевом направлении относительно лопастного отверстия 17 ротора 5. Как обсуждалось выше, между сторонами лопастей 18 и соответствующими лопастными отверстиями 17 существуют незначительные зазоры, позволяющие слегка наклонять лопасти. Эти незначительные зазоры настолько малы, что их практически не видно на чертежах.
На фиг. 6 представлено продольное сечение гидравлического вращающего устройства по линии VI-VI на фиг. 3. В этом положении лопасти 18 размещены в середине камеры 19a, образованной в пространстве между внешней поверхностью 16 ротора 15 и внутренней круговой поверхностью 25 статора 14. Как видно из Фиг. 3, камеры 19а образованы тем, что рама 14b статора содержит две расширенные части, расположенные напротив друг друга.
Тот факт, что в роторном устройстве 11 отсутствуют перегородки и что лопасти 18 выполнены с возможностью обеспечивать уплотнения между камерами, будет означать, что первая лопасть в неглубоком участке будет действовать в направлении, противоположном текущему направлению вращения ротора. Это проиллюстрировано на фиг. 7, на которой крупным планом представлена четверть вращающего устройства, показанного на фиг. 3.
На фиг. 7 ротор вращают против часовой стрелки. Первая лопасть 18’ в неглубоком участке будет вращаться против давления, обеспечиваемого в камере 19a. Сила F0, возникающая в результате давления, действующего на эту первую лопасть 18’, будет нейтрализована силой F0, действующей в противоположном направлении на самую внутреннюю часть активной лопасти 18”, простирающуюся в камеру 19a. Результирующий крутящий момент, который толкает указанную активную лопасть 18” в направлении против часовой стрелки, следовательно, основан на интеграле силы F1 по активной поверхности активной лопасти 18”. По меньшей мере одна из лопастей всегда будет активна, то есть каждый раз подвергаться сильному давлению с одной стороны. В показанном варианте осуществления всегда будут активны две лопасти, то есть одна лопасть на камеру. Это достигается за счет того, что камера шире, т.е. растянута на больший угол, чем расстояние между двумя смежными лопастями. Таким образом, первая лопасть 18’ войдет в камеру 19а и будет находиться под давлением гидравлической жидкости до того, как активная лопасть 18” будет освобождена от давления. Следовательно, когда первая лопасть 18’ продвинется против часовой стрелки так, что будет находиться под давлением, она станет активной лопастью.
Следовательно, ширина неглубокого участка 19b не будет способствовать крутящему моменту гидравлического двигателя. В этом отношении он должен быть как можно более мелким. Ширина неглубокого участка 19b образована длиной первой круговой кромки 26 и второй круговой кромки 27, и для того, чтобы указанные первая и вторая круговые кромки 26 и 27 обеспечивали надежное направление лопастей, они должны предпочтительно иметь ширину по меньшей мере несколько миллиметров, но, поскольку это подразумевает компромисс по крутящему моменту, она может быть меньше. Таким образом, ширину определяют в зависимости от предполагаемого применения вращающего устройства.
На фиг. 8 показан ротор 15 в соответствии с конкретным вариантом осуществления изобретения. Ротор 15 содержит внешнюю поверхность 16, в которой расположены лопастные отверстия 17, которые проходят в осевом направлении ротора. На каждом конце внешней поверхности 16 выполнен выступ 24 с возможностью обеспечить опорную поверхность, чтобы действовать против соответствующей поверхности внутри статора 14, обычно осевого подшипника 20, расположенного на второй статорной пластине 14c, и упора, расположенного в первой статорной пластине 14а. В показанном варианте осуществления ротор соединен с вертлюгом 30, выполненным с возможностью подачи вращающейся гидравлической жидкости на рабочий инструмент, расположенный на второй крепежной детали.
На фиг. 9 показан ротор, размещенный внутри рамы 14b статора. Первая статорная пластина, выполненная с возможностью расположения над рамой 14b статора, на фиг. 9 удалена в целях иллюстрации. Как видно на фиг. 9, высота лопастей 18 соответствует высоте рамы статора, так что когда первая статорная пластина 14a будет установлена, она будет плотно посажена над лопастями и обеспечит герметичное жидкостное уплотнение по отношению к первой осевой концевой части 28 лопастей 18. Точно так же вторая статорная пластина 14c будет обеспечивать герметичное жидкостное уплотнение по отношению ко второй осевой концевой части 29 лопастей 18.
На фиг. 9 проиллюстрировано как первая цилиндрическая часть 16a ротора 15 проходит над рамой 14b статора, чтобы примыкать к внутренней поверхности первой статорной пластины 14a по всей ее окружности. Так же вторая цилиндрическая часть 16c ротора 15 примыкает к внутренней круговой поверхности 25 второй статорной пластины 14c. Взаимодействие между соответствующими первой и второй цилиндрическими поверхностями 16a и 16c, соответственно, с первой и второй статорной пластиной 14a и 14c, соответственно, представляет собой радиальные подшипники, выполненные с возможностью принятия на себя радиальных сил, действующих на ротор 15 по отношению к статору 14.
На фиг. 10 показан альтернативный вариант осуществления заявленного гидравлического вращающего устройства. Этот альтернативный вариант осуществления аналогичен варианту осуществления, показанному на фиг. 2-9, в отношении всех деталей, которые являются основными для изобретения. В частности, высота H2 внешней поверхности 16 ротора 15 больше, чем высота H1 внутренней круговой поверхности 25 статора 14, образованной первой и второй круговыми кромками 26 и 27 статора 14.
Основное отличие этого альтернативного варианта осуществления состоит, тем не менее, в том, что первая крепежная деталь 12 предназначена для соединения с рабочим инструментом, а вторая крепежная деталь 13 предназначена для соединения со стрелой крана. Кроме того, блок 31 передачи выполнен с возможностью передавать вращающее движение между второй крепежной деталью 13 и ротором 15. Внешний осевой подшипник 20' выполнен с возможностью обеспечивать первую и вторую крепежные детали 12 и 13 и выдерживать нагрузки, воздействующие на вращающее устройство.
Ранее изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления. Однако изобретение не ограничивается этим вариантом осуществления. Для специалиста в данной области очевидно, что другие варианты осуществления возможны в пределах объема следующей формулы изобретения.
1. Гидравлическое вращающее устройство (11) для вращения рабочего инструмента относительно стрелы крана, причем гидравлическое вращающее устройство содержит:
- первую крепежную деталь (12) для соединения со стрелой крана и вторую крепежную деталь (13) для соединения с рабочим инструментом;
- статор (14) и ротор (15), причем ротор (15) выполнен с возможностью вращения внутри статора (14) для вращения вокруг продольной оси (A), при этом статор (14) содержит внутреннюю круговую поверхность (25), и при этом ротор (15) содержит лопасти (18), которые смещены с прохождением в радиальном направлении за пределы лопастных отверстий (17) на внешней поверхности (16) указанного ротора (15) и соприкасаются с указанной внутренней круговой поверхностью (25) вокруг всей ее периферии, при этом указанная внутренняя круговая поверхность (25) статора (14) ограничена в осевом направлении первой круговой кромкой (26), выполненной с возможностью соприкосновения с первой осевой концевой частью (28) лопастей, и второй круговой кромкой (27), выполненной с возможностью соприкосновения со второй осевой концевой частью (29) лопастей (18) для направления указанных лопастей (18) и обеспечения уплотнения по отношению к указанным лопастям (18) вдоль обеих первой и второй осевых концевых частей (28, 29) лопастей (18), при этом между первой и второй круговыми кромками (26, 27) образована канавка (32), так что существует зазор между внешней поверхностью (16) ротора (15) и внутренней круговой поверхностью (25) по всей периферии центральной части (16b) внешней поверхности (16) ротора (15), и при этом первая цилиндрическая часть (16a) и вторая цилиндрическая часть (16c) ротора (15) примыкают по окружности к внутренней круговой поверхности (25) статора (14) выше и ниже указанных первой и второй круговых кромок (26, 27), соответственно.
2. Гидравлическое вращающее устройство (11) по п.1, в котором внешняя поверхность (16) ротора (15) по существу является цилиндрической с постоянным диаметром по всей ее осевой длине, проходящей из первой цилиндрической части (16a) через центральную часть (16b) во вторую цилиндрическую часть (16c).
3. Гидравлическое вращающее устройство по п.1 или 2, в котором статор (14) содержит первую статорную пластину (14a), которая неподвижно соединена с первой крепежной деталью (12), вторую статорную пластину (14c) и раму (14b) статора, расположенную между указанными первой и второй статорными пластинами (14a, 14c), при этом внутренняя круговая поверхность (25) образована внутренней поверхностью рамы (14b) статора в радиальном направлении, и при этом высота лопастей (18) соответствует высоте рамы (14b) статора, причем первая круговая кромка (26) образована первой поверхностью первой статорной пластины (14а), а вторая круговая кромка (27) образована первой поверхностью второй статорной пластины (14с).
4. Гидравлическое вращающее устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором внешняя поверхность (16) ротора (15) имеет высоту (H2), которая больше, чем высота (H1) между указанной первой круговой кромкой (26) и указанной второй круговой кромкой (27).
5. Гидравлическое вращающее устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере две камеры (19a) образованы между указанной внутренней круговой поверхностью (25) и промежуточной цилиндрической поверхностью (16) указанного ротора (15), причем указанные две камеры (19a) отделены друг от друга с обеих сторон неглубокими участками (19b), выполненными с возможностью радиального приема указанных лопастей (18) во втором измерении, существенно меньшем по сравнению с указанным первым измерением, но достаточном для того, чтобы лопасти могли выходить за пределы внешней поверхности (16) ротора.
6. Гидравлическое вращающее устройство по п.5, в котором каждый неглубокий участок (19b) проходит на такой же или больший угол, чем угол, образованный между двумя смежными лопастями (18), так что по меньшей мере одна лопасть (18) всегда размещена в каждом неглубоком участке.
