ГАЗОПРИВОД Российский патент 1994 года по МПК F01B3/02 

Изобретение относится к пневмоприводам и предназначено для преобразования энергии сжатой среды воздуха, пара или газа в механическую работу вращательного движения.

Известна поршневая машина, состоящая из вала с наклонным разборным диском, взаимодействующим с помощью шара и оси со штоком и поршнем цилиндра, преобразующая вращение вала в возвратно-поступательное движение поршней в цилиндре и обратно из возвратно-поступательного во вращательное движение.

Поршневая машина (авт. св. СССР N 1330343, кл. F 04 В 27/08, 1987) - прототип может работать только как компрессор, сжимать воздух-газ, но не способна работать как двигатель-мотор, т. е. превращать энергию сжатого воздуха-газа или пара в механическую работу вращательного действия. Кроме того, шар качения в кольцевой канавке при повышенных нагрузках из-за высокого удельного давления на поверхность кольцевой канавки имеет повышенный износ и снижает срок работы - надежность.

Целью изобретения является максимальное извлечение полезной вращающей работы при разных давлениях сжатой среды и повышение надежности устройства.

Для этого в поршневой машине, содержащей цилиндры, расположенные по окружности, в которых размещены поршни, попарно соединенные штоками, взаимодействующие посредством шара на оси с торообразной наклонной канавкой на валу, подвижные заслонки с серповидными каналами на разном удалении от центра, совпадающие с впускными и выпускными отверстиями в крышках цилиндров при вращении вала, причем впускные каналы выполняются по дуге при разных давлениях сжатой среды, в отношении как половина окружности к коэффициенту давления. Надежность в работе устройства достигается снижением удельного давления шара на поверхность кольцевой канавки. Для этого шары качения установлены на рожках вилки, подвижно посаженной в штоке. Это обеспечивает равномерное распределение нагрузки штока на шары.

Прокладки из фольги, проложенной между плоскостями крышки цилиндров, упрощает выдержку зазора скользящих поверхностей заслонки, обеспечивают устойчивую работу устройства при высокой температуре сжатой среды.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что при разном давлении сжатой среды длина дуги впускного серповидного канала определяется отношением половины окружности к коэффициенту давления и выражается математической формулой l= , а также тем, что с целью повышения надежности шары качения в торообразной канавке взаимодействуют со штоком посредством подвижной вилки с рожками.

Таким образом изобретение соответствует критерию "Новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 показан газопровод, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - график работы поршня на расширение сжатой среды при давлении в шесть атмосфер; на фиг. 6 - график работы поршня на расширение сжатой среды при давлении в четыре атмосферы.

Газопривод содержит корпус 1, в котором установлен вал 2. На валу жестко-наклонно закреплен разъемный диск 3 с кольцевой канавкой 4. В корпусе 1 по окружности размещены цилиндры 5, в которых перемещаются поршни 6, попарно соединенные штоками 7. На штоке 7 подвижно установлена вилка 8. Вилка 8 имеет рожки 9, на которые надеты шары 10, способные катиться по кольцевой канавке 4 разъемного диска 3. По торцам цилиндры 5 закрыты разъемной крышкой 11, а между разъемом проложена прокладка 12 из фольги, необходимая для регулировки зазора подвижной заслонки 13, закрепленной на продолжении вала 2. На одной половине плоскости заслонки 13 выполнен впускной серповидный канал 14 с меньшим радиусом, а на другой половине плоскости - выпускной серповидный канал 15 с большим радиусом. На разъемных крышках 11 над каждым цилиндром 5 выполнены сквозные отверстия 16, совпадающие с впускным серповидным каналом 14, а сквозные отверстия 17 совпадают с выпускным серповидным каналом 15. Для подвода сжатой среды - газа, пара, воздуха впускные отверстия 16 соединены с трубопроводом 18, который перекрывается краном 19. Корпус 1 скреплен винтами 20, а подвижные части закрыты кожухом 21.

Газопривод работает следующим образом.

При открытом кране 19 сжатая среда по трубопроводу 18, сквозные отверстия 16 в разъемных кранах 11, через серповидный канал 14 в заслонке 13 поступает в один из цилиндров 5 газопривода, например, над поршнем 6 справа от вала 2. В это же время емкость под поршнем 6 в цилиндре 5 посредством сквозного отверстия 17 в крышках 11 и выпускного серповидного канала 15 соединяется с атмосферой. Сжатая среда давит на поршень 6 и передает усилие на шток 7, вилку 8, рожки 9 и шары 10. Далее усилие передается на кольцевую канавку 4 разъемного диска 3, закрепленного жестко на валу 2. Два противоположных поршня 6 на одном штоке 7 синхронно получают давление сжатой среды, один над поршнем 6, другой под поршнем 6, суммируя усилие на шток 7, поршни 6, смещенные на полоборота, например, слева и справа от вала 2, работают синхронного в противофазе, создавая пару сил вращения на кольцевую канавку 4 разъемного диска 3, т. е. вращают вал 2 газопривода. После расширения отработанная среда - воздух, пар, газ вытесняется ходом поршня 6 в атмосферу через сквозное отверстие 17 в крышке 11 и выпускной серповидный канал 15, который выполнен по дуге на 180^о, что соответствует ходу поршня 6 от верхней точки до нижней. Энергия сжатой среды максимально преобразуется в механическую работу вращательного движения вала 2 путем подачи воздуха, пара, газа в цилиндр 5 на определенный ход поршня 6, остальной ход до крайней точки происходит при расширении сжатой среды. Осуществляется такое распределение сжатой среды в цилиндры 5 путем выполнены впускного серповидного канала 14 определенной длины по дуге (см. фиг. 5 и 6. При разном давлении сжатой среды длина дуги впускного серповидного канала 14 определяется математической формулой
l= , где R - радиус от центра до осевой линии впускного серповидного канала;
П - постоянная величина 3, 14;
l - длина дуги впускного серповидного канала;
К - коэффициент давления K= ;
Р_макс - максимальное давление;
Р_атм - атмосферное давление, принимаемое за единицу.

Коэффициент давления - величина максимального давления сжатой среды к атмосферному давлению.

На фиг. 5 и 6 графически поясняется, каким должен быть в угловом измерении впускной серповидный канал 14 при разном давлении сжатой среды, а заштрихованная площадь показывает, какой положительный эффект получается при максимальном извлечении полезной работы из этой среды. Буквы на графике обозначают:
Р - давление сжатой среды (газа);
V - объем в цилиндре, зависящий от положения поршня;
l₁ - величина хода поршня при открытом впускном серповидном канале (угловая величина серповидного канала);
Е - ход поршня в цилиндре от верхней до нижней точки.

Верхний график показывает работу поршня при давлении сжатой среды в шесть атмосфер, а нижний - при четырех атмосферах.

Газопривод, в котором впускной серповидный канал выполнен по вышеприведенной математической формуле, повышает КПД в работе устройства, а шары качения в торообразной канавке, взаимодействующие со штоком посредством подвижной вилки, позволяют повысить надежность работы устройства при увеличенных нагрузках. (56) Авторское свидетельство СССР N 1330343, кл. F 04 B 27/06, 1987.

Использование: в машиностроении при проектировании пневмоприводов, т. е. для преобразования энергии сжатой среды (воздуха, пара или газа) в механическую работу вращательного движения. Сущность изобретения: газопривод содержит корпус 1, в котором установлен вал 2 с наклонным разъемным диском 3 с кольцевой канавкой 4. В цилиндрах 5, размещенных в корпусе 1 по окружности, расположены поршни 6, попарно соединенные штоками 7. В заслонках 13 выполнены серповидные впускные и выпускные каналы 14, 15, совмещаемые при вращении вала 2 с отверстиями 16, 17 в крышках цилиндров 5. Длина дуги каждого впускного серповидного канала 14 определяется отношением l=π×R/K, где l - длина дуги; R - радиус осевой окружности впускного серповидного канала; K - коэффициент давления. Шары 10 связаны со штоком 7 посредством рожков 9 подвижной вилки 8. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. ГАЗОПРИВОД, содержащий корпус, цилиндры с крышками, расположенные по окружности, размещенные в цилиндрах поршни, попарно соединенные штоками с возможностью взаимодействия посредством шаров с торообразной канавкой наклонного разъемного диска, установленного на валу, и установленные на продолжениях вала заслонки с серповидными впускными и выпускными каналами, выполненными с возможностью совмещения при вращении вала с соответствующими отверстиями в крышках цилиндров, отличающийся тем, что длина дуги каждого впускного серповидного канала определяется отношением половины длины его осевой окружности к коэффициенту давления и выражается математической формулой
l=
где l - длина дуги;
K - коэффициент давления;
R - радиус осевой окружности. 2. Газопривод по п. 1, отличающийся тем, что на штоках установлены подвижные вилки с рожками, на которых закреплены шары.