КРИВОШИПНЫЙ МЕХАНИЗМ ОБРАТИМОЙ МАШИНЫ Российский патент 1997 года по МПК F01B7/20 F16H21/18 

Изобретение относится к конструкции обратимых гидромашин объемного вытеснения, а именно к кривошипному механизму гидромоторов и насосов.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является обратимая гидромашина, содержащая корпус с установочными участками, связанный с ним блок цилиндров, включающий поршни и рабочие камеры, радиально установленные в блоке, вал, вращающий блок цилиндров, и поршни, связанные с установочными поверхностями, систему каналов для подачи и отвода рабочего тела в рабочие камеры. Недостатком обратимой гидромашины, принятой за прототип, является ее сложность, большая масса и габариты, обусловленные радиальным размещением рабочих камер в блоке и наличием установочной поверхности сложной конфигурации.

Решаемой технической задачей является создание компактного устройства обратимого действия.

Технический результат заключается в уменьшении массы, упрощении конструкции и технологии изготовления.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Кривошипный механизм обратимого двигателя, как и в прототипе, содержит корпус с установочными участками, взаимодействующий с ними блок цилиндров, включающий две рабочие камеры и поршень, вал, связанный с поршнем, и систему каналов для подвода к рабочим камерам и отвода из них рабочего тела, но в отличие от прототипа, корпус образован двумя крышками и выполненной на одной из крышек прямоугольной рамкой, установочные участки выполнены на обращенных друг к другу параллельных поверхностях крышек, рабочие камеры образованы указанными установочными участками указанной прямоугольной рамкой и внутренней рамкой, размещенной в рамке корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения по двум параллельным направляющим с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей, поршень установлен во внутренней рамке с возможностью возвратно-поступательного перемещения по двум параллельным направляющим с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей, пары направляющих рамок взаимоперпендикулярны и образованы сторонами соответствующих рамок, вал выполнен с кривошипом, в поршне и в одной из крышек корпуса соответственно выполнены отверстия с параллельными осями, совпадающими с осями вала и кривошипа, в отверстии корпуса размещен вал, в отверстии поршня кривошип, а система каналов содержит два отверстия в валу, золотник, содержащий две полости, разделенные перегородкой, соединенные с соответствующими отверстиями вала, установленный в кривошипе, четыре отверстия в поршне, попарно соединенных с надпоршневой и подпоршневой полостями рабочей камеры внутренней рамки, и с надпоршневой и подпоршневой полостями рабочей камеры корпуса рамки через окна, в сторонах внутренней рамки, содержащих направляющие для поршня.

Золотник, образованный в кривошипе, предлагается выполнять в виде двух сегментных проточек, разделенных перегородкой, толщина которой в зоне сопряжения с поршнем меньше ширины отверстий в поршне, а длина каждого из окон в стенках внутренней рамки соответствует удвоенному расстоянию между осями вала и кривошипа.

Устройство также характеризуется тем, что сумма длин надпоршневой и подпоршневой полостей рабочих камер рамки корпуса и внешней рамки равны между собой и равны или превышают удвоенное расстояние между осями вала и кривошипа, а расстояние между параллельными направляющими в рабочих камерах рамки корпуса и внутренней рамки равны между собой.

Приведенные признаки являются взаимосвязанными между собой и существенными для решения поставленной задачи и достижения технического результата.

Выполнение кривошипного механизма обратимой машины с корпусом, образованным рамкой и двумя крышками, с установочными участками, выполненными на обращенных друг к другу параллельных поверхностях крышек, рабочими камерами, образованными указанными установочными участками и двумя прямоугольными рамками, одна из которых размещена в другой, обеспечивает компактность устройства.

Закрепление рамки корпуса на одной из крышек, а внутренней рамки, установленной во внешней с возможностью возвратно-поступательного перемещения по двум параллельным направляющим, сформированным сторонами корпуса рамки и поршня, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющим, сформированным сторонами внутренней рамки, в направлении, перпендикулярном направлению перемещения внутренней рамки, выполнение в одной из крышек корпуса и в поршне отверстий, оси которых параллельны и совпадают с осями вала и кривошипа, размещение в корпусе вала, а в отверстии поршня кривошипа, соединенного с валом, обеспечивает создание кривошипного механизма, обеспечивающего перемещение во взаимно-перпендикулярных направлениях поршня и внутренней рамки в рабочих камерах, простоту конструкции, а при выполнении рамок и поршня прямоугольной формы обеспечивается технологичность изготовления кривошипного механизма обратимой гидромашины.

Наличие системы каналов в виде двух отверстий в валу золотника, содержащего две полости, разделенные перегородкой и соединенные с соответствующими отверстиями в вале, четырех отверстий в поршне, два из которых сообщены с надпоршневой и поршневой полостями, внутренней рабочей камеры, а два других сообщены с надпоршневой и подпоршневой полостями рабочей камеры корпуса рамки через окна в сторонах внутренней рамки, оснащенных параллельными направляющими для поршня, обуславливает функционирование устройства как обратимой машины. При подаче рабочего тела в одно из отверстий вала обеспечивается поступление рабочего тела под давлением в две полости рабочих камер, создание двумя перпендикулярными силами крутящего момента на валу и отвод рабочего тела после поворота вала с кривошипом, что обусловливает работу устройства как пневмо-гидромотора. При приложении крутящего момента к валу обеспечивается работа устройства как насоса, всасывающего рабочее тело через одно из отверстий в валу и вытесняющего через другое отверстие в валу.

Размещение одной рамки в другой и выполнение устройства указанным выше способом обеспечивает компактность кривошипного механизма и, следовательно, обратимой машины, придает ей простоту конструкции, технологичность и создает условия для уменьшения массы устройства в целом.

Выполнение золотника в виде двух сегментных проточек, разделенных перегородкой, толщина которой в зоне сопряжения с поршнем меньше ширины каналов в корпусе, а длины окон в сторонах внутренней рамки, соответствующей удвоенному расстоянию между осями вала и кривошипа, обеспечивает поступление и отвод рабочего тела сразу в две поршневые полости по одной каждой рабочей камере.

При этом возникают две перпендикулярные силы, действующие на кривошип, что исключает "мертвые точки" и способствует уменьшению массы вследствие отсутствия необходимости в маховике на валу.

Выполнение суммы длин надпоршневой и подпоршневой полостей и обеих камер равными (равенство рабочих ходов) и превышающими или равными удвоенному расстоянию между осями вала и кривошипа обеспечивает "мягкую", безударную работу кривошипного механизма, а равенство расстояний между параллельными направляющими в рамке корпуса и внутренней рамке обеспечивает равенство сил, создаваемых рабочим телом, на поршне рабочих камер, что способствует равномерному вращению вала обратимой гидромашины.

На фиг. 1 показан горизонтальный разрез кривошипного механизма обратимой машины; на фиг. 2 показан разрез 1-1 на фиг. 1; на фиг. 3 представлена схема движения рабочего тела в обратимой машине.

Кривошипный механизм обратимой машины устроен следующим образом.

Кривошипный механизм обратимой машины содержит корпус, блок цилиндров, кривошипный вал и систему каналов, обеспечивающих подачу к блоку цилиндров и отвод от него рабочего тела.

В предпочтительном варианте выполнения корпус содержит две крышки 1, 2, в которых обращенные друг к другу поверхности имеют установочные участки в виде параллельных поверхностей (на фиг. не обозначены). В одной из крышек, например, в крышке 1 корпуса имеется отверстие 3 для прохождения вала 4 кривошипного вала. Установочному участку одной из крышек, например, в крышке 1, прикреплена рамка корпуса 5, внутри которой имеется рабочая камера 6. Крышки 1, 2 соединены между собой, например, болтовым соединением 7, и рамка 5 образует корпус кривошипного механизма обратимой машины. Корпус прикреплен к опоре (на фиг. не показано).

Блок цилиндров содержит рамку корпуса 5, внутри которой имеется рабочая камера 6 с размещенной в ней внутренней рамкой 8, внутри которой имеется рабочая камера 9 с размещенным в ней поршнем 10, сопряженным с кривошипом 11, установленным в отверстии в поршне 10. Кривошип 11 соединен с валом 4, образуя кривошипный вал. Внутренняя рамка 8 совершает возвратно-поступательные перемещения по двум параллельным направляющим 12, сформированным на двух сторонах (стенках) рамки корпуса 6. Поршень 10 совершает возвратно-поступательные перемещения по двум параллельным направляющим 13, сформированным во внутренней рамке 8. Пара направляющих 12 перпендикулярна паре направляющих 13, а рамки 5, 8 и поршень 10 имеют прямоугольную форму. Между направляющими 12, 13 и перемещающимися вдоль них внутренней рамкой 8 и поршнем 10 имеются уплотнения (на фиг. не показаны).

Система каналов содержит отверстия 14, 15 в валу 4, золотник, установленный в кривошипе 11, содержащий полости 16, 17, разделенные перегородкой 18 и соединенные с соответствующими каналами 14, 15, сквозные отверстия 19-22, в стенках поршня 10 и окна 23, 24 в стенках 25, 26 внутренней рамки 8, перпендикулярных направляющих 12 в рамке корпуса 5. Золотник целесообразно выполнять путем образования сегментных проточек, разделяющих перегородкой кривошип, соединенных с соответствующими отверстиями 14, 15 вала 4.

Внутренняя рамка 8 является поршнем по отношению к рабочей камере 6 рамки корпуса 5 и образует в рабочей камере надпоршневую и подпоршневую полости I, III. В рабочей камере 9 внутренней рамки 8 поршнем 10 образованы надпоршневая и подпоршневая полости II, IV.

В предпочтительном варианте исполнения кривошипного механизма обратимой машины сумма длин полостей I, III равна сумме длин полостей II, IV (или рабочий ход внутренней рамки 5 в рабочей камере 6 внешней рамки 5 равен рабочему ходу поршня 10 в рабочей камере 9 внутренней рамки 8). И каждая из сумм равна или превышает двойное расстояние между осями 27 кривошипа и 28 вала (или осью 27 отверстия в поршне 10 и осью 28 отверстия 3 в корпусе, а именно в крышке), а длина сторон (стенок) 25, 26 внутренней рамки расстояние между параллельными направляющими 12 равна длине сторон (стенок) поршня 10 (расстояние между параллельными направляющими 13).

Кривошипный механизм в режиме двигателя работает следующим образом.

Из источника (на фиг. не показан) подается рабочее тело в одно из отверстий в валу 4, например, в отверстие 15, поступает в полость 17 золотника, размещенного в кривошипе 11. При положении перегородки 18 золотника, показанном на фиг. 1, 3, рабочее тело через отверстие 22 поступает в надпоршневую полость 1 рабочей камеры 9 внутренней рамки 8, и через отверстие 21 и окно 24 в надпоршневую полость II рабочей камеры 6 рамки корпуса 5. Поступившее рабочее тело в полости I, II создает силу давления на стенки поршня 10 и стороны 25, 26 внутренней рамки 8 и перемещает поршень 10 и внутреннюю рамку 8 вдоль направляющих 13 и 12, перемещая кривошип 11 и вращая вал 4 и кривошип 11. При повороте кривошипа 11 поворачивается перегородка 18, и после поворота на 90^o отверстие 21 перекрывается, а отверстие 22 остается открытым, а отверстие 19 в поршне 10 открывается. При этом рабочее тело поступает в полости I, IY, а из полостей III, II вытесняется через полость 16 и отверстие 14 в валу. При перемещении поршня 10 и внутренней рамки 8 на валу 4 создается крутящий момент, который затем передается на рабочий орган (на фиг. не показано).

При работе кривошипного механизма в режиме работы насоса одним из отверстий, например, 15 в валу 4 соединен с емкостью с рабочим телом, и при приложении крутящего момента к валу 4 перемещаются внутренняя рамка 8 и поршень 10, создавая разрежение в полостях I и II (фиг. 3) и подсасывая в них рабочее тело. При этом из полостей IV и III вытесняется "откаченное" рабочее тело через полость 16 и отверстие 14 в валу 4, обеспечивая работу обратимой машины как насоса.

В качестве рабочего тела могут использоваться как жидкости, так и газы, либо их смесь. При этом обратимая машина является гидро- или пневмодвигателем или насосом.

Использование: машиностроение, а именно в конструкциях кривошипных механизмов обратимых машин. Сущность изобретения: кривошипный механизм обратимой машины содержит блок цилиндров, выполненный в виде двух прямоугольных рамок, одна из которых размещена в другой. Рамка корпуса, соединенная с двумя крышками, образует корпус устройства. Внутренняя рамка перемещается по направляющим внутри рамки корпуса, образуя в рабочей камере полости. Внутри рамки перемещается по направляющей поршень, образуя в рабочей камере полости. Поршень имеет отверстие, в котором размещен кривошип. Крышка также выполнена с отверстием, в котором размещен вал. В валу выполнены отверстия, в кривошипе - золотник с полостями, разделенными перегородкой, а в поршне - отверстия. При подаче рабочего тела под давлением устройство работает в режиме пневмо-гидромотора, при вращении вала - в режиме насоса. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Кривошипный механизм обратимой машины, содержащий корпус с установочными участками, размещенный на них блок цилиндров, включающий две рабочие камеры и поршень, вал, связанный с поршнем, и систему каналов для подачи и отвода рабочего тела в рабочие камеры, отличающийся тем, что корпус образован двумя крышками и прямоугольной рамкой, выполненной на одной из крышек, установочные участки выполнены на обращенных друг к другу параллельных поверхностях крышек, рабочие камеры образованы указанными установочными участками, прямоугольной рамкой и внутренней прямоугольной рамкой, установленной в первой с возможностью возвратно-поступательного перемещения по двум параллельным направляющим, с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей, поршень установлен во внутренней рамке с возможностью возвратно-поступательного перемещения по двум параллельным направляющим, с образованием надпорншневой и поршневой полостей, пары направляющих рамок взаимно перпендикулярны и сформированы сторонами последних, вал выполнен с кривошипом, в поршне и в одной из крышек корпуса соответственно выполнены отверстия с параллельными осями, совпадающими с осями вала и кривошипа, в отверстии корпуса размещен вал, в отверстии поршня размещен кривошип, а система каналов выполнена в виде отверстий в зале, золотника, выполненного в теле кривошипа и имеющего полости, сообщенные с соответствующими отверстиями вала, четырех отверстий в поршне, попарно сообщенных соответственно с надпоршневой и подпоршневой полостями рабочей камеры во внутренней рамке и с надпоршневой и подпоршневой полостями с рабочей камерой в рамке корпуса через соответствующие окна, выполненные на противоположных сторонах внутренней рамки, на которых сформированы направляющие для поршня. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что золотник образован двумя сегментными проточками, расположенными с противоположных сторон кривошипа, разделенных перегородкой, толщина которой меньше ширины отверстий в поршне, а длина окон в стенках внутренней рамки соответствует удвоенному расстоянию между осями вала и кривошипа. 3. Механизм по пп.1 и 2, отличающийся тем, что сумма длин надпоршневой и подпоршневой полостей рабочей камеры рамки корпуса равна соответствующей сумме длин рабочей камеры внутренней рамки и равна или превышает двойное расстояние между осями вала и кривошипа, а расстояние между параллельными направляющими рабочих камер равно между собой.