СИЛЬФОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ КОСТИКОВА Российский патент 1997 года по МПК F15B15/10 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к пневматическим исполнительным механизмам. Известен пневматический двигатель SU N 1634851, кл. F 15 B 15/10, содержащий станину, закрепленные на ней шарнирно качающие рабочие органы, снабжен распределителем золотникового типа. Недостатком прототипа является невозможное преобразование энергии избыточного давления рабочего тела в возвратно-поступательное движение без конструктивного элемента с вращательным движением.

Технической задачей, решаемой изобретением, является преобразование сильфонным двигателем энергии избыточного давления рабочего тела в возвратно-поступательное движение без конструктивного элемента с вращательным движением и с меньшим количеством рабочих органов. Расширение эксплуатационных возможностей за счет увеличения длины рабочего хода рабочих органов сильфонного двигателя при меньшем увеличении занимаемого им площади и объема. Переключение клапанов впуска и выпуска за счет энергии предварительно сжатой пружины и энергии избыточного давления рабочего тела с применением конструктивных элементов синхронизации клапана впуска и выпуска. Доступность и простота и изготовления сильфонного двигателя.

На корпусе сильфонного двигателя установлены рабочие органы, связанные с устройством переключения. На корпусе установлены направляющие стойки, между которыми выполнены углубления, в которых установлены рабочие органы, выполненные в виде сильфонов. Днища рабочих органов объединены между собой посредством тяг днища и качающимся коромыслом, шарнирно соединенным с тягами днища и корпусом двигателя. Открытые части рабочих органов объединены трубопроводом, в котором расположены соответствующие рабочим органам блоки клапанов. Между рабочими органами, симметрично им, на корпусе установлены дополнительные стойки, на которых закреплено устройство переключения рабочих органов, выполненное в виде двух толкателей, шарнирно связанных между собой промежуточной тягой и соответствующими дополнительными качалками толкателей. По краям промежуточной тяги расположены пружины сжатия с фигурными шайбами, На каждой дополнительной стойке расположены по одной основной качалке, шарнирно соединенные тягой пружин сжатия, в средней части которой расположен рычаг пружин сжатия и направленный своим внешним концом в сторону промежуточной тяги.

Дополнительно на каждой дополнительной стойке расположены попарно, на одной оси рычагов-фиксаторов и параллельно друг другу, рычаг-фиксатор общей оси складывающихся звеньев и рычаг-фиксатор пружин сжатия.

Толкатели состоят из складывающихся и нескладывающихся звеньев, шарнирно соединенных между собой. Крайнее складывающееся звено внешним концом шарнирно присоединено к соответствующей дополнительной стойке, а нескладывающееся звено шарнирно прикреплено дополнительными качалками толкателя к соответствующей дополнительной стойке. Складывающиеся звенья и концы промежуточной тяги объединены общей осью. Каждый блок клапанов содержит клапан выпуска и впуска, которые расположены на одной оси и соединены между собой упругим элементом в виде пружин сжатия клапанов. Во внутренней полости пружины сжатия клапанов находится стержень-синхронизатор клапанов. На каждой дополнительной качалке толкателя, расположенной над соответствующим клапаном выпуска блока клапанов, размещен регулируемый винт-толкатель дополнительной качалки. Тяга пружин сжатия расположена параллельно промежуточной тяге. На каждой дополнительной стойке установлен регулируемый упор складывающихся звеньев.

Трубопровод имеет каналы, каждый из которых объединен с рабочим органом и блоком клапанов соответственно. Между передним плечом рычага-фиксатора общей оси складывающихся звеньев, передним плечом рычага-фиксатора пружин сжатия и соответствующей дополнительной стойкой установлено по одной пружине растяжения.

К каждой дополнительной стойке жестко прикреплен ограничитель хода хвостовых плеч рычага-фиксатора общей оси складывающегося звена и рычага-фиксатора пружин сжатия. На каждой направляющей стойке расположены по меньшей мере по два ползуна, жестко соединенных с днищем и боковой внешней частью соответствующего рабочего органа.

На каждом ползуне днища рабочего органа, расположенного со стороны рычага-фиксатора общей оси складывающихся звеньев и рычага-фиксатора пружин сжатия, установлен рычаг переключения, на концах которого расположены регулируемые винты рычага переключения.

На фиг. 1 изображен сильфонный двигатель; на фиг. 2 часть схемы устройства переключения рабочих органов; на фиг. 3 блок клапанов (подача рабочего тела в один рабочий орган); на фиг. 4 блок клапанов (выпуск рабочего тела из рабочего органа наружу); на фиг. 5 устройство переключения рабочих органов в начале первого цикла работы сильфонного двигателя; на фиг. 6 устройство переключения рабочих органов в начале второго цикла работы сильфонного двигателя.

Сильфонный двигатель содержит корпус 1, установленный на нем рабочими органами 2, 3, связанными с устройством переключения 4 рабочих органов, направляющие стойки 5, 6, 7, 8 между которыми выполнены углубления 9, 10 в которых установлены рабочие органы, выполненные в виде сильфонов.

Днища 11, 12 рабочих органов объединены между собой посредством тяг днища 13, 14 и качающимся коромыслом 15, шарнирно соединенным с тягами днища и корпусом двигателя. Открытые части рабочих органов объединены трубопроводом 16, в котором расположены соответствующие рабочим органам блоки клапанов 17, 18.

Между рабочими органами, симметрично им, на корпусе установлены дополнительные стойки 19, 20, на которых закреплено устройство переключения рабочих органов, выполненное в виде двух толкателей 21, 22, шарнирно связанных между собой промежуточной тягой 23 и соответствующими дополнительными качалками толкателей 24, 25, 26, 27. По краям промежуточной тяги расположены пружины сжатия 28, 29 с фигурными шайбами 30, 31.

На каждой дополнительной стойке расположено по одной основной качалке 32, 33, шарнирно соединенной тягой пружин сжатия 34, в средней части которой расположен рычаг пружин сжатия 35 и направленный своим внешним концом в сторону промежуточной тяги. Толкатель состоит из складывающихся 36, 37 и нескладывающихся 38, 39 звеньев, шарнирно соединенных между собой. Каждое складывающееся звено внешним концом шарнирно присоединено к соответствующей дополнительной стойке, а нескладывающееся звено шарнирно прикреплено дополнительными качалками толкателя к соответствующей дополнительной стойке. Складывающиеся звенья и концы промежуточной тяги объединены общей осью 40, 41.

Дополнительно на каждой дополнительной стойке расположены попарно, на одной оси рычагов-фиксаторов 42, 43 и параллельно друг другу, рычаг-фиксатор общей оси складывающихся звеньев 44, 45 и рычаг-фиксатор пружин сжатия 46, 47, причем рычаг-фиксатор общей оси складывающихся звеньев предназначен для возможности фиксации общей оси складывающихся звеньев в их выпрямленном положении, а рычаг-фиксатор пружин сжатия предназначен для возможности фиксации пружин сжатия в ее сжатом состоянии.

Каждый блок клапанов содержит клапан выпуска 48, 49 и впуска 50, 51, расположенные на одной оси и соединенные между собой упругим элементом 52, 53 в виде пружин сжатия клапанов. Во внутренней полости пружин сжатия клапанов находится стержень синхронизатор клапанов 54, 55. На каждой дополнительной качалке толкателя, расположенной над соответствующим клапаном выпуска блока клапанов, размещен регулируемый винт-толкатель дополнительной качалки 56, 57. Тяга пружин сжатия расположена параллельно промежуточной тяге.

Для предотвращения ухода складывающихся звеньев толкателя за пределы выпрямительного положения, на каждой дополнительной стойке установлен регулируемый упор складывающихся звеньев 58, 59.

Трубопровод имеет каналы 60, 61, каждый из которых объединен с рабочим органом и блоком клапанов соответственно. Для удержания каждой качалки-фиксатора в рабочем положении между передним плечом рычага-фиксатора общей оси складывающихся звеньев, передним плечом рычага-фиксатора пружин сжатия и соответствующей дополнительной стойкой установлены по одной пружине растяжения 63, 63, 64, 65. Для предотвращения ухода переднего плеча рычага-фиксатора общей оси складывающихся звеньев и переднего плеча рычага-фиксатора пружин сжатия за пределы рабочего положения на каждой дополнительной стойке жестко прикреплен ограничитель хода хвостовых плеч 66, 67 рычага-фиксатора общей оси складывающегося звена и рычага фиксатора пружин сжатия. На каждой направляющей стойке расположены по меньшей мере по два ползуна 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, жестко соединенные с днищем и боковой внешней частью соответствующего рабочего органа. На каждом ползуне днища рабочего органа, расположенного со стороны рычага-фиксатора общей оси складывающихся звеньев и рычага-фиксатора пружин сжатия, установлен рычаг переключения 76, 77, на концах которого расположены регулируемые винты рычага переключения 78, 79, 80, 81. Регулируемые винты рычага переключения находятся на линии, позволяющей вступать в механический контакт с плечом общей качалки и хвостовыми плечами рычага-фиксатора общей оси складывающихся звеньев, рычага-фиксатора пружины сжатия в период первого и второго цикла работы двигателя. Оба рычага-фиксатора пружины сжатия находятся на одной линии с обеими пружинами сжатия.

Длина толкателей и промежуточной тяги подобраны такими, чтобы на одном конце промежуточной тяги толкатель с выпрямленными складывающимися звеньями позволял полностью открыть клапан выпуска, а на другом конце промежуточной тяги толкатель, находясь со складывающимися звеньями в невыпрямленном положении, позволял другому клапану выпуска полностью закрыться. Конец рычага пружин сжатия находится между пружинами сжатия и фигурных шайб на одной линии с ними.

Тяговые усилия двигателя снимаются с узлов крепления 82, 83, качающегося коромысла. Избыточное давление рабочего тела подается в трубопровод через поворотный запорный вентиль 84.

В качестве рабочего тела можно использовать энергию сжатого газа, пара или жидкой среды.

Сильфонный двигатель работает следующим образом.

Начало первого цикла работы двигателя.

Количество рабочего тела подаваемого к клапанам выпуска 50, 51 регулируется поворотным запорным вентилем 84. Рабочее тело с избыточным давлением из трубопровода 16 через поворотный запорный вентиль 84, клапан впуска 51 и канал 61 входит в полость рабочего органа 3. В период наполнения рабочего органа 3 рабочим телом днище рабочего органа 12 вместе с тягой днища 14 начинает перемещаться из крайнего "нижнего" положения в крайнее "верхнее" положение рабочего хода S₁. Синхронно с ним при помощи качающегося коромысла 15 и его тяг 13, 14 днище рабочего органа 11 перемещается из "верхнего" крайнего положения в крайнее "нижнее" положение, вытесняя рабочее тело на полости рабочего органа 2, через канал 60 и клапан выпуска 48 наружу, делая тем самым холостой ход S₂.

При приближении днища рабочего органа 3 к крайнему "верхнему" положению рычаг переключения 77, при помощи регулировочного винта рычага переключения 80 перемещает основную качалку 33 по ходу движения рабочего органа 3, при этом рычаг пружины сжатия 35, тяги пружины сжатия 34, перемещает вместе с фигурной шайбой 31 пружину сжатия 29 на сжатие. При этом в конце сжатия пружины сжатия 29, рычаг-фиксатор пружины сжатия 47 фиксирует эту пружину от разжатия в период ухода рычага пружины сжатия 35 в сторону пружины сжатия 28. Максимальное сжатие пружины сжатия 29 приходится на конец рабочего хода S₁, рабочего органа 3.

К концу сжатия пружины сжатия 29, т.е. к концу холостого хода S₂, рабочего органа 2, регулируемый винт рычага переключения 79 нажимает одновременно на хвостовые плечи рычага-фиксатора общей оси складывающихся звеньев 44 и рычага-фиксатора пружины сжатия 46.

Расфиксация пружины сжатия 28 и общей оси 40 происходит полностью при достижении рабочего органа 2 крайнего "нижнего" положения, т.е. в конце холостого хода S₂. В результате расфиксации пружины сжатия 28 и общей оси 40, сжатая пружина сжатия 29, относительно переднего плеча рычага-фиксатора пружины сжатия 47, расжимаясь, давит противоположным своим концом на складывающееся звено 37. Складывающееся звено 37 в результате давления на него со стороны пружины сжатия 29 возвращается до регулируемого упора 59, смещаясь на расстояние S₃, занимая тем самым выпрямленное положение, удлиняя толкатель 22 на величину ΔS₄ и одновременно фиксируя свою общую ось 41 в этом положении передним плечом рычага-фиксатора общей оси складывающихся звеньев 45, и одновременно перемещая вместе с собой промежуточную тягу 23 и противоположное складывающееся звено 36 на расстояние S₅.

В результате смены положения складывающихся звеньев 36, 37 (фиг. 5, фиг. 6)толкатель 22, удлиняясь на величину ΔS₄, открывает клапан выпуска 49, фиг. 3, а толкатель21, укорачиваясь на величину ΔS₆ выходит из рабочего контакта с клапаном выпуска 48 (фиг. 4). После чего, за счет воздействия избыточного давления рабочего тела на клапан впуска 50, он открывается и, одновременно воздействуя на пружину сжатия клапанов 52 и стержень-синхронизатор клапанов 54, закрывает клапан выпуска 48 (фиг. 4). Произошло переключение клапанов выпуска 48, 49 и клапанов впуска 50, 51 клапанов 17, 18.

Конец первого цикла работы двигателя.

Начало второго цикла работы двигателя.

В результате переключения клапанов выпуска 48, 49 и клапанов впуска 50, 51, рабочее тело за счет избыточного давления в трубопроводе 16 поступает через канал 60 в полость рабочего органа 2. После входа рабочего тела с избыточным давлением в полость рабочего органа 2 днище рабочего органа 11 вместе с тягой днища 13 начинает перемещаться из крайнего "нижнего" положения в крайнее "верхнее" положение, делая таким образом рабочий ход S₂. Синхронно с ним, через качающееся коромысло 15 и его тяги днища 13, 14, днище рабочего органа 12 перемещается из крайнего "верхнего" положения в крайнее "нижнее" положение, вытесняя рабочее тело из полости рабочего органа 3, через канал 61 и открытый клапан выпуска 49 наружу, делая таким образом холостой ход S₁.

При приближении днища рабочего органа 11 к крайнему "верхнему" положению рычаг переключения 76 при помощи регулируемого винта рычага переключения 78 перемещает основную качалку 32 по ходу движения рабочего органа 2, при этом рычаг пружины сжатия 35 вместе с тягой пружины сжатия 34 перемещает пружину сжатия 28 с фигурной шайбой 30 на сжатие. При этом в конце сжатия пружины сжатия 28, рычаг-фиксатор пружины сжатия 46 фиксирует эту пружину от растяжения в период ухода рычага пружины сжатия 35 в сторону пружины сжатия 29. Максимальное сжатие пружины сжатия 28 приходится на конец рабочего хода S₂ рабочего органа.

К концу сжатия пружины сжатия 28, т.е. к концу холостого хода S₁, рабочего органа 3, регулируемый винт рычага переключения 81 нажимает одновременно на хвостовые плечи рычага-фиксатора общей оси складывающихся звеньев 45 и рычага-фиксатора пружины сжатия 47. Расфиксация пружины сжатия 29 и общей оси 41 происходит полностью при достижении рабочим органом 3 крайнего "нижнего" положения, т.е. в конце холостого хода S₁.

В результате расфиксации пружины сжатия 29 и общей оси 41, сжатая пружина сжатия 28, относительно переднего плеча рычага-фиксатора пружины сжатия 46, расжимаясь давит противоположным своим концом на складывающиеся звенья 36. Складывающиеся звенья 36 в результате давления на них со стороны пружины сжатия 28 возвращаются до регулируемого упора 58, смещаясь на величину S₅, занимая тем самым выпрямленное положение, фиксируя свою общую ось 40 в этом положении рычагом-фиксатором общей оси складывающихся звеньев 44 и одновременно перемещая вместе с собой промежуточную тягу 23 и противоположное складывающееся звено 37 на величину S₃. В результате смены положения складывающихся звеньев 36, 37 (фиг. 5, 6), толкатель 21, удлиняясь на величину ΔS₆ отрывает клапан выпуска 48 (фиг. 4), а толкатель 22, укорачиваясь на величину ΔS₄ выходит из рабочего контакта с клапаном выпуска 49 (фиг. 3). После чего за счет избыточного давления рабочего тела на клапан впуска 51, он открывается, одновременно воздействуя через пружину сжатия клапанов 53 и стержень-синхронизатор клапанов 55, закрывает клапан выпуска 49 (фиг. 3). Проиcходит переключение клапанов выпуска 48, 49 и клапанов впуска 50, 51 блока клапанов 17, 18.

Конец второго цикла работы двигателя.

Величина рабочего хода S₁ и S₂ регулируется винтами рычага переключения 80, 81 и 78, 79 на величину ΔS₇ и ΔS₈ Величина открытия клапанов выпуска 48 и 49 регулируется регулируемым винтом-толкателем дополнительной качалки 56 и 57. Выпрямленное положение складывающихся звеньев 36 и 37 фиксируется при помощи регулируемых упоров складывающихся звеньев 58 и 59.

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к пневматическим исполнительным механизмам. Сущность изобретения заключается в том, что в сильфонном двигателе, содержащем корпус и рабочие органы, корпус снабжен направляющими стойками, в углублениях которых размещены рабочие органы, выполненные в виде сильфонов, к днищам которых и к боковым наружным поверхностям прикреплены ползуны, взаимодействующие с направляющими стойками. Днища сильфонов связаны между собой качающимся коромыслом шарнирно, а их открытые части через блоки клапанов сообщены с трубопроводом. Между рабочими органами симметрично им установлены дополнительные стойки, на которых закреплено устройство переключения рабочих органов, выполненное в виде двух толкателей, шарнирно связанных между собой промежуточной тягой и дополнительными качалками толкателей, при этом на каждой дополнительной стойке расположено по одной основной качалке, шарнирно соединенной тягой пружин сжатия, в средней части которой установлен рычаг пружин сжатия, направленный своим внешним концом в сторону промежуточной тяги. Кроме того, на дополнительных стойках размещены попарно на одной оси и параллельно друг другу рычаг-фиксатор общей оси складывающихся звеньев и рычаг-фиксатор пружин сжатия. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Сильфонный двигатель, содержащий корпус с установленными в нем рабочими органами, связанными с устройством переключения рабочих органов, отличающийся тем, что корпус снабжен направляющими стойками, между которыми выполнены углубления для размещения рабочих органов, которые выполнены в виде сильфонов, причем днища последних связаны между собой посредством тяг днища и качающегося коромысла, шарнирно соединенного с тягами днища и корпусом двигателя, а открытые части рабочих органов объединены трубопроводом, в котором установлены соответствующие рабочим органам блоки клапанов, между рабочими органами, симметрично им, установлены дополнительные стойки, на которых закреплено устройство переключения рабочих органов, выполненное в виде двух толкателей, шарнирно связанных между собой промежуточной тягой, и соответствующими дополнительными качалками толкателей, при этом на каждой дополнительной стойке размещены по одной основной качалке, шарнирно соединенной с тягой пружин сжатия, в средней части которой расположен рычаг пружин сжатия, направленный своим внешним концом в сторону промежуточной тяги, и установленные попарно на одной оси качалок фиксаторов параллельно друг другу рычаг-фиксатор общей оси складывающихся звеньев и рычаг-фиксатор пружины сжатия. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что толкатели содержат складывающиеся и нескладывающиеся звенья, шарнирно соединенные между собой, причем каждое складывающееся звено внешним концом шарнирно соединено с соответствующей дополнительной стойкой непосредственно, нескладывающееся звено шарнирно соединено с соответствующей дополнительной стойкой дополнительными качалками толкателя, а складывающиеся звенья и концы промежуточной тяги соединены между собой общей осью. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что каждый блок клапанов содержит клапаны выпуска и впуска, расположенные на одной оси и соединенные между собой упругим элементом, выполненным в виде пружины сжатия, внутри которой установлен стержень-синхронизатор клапанов. 4. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что на каждой дополнительной качалке, установленной над клапаном выпуска блока клапанов, размещен регулируемый винт-толкатель дополнительной качалки. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит тягу пружин сжатия, расположенную параллельно промежуточной тяге. 6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что по краям промежуточной тяги установлены пружины сжатия, снабженные фигурными шайбами. 7. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что на каждой дополнительной стойке установлен регулируемый упор складывающихся звеньев. 8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что трубопровод выполнен с каналами, каждый из которых сообщен с рабочим органом и блоком клапанов соответственно. 9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что между передним плечом рычага-фиксатора общей силы складывающихся звеньев, передним плечом рычага-фиксатора пружин сжатия и соответствующей дополнительной стойкой установлены по одной пружине растяжения. 10. Двигатель по пп.1 и 9, отличающийся тем, что к каждой дополнительной стойке жестко прикреплен ограничитель хода хвостовых плеч рычага-фиксатора общей оси складывающихся звеньев и рычага-фиксатора пружины сжатия. 11. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на каждой направляющей стойке установлены по меньшей мере два ползуна, жестко соединенные с днищем и боковой внешней частью соответствующего рабочего органа. 12. Двигатель по п.11, отличающийся тем, что на каждом ползуне днища рабочего органа, расположенного со стороны рычага-фиксатора общей оси складывающихся звеньев и рычага-фиксатора пружин сжатия, установлен рычаг переключения, на концах которого размещены регулируемые винты рычага переключения.