ПНЕВМОГИДРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК F03C5/02 F15B11/06 

Изобретение относится к пневмогидромашиностроению и может найти применение в приводах вращательного действия различных машин.

Известен пневмогидродвигатель, содержащий статор, в котором установлен эксцентриковый ротор и эластичные силовые элементы в виде камер, размещенных в зазоре между ротором и статором, и систему газораспределения. Эластичные силовые элементы известного пневмодвигателя, деформируясь под действием давления приводной среды, создают усилие, приводящее во вращение ротор. Недостатком данного пневмогидродвигателя является недостаточно высокий крутящийся момент.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является пневмогидродвигатель, содержащий рабочие камеры, соединенные соответственно с коленчатым валом и с корпусом через конические кольца, на которых через подшипники закреплены концы газораспределительных валов, кинематически связанных через шатуны с дополнительными коленчатыми валами, газораспределительные механизмы размещены в рабочих камерах и выполнены в виде роторов с канавками и статоров, причем в статорах выполнены отверстия, сообщенные с трубопроводами, в которых установлены краны переднего и заднего хода, управляемые педалями и соединенные с атмосферой через другой кран, управляемый педалью с возможностью отсоединения от атмосферы и через газовые редукторы, сообщаемые с баллонами пониженного давления, принятый за прототип.

Недостатками прототипа являются сложность конструкции и небольшие функциональные возможности.

Технической задачей является упрощение конструкции и увеличение функциональных возможностей пневмогидродвигателя.

Поставленная задача достигается тем, что пневмогидродвигатель, содержащий рабочие камеры, соединенные соответственно с коленчатым валом и с корпусами через конические кольца, на которых через подшипники закреплены концы газораспределительных валов, кинематически связанных через шатуны с дополнительными коленчатыми валами, газораспределительные механизмы размещены в рабочих камерах и выполнены в виде роторов с канавками и статоров, причем в статорах выполнены отверстия, сообщенные с трубопроводами, в которых установлены краны переднего и заднего хода, управляемые педалями и соединенные с атмосферой через другой кран, управляемый педалью с возможностью отсоединения от атмосферы и через газовые редукторы, сообщаемые с баллонами пониженного давления, выполнены в виде коленчатых роторов, через подшипники соединенных с корпусами, к которым с помощью труб закреплены статоры, от трубопроводов, идущих от кранов переднего и заднего хода, отходят ответвления в виде трубопроводов, в которых установлены запорные краны, а в трубопроводе, идущем от крана, управляемого педалью, вторым концом соединенным с атмосферой, установлен электромагнитный клапан, от которого отходит электрический провод, который через электрические выключатели, установленные на педалях, соединен с источником тока.

На фиг. 1 показан пневмогидродвигатель, в разрезе.

Он содержит корпус 1, закрепленный к жесткости (не показана), к которому приварено коническое кольцо 2, подшипники 3, внутренними обоймами надетые на коленчатые роторы 4, наружными обоймами через упоры 5, закрепленные к корпусу 1, канавки 6 на коленчатых роторах 4, статоры 7 (показаны в разрезе), охватывающие коленчатые роторы 4, статоры 7 имеют выходные отверстия (цифрой не указаны), трубы 8 подводят воздух к статорам 7, одновременно крепят их к корпусу 1, коленчатые роторы 4 через подшипники 9 и шатун 10, закреплены к торцевой стенке 11, рабочая камера 12 одной стороной надета на коническое кольцо 2, а другой стороной закреплена с торцом рабочей камеры 11, который через подшипники 13 соединен с коленчатым валом 14, на концы которого надеты подшипники 15, наружными обоймами соединенные с жесткостью (не показана), трубопроводы 16, 17, краны 18 и 19, управляемые педалями 20 и 21, трубопроводы сброса и подачи воздуха 22, кран 23, управляемый педалью 24, запорный кран 25, спаренные запорные краны 26 и 27, баллон пониженного давления 28, газовый редуктор 29, компрессор 30, управляемый мотором 31, перепускной клапан 32, который пропускает сжатый воздух в баллон высокого давления 33, не пропуская сжатый воздух обратно, газовый редуктор 34, датчики 35, показывающие давление в баллонах 28 и 33, ограничители давления сжатого воздуха 36, пневмогидродвигатель 37, управляемый генератором тока 38, от трубопровода 16 отходит трубопровод 39, в котором врезан запорный кран 40 и который вторым концом соединен с пневмогидродвигателем 41, от которого отходит трубопровод 42, вторым концом соединенный с трубопроводом 17, в котором врезан запорный кран 45 и который вторым концом соединен с трубопроводом 39, электромагнитный клапан 46.

На фиг. 2 показана схема управления пневмогидродвигателями, содержащая запорные краны 47 58, пневмогидродвигатели 59 63.

На фиг. 3 показан электропровод 64, идущий от источника тока, в котором установлены электрические выключатели 65 и 66 и который вторым концом соединен с электромагнитным клапаном 46.

Для того чтобы предлагаемый пневмогидродвигатель работал эффективно, необходимо единый коленчатый вал 14 соединить с четырьмя устройствами, показанными на фигуре таким образом, что если в одном устройстве будет начало впуска, в другом начало выпуска, в третьем пик впуска, в четвертом пик выпуска. Рабочая камера 12 может быть выполнена из резинокорда,или иного материала, обладающего прочностью и гибкостью. При максимальном удалении торца 11 от корпуса 1 рабочая камера 12 принимает форму, близкую к шаровидной. При сближении торца 11 с корпусом 1 рабочая камера 12 принимает форму выворачиваемого вовнутрь чулка.

Устройство работает следующим образом. При нажатии на педаль 20 сжатый воздух из баллона пониженного давления 28 через трубопровод 16, кран 18 и трубу 8 поступает в рабочую камеру 12, через канавку 6 на коленчатом роторе 4, которая в этот момент совмещена с отверстиями в статоре 7 (отверстия на статорах 7 невидимы, так как расположены на заднем плане, передний план статора 7 показан в разрезе). Как только торец рабочей камеры 11 пройдет путь от верхней мертвой точки до нижней, корпус ротора 6 перекроет вход сжатого воздуха из трубопровода 16. При движении торца рабочей камеры 11 от нижней мертвой точки к верхней канавка 6 на коленчатом роторе 4 (справа) соединяет отверстие (невидимое) на статоре (справа) 7 с трубопроводом 17 и воздух, через кран 19, трубопровод 22, запорные краны 23, 25, 26 и 27 выходит в атмосферу. Краны 18, 19, 23 имеют точно такую конструкцию, как главные тормозные краны на таких автомобилях, как ЗИЛ, МАЗ, КАМАЗ и других, где имеется воздушная тормозная система. Особенность этих кранов такова, что при ненажатых педалях за кранами 18, 19 и 23 трубопроводы 16, 17 и 22 соединены с атмосферой, а при нажатии на педаль кран прерывает выход сжатого воздуха в атмосферу и подает сжатый воздух из баллона 28 в рабочие камеры 12.

Предлагаемый пневмогидродвигатель можно использовать на автомобилях. Для этого необходимо один пневмогидродвигатель присоединить к заднему мосту, а второй 41 к переднему. При нажатии ногой на педаль 20 сжатый воздух через кран 18 подается в пневмогидродвигатель, автомобиль трогается с места и начинается движение. Чем больше открывается кран 18, тем выше скорость автомобиля. Если резко убрать ногу с педали 20 и перенести ногу на педаль 21, при этом нажать на нее, то под действием пружины (не показана) педаль 20 возвращается в исходное положение, при этом подача воздуха из баллона 28 в кран 18 прекращается и трубопровод 16 за краном 18 соединяется с атмосферой. При нажатии на педаль 21 происходит торможение двигателем и затем задний ход автомобиля. Чтобы зафиксировать автомобиль в неподвижном положении, например перед светофором, надо нажать на педаль 24. Кран 23 перекроет выход воздуха в атмосферу и сжатый воздух по трубопроводу 22, через краны 18 и 19, трубопроводы 16, 17, трубы 8 подается в рабочие камеры 12, в результате пневмогидродвигатели не способны вращаться ни в одну, ни в другую сторону. Перед выходом из автомобиля водитель закроет открытый запорный кран 25 и отпустит педаль 24, которая под действием пружины (не показана) принимает исходное положение.

Общеизвестно, что под давлением и от трения воздух нагревается. Для улучшения комфортных условий теплый воздух можно направлять в кабину водителя. Для этого имеются запорные краны 26 и 27, имеющие общую барашку. При вращении общей барашки (цифрой не указана) по часовой стрелке кран 26 закрывается, а кран 27 открывается. При вращении общей барашки против часовой стрелки кран 26 открывается, а кран 27 закрывается. Из крана 26 теплый воздух идет в кабину водителя. Из крана 27 воздух выходит за пределы кабины водителя в атмосферу. Компрессор 30 и двигатель внутреннего сгорания 31, установленные на автомобиле, выполняют две функции, подпитывая сжатым воздухом баллон высокого давления 33 и отапливая теплом от двигателя 31 кабину водителя в зимнее время. В летнее время компрессор 30 с двигателем 31 можно снять, облегчив массу автомобиля, отсоединив трубу перед перепускным клапаном 32. В баллоне 33 давление воздуха примерно 200-300 атм, за газовым редуктором 34 давление примерно 6-8 атм, за газовым редуктором 29 примерно 2 атм. При повышении давления в баллонах 28 и 33 больше нормы ограничители давления 36 выпускают лишний воздух в атмосферу. Редуктором 34 можно уменьшать давление воздуха, тем самым ограничивая скорость движения автомобиля для малоопытных водителей. При движении автомобиля в условиях плохих дорог (грязь, лед) все колеса можно заблокировать и они будут вращаться с одинаковой скоростью одновременно, что резко повысит проходимость автомобиля. Для этого необходимо запорный кран 40 закрыть, повернуть общую барашку (цифрой не указана) запорных кранов 43 и 45 по часовой стрелке, при этом кран 43 закроется, а кран 45 откроется. При открытии крана 18 сжатый воздух по трубопроводу 16, трубам 8, трубопроводу 44 через второй пневмогидродвигатель 41 (управляемый второй парой колес), кран 19, по трубопроводу 22 через кран 23 выходит в атмосферу. При нажатии на педаль 21 происходит обратный ход. При движении автомобиля по хорошей дороге (сухой асфальт) кран 40 открывается при вращении общей барашки против часовой стрелки,запорный кран 43 открывается, а запорный кран 45 закрывается. Запорным краном 40 можно регулировать износ передних и задних колес автомобиля, для этого необходимо, чтобы внутреннее сечение трубопровода 39 было больше внутреннего сечения трубопровода 16.

Можно сделать вездеход в виде многоколесного автомобиля, при условии, если каждым колесом будет управлять отдельный пневмогидродвигатель. На фиг. 2 показана схема управления шестиколесного автомобиля-вездехода. В условиях плохих дорог (грязь, лед) запорные краны 40, 47, 48, 49, 50, 43, 52, 54, 56, 58 закрыты, а запорные краны 45, 51, 53, 55, 57 открыты. При нажатии на педаль 20 сжатый воздух по трубопроводу 16 подается в пневмогидродвигатель 59 и выпускается через пневмогидродвигатели 63, 62, 61, 60, 41, по трубопроводу 17 в атмосферу. При нажатии на педаль 21 все пневмогидродвигатели вращаются в обратном направлении. При движении шестиколесного автомобиля-вездехода по дорогам с твердым, сухим покрытием вышеперечисленные закрытые запорные краны открываются, а открытые запорные краны закрываются, в результате вышеперечисленные пневмогидродвигатели оказываются независимыми друг от друга. Электрические выключатели 65 и 66 расположены на педалях 20 и 21. Электрические выключатели 65 и 66 отключены, когда водитель давит ногой на педаль 20 и 21,и включены, когда водитель не давит ногой на педаль 20 и 21. Под действием электрического тока электромагнитный клапан 46 закрывает выход сжатого воздуха в атмосферу, а при отсутствии электрического тока открывает выход сжатого воздуха в атмосферу. Электромагнитный клапан 46 не позволит опорожняться от сжатого воздуха трубопроводам, соединяющим пневмогидродвигатели. Под действием отработанного сжатого воздуха пневмогидродвигатель 37 вращает генератор 38, который вырабатывает ток для нужд автомобиля.

Предлагаемый автомобиль, работающий на предлагаемых пневмогидродвигателях, может быть использован на городских пассажирских перевозках. Для этого необходимо, чтобы мотор 31 был электрическим, а на крыше автомобиля установлены электрические контакты, как на троллейбусах или трамваях. При подъезде к остановке электрические контакты, установленные на крыше автомобиля, смыкаются с электрическими проводами, которые находятся под напряжением тока. Пока пассажиры делают посадку и высадку, электромотор 32 вращает компрессор 30, который восполняет израсходованные запасы сжатого воздуха. При отъезде автомобиля от остановки электрические контакты, установленные на крыше автомобиля, отсоединяются от электрических проводов и электромотор 31 не работает до следующей остановки.

Преимуществом предлагаемого пассажирского транспорта перед троллейбусом является уменьшение длины контактных электропроводов и трения между электрическими проводами и контактами, установленными на крыше автомобиля. Преимуществом перед автобусом будет то, что предлагаемое транспортное средство экологически чистое.

Лучше всего на автомобиль установить два пневмодвигателя: один на передний мост, другой на задний мост. Раму автомобиля и кузов лучше всего делать из пустотелых труб и заполнять их сжатым воздухом, в результате рама и кузов будут выполнять функции баллона пониженного давления 28. При подаче в рабочую камеру 12 жидкости под давлением устройство работает в режиме гидродвигателя. Зазоры между коленчатыми роторами 4 и статорами 7 должны быть как можно минимальными.

Технико-экономическая эффективность заключается в том, что предлагаемый пневмогидродвигатель имеет высокий коэффициент полезного действия за счет малых потерь сжатого воздуха в атмосферу.

Использование: в приводах вращательного действия различных машин. Сущность изобретения: в пневмодвигателе, содержащем рабочие камеры, соединенные соответственно с коленчатым валом и с корпусами через конические кольца, на которых через подшипники закреплены концы газораспределительных валов, кинематически связанных через шатуны с дополнительными коленчатыми валами, газораспределительные механизмы размещены в рабочих камерах и выполнены в виде роторов с канавками и статоров, причем в статорах выполнены отверстия, сообщенные с трубопроводами, в которых установлены краны переднего и заднего хода, управляемые педалью и через газовые редукторы сообщаемые с баллонами пониженного и высокого давления. Коленчатые роторы через подшипники соединены с корпусами, к которым с помощью труб закреплены статоры, от трубопроводов, идущих от кранов переднего и заднего хода, отходят ответвления в виде трубопроводов, в которых установлены запорные краны, а в трубопроводе, идущем от крана, управляемого педалью, вторым концом соединенным с атмосферой, установлен электромагнитный клапан, от которого отходит электрический провод, который через электрические выключатели вторым концом соединен с источником тока. 3 ил.

Пневмогидродвигатель, содержащий рабочие камеры, соединенные соответственно с коленчатым валом и с корпусами через конические кольца, на которых через подшипники закреплены концы газораспределительных валов, кинематически связанных через шатуны с дополнительными коленчатыми валами, газораспределительные механизмы размещены в рабочих камерах и выполнены в виде ротора с канавками и статоров, причем в статорах выполнены отверстия, сообщенные с трубопроводами, в которых установлены краны переднего и заднего ходов, управляемые педалями и соединенные с атмосферой через другой кран, управляемый педалью с возможностью отсоединения от атмосферы, и через газовые редукторы, сообщаемые с баллонами пониженного и высокого давления, отличающийся тем, что коленчатые роторы через подшипники соединены с корпусами, к которым с помощью труб закреплены статоры, от трубопроводов, идущих от кранов переднего и заднего ходов, отходят ответвления в виде трубопроводов, в которых установлены запорные краны, а в трубопроводе, идущем от крана, управляемого педалью, вторым концом соединенным с атмосферой, установлен электромагнитный клапан, от которого отходит электрический провод, который через электрические выключатели вторым концом соединен с источником тока.