ГИПОЦИКЛОИДНЫЙ ВРАЩАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК E21B3/02 

Данное изобретение относится к пневматическим и гидравлическим машинам вращательного и ударно-вращательного действия для бурения горных пород в строительстве и в горнорудной промышленности.

Известен вращатель с гипоциклоидным редуктором (Пневматические машины ударного действия для проходки скважин и шпуров. Академии наук СССР. Сибирское отделение. Институт горного дела. Новосибирск, издательство "Наука", Сибирское отделение. 1986 г., стр.119), состоящий из шестеренного двигателя с тремя шестернями и гипоциклоидного редуктора с двумя обоймами, приводимыми в колебательные круговые движения двумя эксцентриками. Обоймы сообщают вращательное движение буксе.

Недостатком данной конструкции является невозможность реально получить достаточно высокие скорости вращения одновременно с высоким крутящим моментом на буксе без значительных увеличений габаритов и веса конструкции.

Наиболее близким по конструкции (прототипом) является гипоциклоидный вращатель (Суднишников Б.В., Есин Н.Н., Тупицын К.К. Исследование и конструирование пневматических машин ударного действия. Академия наук СССР. Сибирское отделение. Институт горного дела. Новосибирск, издательство "Наука", Сибирское отделение. 1985 г., стр.103-104), состоящий из статора с торцевыми крышками, ротора, золотника со спиральными канавками, торцевых крышек и шестерни, соосной с выходным валом и взаимодействующей с ответными зубьями на роторе.

Такие гипоциклоидные вращатели применяются в пневматических перфораторах, где требуется невысокая скорость вращения (100-200 оборотов в минуту) и достаточно высокий крутящий момент.

Недостатком данной конструкции является невозможность получить высокие скорости вращения при сохранении высокого крутящего момента из-за ограниченности в торцевой крышке проходных сечений канавок, питающих золотник рабочей жидкостью или сжатым воздухом и обеспечивающих слив (если в качестве рабочей среды используется жидкость) или выхлоп. Сечение проходных канавок определяется эксцентриситетом вращения ротора по отношению к статору и ширина канавки не может быть практически более трети эксцентриситета.

Целью настоящего изобретения является повышение мощности гипоциклоидного вращателя без увеличения его габаритов.

Указанная цель достигается тем, что в роторе установлен второй золотник, имеющий встречное направление спиральных канавок, при этом шестерня, соединенная с выходным валом и взаимодействующая с ответными зубьями на роторе, размещена между двумя золотниками.

На фиг.1 изображен продольный разрез гипоциклоидного вращателя.

На фиг.2 представлено сечение А-А гипоциклоидного вращателя.

На фиг.3 представлено сечение Б-Б гипоциклоидного вращателя.

Гипоциклоидный вращатель состоит из статора 1 с зубьями внутреннего зацепления, закрытого по торцам крышками 2, ротора 3, с двух сторон которого запрессованы золотники 4. Между золотниками 4 находится шестерня 5, взаимодействующая с ответными зубьями на роторе 3.

На одной из крышек 2 находится штуцер 6, отверстие которого соединено с каналами 7 и 8. Каналы 8 соединяются с кольцевыми проточками 9 в крышках 2.

Золотники 4, запрессованные в ротор 3, имеют на своей внешней цилиндрической поверхности спиральные канавки 10, соединяющиеся в конце с отверстиями 11 в роторе 3. Число спиральных канавок 10 на золотнике 4 и число отверстий 11 в роторе 3 равно числу зубьев ротора 3. В крышке 2 имеется ряд отверстий 12. Шестерня 5 неподвижно соединена с приводным валом 13. Ротор 3 имеет число зубьев на единицу меньше, чем у статора 1. При этом ротор 3 со статором 1 образует две изолированные друг от друга полости, рабочую 14 и выхлопную 15, и при обкатывании по зубьям статора 1 ротор вращается с эксцентриситетом, равным половине высоты зубьев ротора 3 и статора 1. Рабочая полость 14 соединена со спиральными канавками 10 радиальными отверстиями 11 в роторе 3.

Гипоциклоидный вращатель работает следующим образом.

Сжатый воздух или гидравлическая жидкость под давлением подается в штуцер 6, откуда по каналам 7 и 8 поступает в кольцевые проточки 9 в крышках 2. Из кольцевых проточек 9 рабочая жидкость или воздух попадает в те спиральные канавки 10 залотников 4, которые при обкатывании ротора 3 по статору 1 оказываются против кольцевых проточек 9. По спиральным канавкам 10 рабочая жидкость или воздух поступает в рабочую полость 14 через отверстия 11 в роторе 3. Спиральные канавки 10 в золотниках 4 имеют противоположное друг другу направление, так что рабочая жидкость или воздух поступают из обоих золотников в одну рабочую полость 14. Давлением рабочей жидкости или воздуха на ротор 3 последний перекатывается по зубьям статора 1, отсекая от кольцевых канавок 9 одни спиральные канавки 10 и подсоединяясь к другим так, что рабочая полость 14 постоянно находится под давлением. Из выхлопной полости 15 рабочая жидкость или воздух удаляются через отверстия 12 в крышках 2.

При обкатывании ротора 3 по зубьям статора 1 шестерня 5, взаимодействуя с внутренними зубьями ротора 3, передает вращение на приводной вал 13.

Из-за небольшого эксцентриситета, равного половине высоты зубьев ротора 3 и статора 1, и необходимости иметь надежное перекрытие при отсекании спиральных канавок 10 от кольцевых проточек 9 ширина проточек 9 ограничена практически третьей частью эксцентриситета. Для получения высоких скоростей оборотов при сохранении момента на приводном валу 13 необходимо с минимальными потерями подавать в рабочую полость 14 сжатый воздух или рабочую жидкость. Это возможно при использовании подачи рабочей жидкости или воздуха в рабочую полость 14 с двух сторон в два золотника со встречным направлением спиральных канавок, что равноценно удвоению поступающего в рабочую полость 14 сжатого воздуха или рабочей жидкости. В сравнении с прототипом это позволяет увеличить число оборотов вращения вала при сохранении крутящего момента, т.е. мощности без увеличения габаритов машины.

Гипоциклоидный вращатель относится к пневматическим и гидравлическим машинам вращательного и ударно-вращательного действия для бурения горных пород в строительстве и в горнорудной промышленности. Технической задачей изобретения является повышение мощности гипоциклоидного вращателя без увеличения его габаритов. Эта задача достигается тем, что в роторе 3 установлен второй золотник 4, имеющий встречное направление спиральных канавок 10, при этом шестерня 5, соединенная с выходным валом 13 и взаимодействующая с ответными зубьями на роторе 3, размещена между двумя золотниками 4. 3 ил.

Гипоциклоидный вращатель, состоящий из статора с торцевыми крышками, ротора, золотника со спиральными канавками и шестерни, соосной с выходным валом и взаимодействующей с ответными зубьями на роторе, отличающийся тем, что в роторе установлен второй золотник, имеющий встречное направление спиральных канавок, при этом шестерня, соединенная с выходным валом и взаимодействующая с ответными зубьями на роторе, размещена между двумя золотниками.