ГИДРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК F15B15/00 

Изобретение относится к устройствам гидроавтоматики, работающим за счет энергии потока воды и может применяться в гидросистемах как в виде гидродвигателя, так и пульсирующего двигателя (создателя импульса давления). Известен пульсирующий двигатель, включающий сегнерово колесо, корпус с реактивным соплом и полую втулку. Полая втулка закреплена в корпусе реактивного сопла с возможностью вращения и сообщает сегнерово колесо с источником напора (полостью ствола) SU 1445639 А1, (ВНПО МО «РАДУГА»), 23.12.1988.

Недостатками этого пульсирующего двигателя являются узкий диапазон применимости, нерегулируемое изменение частоты импульсов при изменении давления в сети и непроизводительный слив воды из сегнерова колеса.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является гидродвигатель, включающий цилиндр, крышку с седлом и реактивным соплом (выходом), поршень со штоком и клапан, растянутый от поршня посредством пружины и штока с буртом. Поршень установлен в цилиндре и образует штоковую и подпоршневую полости, сообщенные между собой дроссельным каналом SU 1771407 A3, (ВНПО МО «РАДУГА»), 23.10.1992.

Недостатками этого двигателя являются сложность конструкции и невысокая надежность его работы из-за узкого диапазона изменения рабочего давления в сети, необходимость применения в его конструкции пружины с определенными характеристиками и изменения этих параметров в результате старения (усталости) пружины, неустойчивости работы при малых частотах импульсов и невозможность плавного регулирования хода штока поршня и частоты возвратно-поступательного движения.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции гидродвигателя и повышение его надежности. Поставленная задача достигается за счет того, что в гидродвигателе, включающем цилиндр с основанием, входной и выходной патрубок, крышку, поршень со штоком, дроссельный канал, сообщающий штоковую и подпоршневую полости и взаимодействующий с поршнем клапан со штоком, согласно изобретению шток клапана выполнен полым и снабжен радиальными выходными отверстиями и ограничительной шайбой, причем клапан имеет возможность контактирования с поршнем и основанием цилиндра, а ограничительная шайба - с выходным патрубком. Кроме того, выходной патрубок снабжен втулкой с возможностью осевого перемещения, а дроссельный канал выполнен регулируемым и размещен снаружи цилиндра. Взаимодействие клапана и поршня выполнено свободно.

Сущность предлагаемого изобретения приведено на чертеже, где показан общий вид конструктивной схемы гидродвигателя.

Гидродвигатель состоит из цилиндра 1 с основанием 2, входного 3 и выходного 4 патрубков, крышки 5, поршня 6 со штоком 7 и клапана 8 с полым штоком 9 и полостью 10, радиальными выходными отверстиями 11 и ограничительной шайбы 12. Поршень 6, установленный в цилиндре 1 и ограниченный крышкой 5, образует штоковую 13 и подпоршневую 14 полости, сообщенные между собой через канал связи 15 и регулируемый дроссель 16. Выходной патрубок 4 снабжен, с возможностью осевого перемещения, втулкой 17 с фиксатором положения 18, выходной полостью 19 и основанием 20. Клапан 8 установлен соосно с поршнем 6 цилиндра 1 и втулки 17 с возможностью скользящего осевого перемещения и обеспечивает возможность периодического сообщения полостей 14 и 19 между собой.

Для нормальной работы гидродвигателя необходимо соблюдать следующие условия (без учета силы трения между деталями ввиду ее незначительной величины):

где

d_пор - диаметр поршня 6

d_шт - диаметр штока 7

d_кл. - диаметр клапана 8

d_шт.кл. - диаметр полого штока 9

S_шт - площадь штока 7

S_{шт. кл.} - площадь полого штока 9

S_кл. - площадь клапана 8

S_пор - площадь поршня 6,

p₁ - давление в полости 13 при движении поршня 6 с левого на правое положение,

p₂ - давление в полости 14 при движении поршня 6 с левого на правое положение,

р₃ - давление в полости 14 при движении поршня 6 с правого на левое положение,

F₁ - усилие прижатия клапана 8 к поршню 6.

F₂ - усилие, необходимое для движения поршня 6 и клапана 8 в направлении справа налево.

F₃ - усилие, необходимое для движения клапана 8 с крайнего левого положения в правое.

Работает гидродвигатель следующим образом.

Вода под давлением из водоисточника через входной патрубок 3 поступает в штоковую полость 13, образованную цилиндром 1, крышкой 5 и поршнем 6 со штоком 7 и благодаря разнице площадей поршня 6 и штока 7 и перепада давления на регулируемом дросселе 16 и канале связи 15 (условие 2) поршень 6 с любого исходного положения перемещается в крайнее правое положение, прижимая клапан 8 к основанию 2 цилиндра 1. Далее, благодаря силе F₁ (начало цикла гидродвигателя) клапан 8 остается прижатым к поршню 6 и благодаря силе F₂ и условию (1) начинает движение влево совместно с поршнем 6 со штоком 7 до закрытия выходных радиальных отверстий 11 основанием втулки 17 и прикосновения ограничительной шайбы 12 к основанию 20. При этом клапан 8 резко останавливается, а поршень 6 продолжает движение влево и благодаря условию (5) отрывается клапан 8. Вода из подпоршневой полости 14 под давлением попадает в полость 10 полого штока 9, сведя к нулю F₁ и создавая F₃. Клапан 8 со штоком 9 резко перемещается в крайнее правое положение и упирается к основанию 2. При этом подпоршневая полость 14 сообщается с полостью 19 через полость 10 и выходные отверстия 11, и поршень 6 (благодаря условию 2) резко перемещается в крайнее правое положение, выжимая воду из полости 14 в полость 19 и далее потребителю, прижимается к клапану 8 (конец цикла). В дальнейшем цикл повторяется, шток 7 совершает возвратно-поступательное движение, образуя импульсы (пульсацию) давления на выходе.

Частота циклов регулируется как с помощью регулируемого дросселя 16, так и изменением хода h клапана 8 посредством втулки 17 и фиксатора 18, перемещая ее по оси выходного патрубка 4.

Таким образом, путем исключения из конструкции пружины, размещения регулируемого дросселя 16 снаружи цилиндра 1 и выполнения хода клапана регулируемым достигнуто упрощение конструкции и повышение надежности, обеспечена работоспособность в большом диапазоне изменения давления в сети и плавная регулировка частоты возвратно-поступательного движения штока 7 в большом диапазоне.

Экспериментальные образцы гидродвигателей по прототипу и предлагаемому изобретению изготовлены в производственных условиях мастерских ВНИИ «Радуга» и проведены сравнительные испытания в лабораторных условиях. Результаты испытаний приведены в таблице.

п/пНаименование показателяПредлагаемоеПрототип  изобретение 1Диаметр поршня, мм60602Диаметр штока поршня, мм30303Диаметр клапана, мм26264Ход поршня, ммрегулируемый,нерегулируемый, 35  10...35 5Допустимый диапазон2.5...11.54...6 изменения давления в   подводящей сети, атм  6Диапазон выходного0.06...0.50.2...0.3 расхода воды из   гидродвигателя, л/с  7Частота циклов возвратно-25...24048...72 поступательного движения   поршня, цкл/мин  

Применение предлагаемого изобретения в народном хозяйстве значительно повысит надежность и эффективность гидроуправляемых систем.

Гидродвигатель предназначен для гидросистем возвратно-поступательного движения. Гидродвигатель включает цилиндр с основанием, входным и выходным патрубками, крышку, поршень со штоком, дроссельный канал, сообщающий штоковую и подпоршневую полости и взаимодействующий с поршнем клапан со штоком, при этом шток клапана выполнен полым и снабжен радиальными выходными отверстиями и ограничительной шайбой, причем клапан имеет возможность контактирования с поршнем и основанием цилиндра, а ограничительная шайба - с выходным патрубком. Кроме того, выходной патрубок снабжен втулкой с возможностью осевого перемещения, а дроссельный канал выполнен регулируемым и размещен снаружи цилиндра. Взаимодействие клапана и поршня выполнено свободно. Технический результат - упрощение конструкции, повышение надежности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Гидродвигатель, включающий цилиндр с основанием, входной и выходной патрубки, крышку, поршень со штоком, дроссельный канал, сообщающий штоковую и подпоршневую полости и взаимодействующий с поршнем клапан со штоком, отличающийся тем, что шток клапана выполнен полым, снабжен радиальными выходными отверстиями и ограничительной шайбой, причем клапан имеет возможность контактирования с поршнем и основанием цилиндра, а ограничительная шайба - с выходным патрубком.2. Гидродвигатель по п.1, отличающийся тем, что выходной патрубок снабжен втулкой с возможностью осевого перемещения, а дроссельный канал выполнен регулируемым и размещен снаружи цилиндра.3. Гидродвигатель по п.1, отличающийся тем, что взаимодействие клапана и поршня выполнено свободно.