ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2012 года по МПК F03C1/07 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к гидравлическому двигателю, содержащему корпус, через который проходит вращающийся вал, связанный средствами преобразования движения с поршнем прямолинейного возвратно-поступательного движения, подвижно установленным внутри корпуса с возможностью скольжения вдоль вала. Изобретение относится также к конструкции реверсирующего устройства или реверсора, способного управлять попеременно и последовательно заполнением одной камеры и опорожнением другой камеры для обеспечения возвратно-поступательного движения поршня, следовательно, вращения вала.

Уровень техники

В области фильтров, предназначенных для автоматической очистки путем обратной циркуляции фильтруемой текучей среды через изолированный сектор фильтра, необходимо обеспечить привод вращения системы изоляции для осуществления непрерывной очистки фильтрационной поверхности.

Для привода вращения системы изоляции выгодно иметь в распоряжении гидравлический двигатель, использующий для своего функционирования небольшую часть текучей среды, фильтруемой этим самым фильтром, без использования внешней энергии.

Такой двигатель должен содержать энергетический блок, позволяющий преобразовывать гидравлическую энергию текучей среды в механическую энергию, а именно в по существу непрерывное вращательное движение в одном направлении, для привода системы изоляции фильтра, для которого она предназначена. Двигатель должен также содержать блок управления всеми функциями и контуры подачи и распределения текучей среды в гидравлическом двигателе для обеспечения его правильного функционирования.

В патентном документе ЕР 0022021 описан гидравлический двигатель с поршнем возвратно-поступательного движения и храповиком, в котором движение поршня преобразуется в непрерывное вращение выходного вала в одном направлении. Все функции управления обеспечиваются внешними распределителями и реле реверса. Этот тип двигателя выгоден, так как частота вращения подходит для целей использования, крутящий момент довольно высок и устройство способно работать на низком давлении. Кроме того, потребление текучей среды невелико, а кпд удовлетворителен. Однако такая система требует большого числа компонентов, в особенности для управления реверсом текучей среды. Монтаж системы и ее техническое обслуживание требуют квалифицированного персонала. Стоимость изготовления высока.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании гидравлического двигателя данного типа улучшенной конструкции, в особенности отличающегося простотой средств обеспечения управления.

Более конкретно, изобретение предлагает гидравлический двигатель, содержащий корпус, через который проходит вращающийся вал, связанный средствами преобразования движения с поршнем прямолинейного возвратно-поступательного движения, подвижно установленным внутри корпуса с возможностью скольжения вдоль вала, причем поршень образует в корпусе первую камеру и вторую камеру, попеременно питаемые текучей средой под давлением. Отличительной особенностью предлагаемого двигателя является то, что он содержит реверсор, установленный внутри корпуса и содержащий три коаксиальных элемента с осью, параллельной оси вращающегося вала, установленных с возможностью скольжения и/или поворота с уплотнением относительно друг друга, а именно:

- первую втулку, жестко соединенную с поршнем и проходящую в первую камеру,

- вторую неподвижную втулку, жестко соединенную с торцевой стенкой корпуса и проходящую через вторую камеру и через первую втулку до первой камеры, и

- распределитель, проходящий между двумя камерами и установленный с возможностью поворота внутри второй втулки,

при этом реверсор содержит элементы каналов и отверстий, выполненные с возможностью управления и переключения циркуляции рабочей среды и расположенные между второй втулкой и распределителем для управления попеременным и последовательным заполнением одной камеры и опорожнением другой камеры в зависимости от занятия распределителем одного или другого предварительно заданного положения из множества положений, определенных взаимодействием указанных коаксиальных элементов, и средства управления поворотом распределителя в функции перемещения первой втулки, жестко соединенной с поршнем.

Предпочтительно средства управления содержат криволинейные направляющие и продольные упоры, выполненные на свободных концах первой и второй втулок. В продольной прорези распределителя подвижно установлен поперечный палец, взаимодействующий с криволинейными направляющими и упорами и упруго прижимаемый к ним.

Краткий перечень чертежей

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны другие преимущества изобретения и его пример осуществления, не налагающий каких-либо ограничений.

Фиг.1 изображает гидравлический двигатель по изобретению на виде в перспективе с частичным вырезом,

фиг.2 изображает вращающийся вал гидравлического двигателя по фиг. 1,

фиг.3 изображает первую втулку реверсора,

фиг.4 изображает вторую втулку реверсора,

фиг.5 и 6 изображают распределитель, являющийся частью реверсора,

фиг. 7 изображает в перспективе реверсор в сборе,

фиг.8-11 изображают в перспективе с частичным вырезом реверсор в различных положениях, иллюстрируя его действие.

Осуществление изобретения

Представленный на чертежах гидравлический двигатель 11 предназначен в особенности для использования с устройством для непрерывной фильтрации гидравлической текучей среды, такой как масло. Фильтрационное устройство известным образом содержит средства автоматической обратной промывки, требующие непрерывного вращения изолирующей системы для вывода из фильтрационного контура и изоляции сектора фильтра. Этот сектор промывается обратной циркуляцией. Поэтому выгодно иметь в распоряжении гидравлический двигатель, использующий для этого вращательного перемещения небольшую часть отфильтрованной текучей среды под давлением. Именно это и обеспечивается данным изобретением.

Гидравлический двигатель относится к типу гидравлического двигателя, содержащему корпус 12 и проходящий в корпусе вращающийся вал 13 с осью Y, установленный в подшипниках 14, 16, которые расположены в двух параллельных торцевых стенках 18, 20. Корпус содержит также цилиндрическую стенку 22, проходящую между двумя торцевыми стенками. Поршень 24 совершает возвратно-поступательное движение с уплотнением, которое обеспечивается наружными уплотнениями 25 и внутренними уплотнениями 26, перемещающимися соответственно вдоль внутренней поверхности цилиндрической стенки 22 корпуса 12 и вдоль поверхности вала 13.

Таким образом, поршень 24 разделяет внутреннее пространство корпуса 12 на первую камеру 28 (верхняя камера на фиг. 1) и вторую камеру 29 (нижняя камера), в которые попеременно подается текучая среда под давлением посредством реверсирующего устройства или реверсора 30, как это будет описано далее.

Попеременное питание двух камер 28, 29 обеспечивает прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня 24 с автоматическим реверсом направления перемещения, когда поршень достигает одного из двух крайних положений хода.

Кроме того, поршень 24 содержит два диаметрально противоположных поводка 32, которые выступают радиально внутрь и взаимодействуют с окружным волнистым вырезом 34, выполненным в наружной поверхности вала на его участке наибольшего диаметра.

Таким образом, прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня 24 преобразуется в практически непрерывное вращение вала 13 в одном направлении. Реализация этого типа преобразования движения не зависит от конструкции реверсора, который будет описан далее. Этот тип двигателя может быть адаптирован к любой системе реверсирования давления, например, такой как система электроуправляемых клапанов, приводимых в действие датчиками, или к любой другой системе такого же принципа действия.

Реверсор 30 отличается простотой конструкции с использованием минимального числа компонентов, легко собирается и устанавливается. Он также прост в техническом обслуживании, поскольку может быть демонтирован целиком снизу, так как торцевая стенка 18 является съемной.

Согласно важной особенности изобретения реверсор 30 установлен внутри корпуса 12 и содержит три коаксиальных элемента с осью Х-Х, параллельной оси вращающегося вала 13, установленных с возможностью скольжения и/или поворота с уплотнением относительно друг друга и предназначенных для установления последовательного и попеременного сообщения одной или другой камеры 28, 29 с рабочей текучей средой под давлением. Эти элементы определены следующим образом.

Первая втулка 38 жестко соединена с поршнем 24 и проходит в первую камеру 28.

Вторая неподвижная втулка 40 жестко соединена с торцевой стенкой корпуса (стенкой 18) и проходит через вторую камеру 29 и через первую втулку 38 до первой камеры 28. Таким образом, она выходит в первую камеру 28, будучи расположенной внутри первой втулки 38.

Распределитель 42 выполнен в данном примере также в виде втулки и проходит внутри второй втулки 40. Первая втулка 38 плотно, то есть с небольшим трением, скользит, охватывая вторую втулку 40, а распределитель 42 плотно установлен во второй втулке 40 с возможностью поворота вокруг оси Х-Х, общей для всех трех элементов.

Реверсор 30 содержит элементы каналов и отверстий, необходимые для управления и переключения циркуляции рабочей среды. Они выполнены таким образом, что обеспечивают сообщение между второй втулкой 40 и распределителем 42 для попеременного и последовательного заполнения одной из камер текучей средой под давлением с одновременным опорожнением второй камеры. Выбор камеры для подачи давления происходит в зависимости от занятия распределителем 42 одного или другого предварительно заданного положения (углового положения) из нескольких положений, которые определяются взаимодействием втулок 38, 40. В данном примере выполнения угол поворота распределителя 42 между двумя последовательными предварительно заданными положениями составляет 90°.

Кроме того, реверсор 30 содержит средства 50 управления поворотом распределителя 42 в функции перемещения первой втулки 38, жестко соединенной с поршнем.

В данном примере выполнения средства 50 управления содержат криволинейные направляющие и продольные упоры, выполненные на свободных концах первой и второй втулок (в первой камере). Кроме того, поперечный палец 55 подвижно установлен в продольной прорези распределителя 42. Он взаимодействует с криволинейными направляющими и упорами, находясь под действием упругого прижимного усилия (фиг.5).

Следует отметить, что первая втулка 38 содержит две широкие выемки, образующие упорные поверхности или упоры 68 (фиг.3), а вторая втулка также имеет две широкие выемки, определяющие упоры 72 (фиг.4). Толщина стенки первой втулки 38 вдоль упоров 68 больше толщины стенки второй втулки 40 вдоль ее упоров, так что обе втулки находятся в контакте с поверхностью распределителя 42 вдоль своих упоров. Две втулки входят в зацепление одна с другой без возможности относительного поворота.

В данном примере выполнения внутри распределителя 42 установлена пружина 58, расположенная между упором 60 распределителя и поперечным пальцем 55 для прижима пальца к криволинейным направляющим и продольным упорам.

В особенно предпочтительном примере осуществления поперечный палец 55 выполнен двойным и диаметрально выступает в обе стороны через двойное отверстие 56 распределителя. В данном примере выполнения первая и вторая втулки содержат каждая две криволинейные направляющие и два продольных упора, как это описано выше.

В частности, первая втулка 38 содержит на своем свободном конце две противолежащие симметричные (относительно оси Х-Х поворота) криволинейные направляющие 66 и два продольных упора 68.

Аналогичным образом вторая втулка 40 содержит на своем свободном конце две противолежащие симметричные (относительно оси Х-Х поворота) криволинейные направляющие 70 и два продольных упора 72. Криволинейные направляющие имеют одинаковый шаг, и движение скольжения между двумя втулками таково, что первая втулка может приходить в положение продолжения криволинейных направляющих второй втулки, как это будет подробно описано дальше.

Очевидно, что функцией распределителя является направление потока рабочей среды, для чего он содержит осевой канал 74, устанавливающий сообщение с первой камерой 28. Однако распределитель втулочной формы не является открытым, поскольку он имеет закрытый конец на стороне, противоположной первой камере. Двойной поперечный палец 55 в своей центральной части содержит участок, образующий направляющую, скользящую вдоль осевого канала 74 распределителя 42 без перекрытия его проходного сечения. С другой стороны, сообщение канала 74 с первой камерой не обязательно должно быть осевым.

Согласно данному примеру осуществления элементы каналов и отверстий для управления и переключения циркуляции рабочей среды расположены между второй втулкой 40 и распределителем 42.

В частности, вторая втулка 40 содержит в своем основании радиальное отверстие 78, которое с наружной стороны сообщается с впуском рабочей среды под давлением (фиг.8). Во второй втулке имеются также четыре радиальных отверстия 79, разнесенных на 90° и сообщающихся со второй камерой 29. Вторая втулка 40 содержит наружную канавку 80 в той части, которая расположена в утолщенной части торцевой стенки 18. Эта канавка вместе с торцевой стенкой образует кольцевой канал, сообщающийся с наружной стороны с выпуском рабочей среды для ее слива при опорожнении камеры.

Канавка 80 пересекается двумя диаметрально противоположными радиальными отверстиями 82 во второй втулке 40 (фиг.8).

Распределитель 42 содержит на наружной поверхности две продольные прорези 84, которые расположены диаметрально противоположно и проходят от уровня отверстий 78 до уровня отверстий 79 второй втулки 40. Распределитель содержит также два диаметрально противоположных радиальных отверстия 86, которые расположены на таком уровне, что могут сообщаться с отверстиями 82 при предварительно определенных угловых положениях распределителя. Распределитель содержит также два диаметрально противоположных радиальных отверстия 88, которые расположены на таком уровне, что могут сообщаться с отверстием 78. Отверстия 86 и 88 расположены в одной плоскости, но смещены на 90° относительно прорезей 84.

Таким образом, питание второй втулки 29 рабочей средой под давлением осуществляется, как это показано на фиг.10, путем совмещения отверстия 78 подвода рабочей среды под давлением с продольной прорезью 84 распределителя, которая проходит до отверстия 79, открытого во вторую камеру 29.

Обратным образом, опорожнение второй камеры осуществляется в другом предварительно заданном положении распределителя путем совмещения отверстия 79, выполненного во второй втулке, с продольной прорезью 84, которая, в свою очередь, совмещается с отверстием 82, выполненным в дне кольцевой канавки 80, сообщающейся с выпуском рабочей среды (фиг.9).

Что касается первой камеры 28, подача в нее давления производится совмещением отверстия 78 с отверстием 88, которое выполнено в распределителе и сообщается с его осевым каналом 74 (фиг.9). Этот осевой канал выходит в первую камеру 28.

В другом положении распределителя, смещенном на 90°, рабочая среда отводится из первой камеры, проходя через осевой канал 74 до отверстия 86, которое совмещается с другим отверстием 82, выходящим на дно канавки 80 второй втулки (фиг.10).

Далее действие реверсора 30 будет пояснено со ссылками на фиг.8-11.

На фиг.8 поршень находится в верхнем положении по фиг.1, то есть первая камера 28 имеет минимальный объем. В этих условиях две криволинейные направляющие первой втулки 38 подняты попарно вдоль криволинейных направляющих второй втулки 40. Кроме того, как видно на чертеже, криволинейная направляющая 70 второй втулки 40 продолжает вниз соответствующую криволинейную направляющую 66 первой втулки 38. Палец 55, прижимаемый пружиной 58, заблокирован между нижними концами криволинейных направляющих 70 второй втулки и смежными продольными поверхностями или упорами 68 первой втулки. Таким образом, распределитель 42 находится в строго определенном положении относительно второй втулки 40. В этом положении описанные выше отверстия и каналы устанавливают сообщение первой камеры 28 с рабочей средой под давлением и допускают опорожнение второй камеры 29. В результате поршень начинает опускаться, приводя в движение первую втулку 38. Во время этого перемещения поршня угловое положение распределителя 42 не изменяется.

Кроме того, перемещение поршня приводит во вращение вал за счет взаимодействия поводков 32 поршня с вырезами 34 вала.

Когда поршень достигает своего нижнего положения (фиг.9), криволинейные направляющие 66 первой втулки доходят до нижних концов криволинейных направляющих 70 второй втулки. В результате под действием пружины 58 распределитель 42 поворачивается на 90° до тех пор, пока палец 55, опирающийся на криволинейные направляющие первой втулки, не упрется в продольные упоры 72 второй втулки. В конце этого поворота (фиг.10) распределитель занимает другое предварительно заданное положение, в котором рабочая среда под давлением подается во вторую камеру 29, в то время как первая камера 28 может опорожняться. Начиная с этого момента, поршень 24 поднимается, приводя вал 13 во вращение в том же направлении. В конце хода подъема поршня первая втулка вновь поднимается над второй втулкой в положение по фиг.8, и распределитель может вновь повернуться на четверть оборота (фиг.11) для реверса распределения рабочей среды под давлением.

Изобретение относится к гидравлическому двигателю с вращающимся валом, связанным с поршнем прямолинейного возвратно-поступательного движения. Гидравлический двигатель содержит корпус (12), заключающий в себе вращающийся вал (13), поршень (24) и реверсор (30), который содержит первую втулку (38), жестко соединенную с поршнем, вторую неподвижную втулку (40) и распределитель (42), установленный с возможностью поворота внутри второй втулки. Элементы каналов и отверстий расположены между второй втулкой и распределителем. Имеются средства управления поворотом распределителя (42) в функции перемещения первой втулки для реверса направления перемещения поршня. Обеспечивается простота управления. 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Гидравлический двигатель, содержащий корпус (12), через который проходит вращающийся вал (13), связанный средствами преобразования движения с поршнем (24) прямолинейного возвратно-поступательного движения, подвижно установленным внутри корпуса с возможностью скольжения вдоль вала, причем поршень образует в корпусе первую камеру (28) и вторую камеру (29), попеременно питаемые текучей средой под давлением, отличающийся тем, что содержит реверсор (30), установленный внутри корпуса и содержащий три коаксиальных элемента с осью, параллельной оси вращающегося вала, установленных с возможностью скольжения и/или поворота с уплотнением относительно друг друга, а именно, первую втулку (38), жестко соединенную с поршнем и проходящую в первую камеру (28), вторую неподвижную втулку (40), жестко соединенную с торцевой стенкой (18) корпуса и проходящую через вторую камеру (29) и через первую втулку (38) до первой камеры (28), и распределитель (42), проходящий между двумя камерами и установленный с возможностью поворота внутри второй втулки, при этом реверсор содержит элементы (78, 79, 80, 82, 84, 86, 88) каналов и отверстий, выполненные с возможностью управления и переключения циркуляции рабочей среды и расположенные между второй втулкой (40) и распределителем (42) для управления попеременным и последовательным заполнением одной камеры и опорожнением другой камеры в зависимости от занятия распределителем одного или другого предварительно заданного положения из множества положений, определенных взаимодействием указанных коаксиальных элементов, и средства управления поворотом распределителя (42) в функции перемещения первой втулки, жестко соединенной с поршнем.

2. Гидравлический двигатель по п.1, отличающийся тем, что средства управления содержат криволинейные направляющие (66, 70) и продольные упоры (68, 72), выполненные на свободных концах первой и второй втулок, а в продольной прорези распределителя подвижно установлен поперечный палец (55), взаимодействующий с криволинейными направляющими и упорами и упруго прижимаемый к ним.

3. Гидравлический двигатель по п.2, отличающийся тем, что предусмотрена пружина (58), установленная в распределителе между одним из его упоров и поперечным пальцем (55) для прижима пальца к криволинейным направляющим и продольным упорам.

4. Гидравлический двигатель по п.2 или 3, отличающийся тем, что палец (55) проходит диаметрально в обе стороны за пределы распределителя, а каждая из первой и второй втулок содержит две криволинейные направляющие (66, 70) и два продольных упора (68, 72).

5. Гидравлический двигатель по п.4, отличающийся тем, что первая втулка (38) содержит на своем свободном конце две противолежащие симметричные криволинейные направляющие (66), образующие между собой продольные упоры (68).

6. Гидравлический двигатель по п.4, отличающийся тем, что вторая втулка (40) содержит на своем свободном конце две противолежащие симметричные криволинейные направляющие (70), образующие между собой продольные упоры (72).

7. Гидравлический двигатель по п.5, отличающийся тем, что вторая втулка (40) содержит на своем свободном конце две противолежащие симметричные криволинейные направляющие (70), образующие между собой продольные упоры (72).

8. Гидравлический двигатель по п.1, отличающийся тем, что поршень содержит, по меньшей мере, один поводок (32), выступающий радиально внутрь и взаимодействующий с окружным волнистым вырезом (34) в наружной поверхности вала.