Лопастной гидродвигатель Советский патент 1990 года по МПК F15B15/12 

Изобретение относится к машиностроению и касается гидравлических двигателей дискретного вращательного движения для создания крутящих моментов, которые могут найти применение в приводах станков, роботов и других машинах.

Цель изобретения - повышение КПД путем снижения сил трения при использовании электрореологического эффекта жидкости для торможения перегородки.

На фиг. 1 представлен лопастной гидродвигатель, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 2; на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 2; на фиг. 6 - сечение Д-Д на фиг. 2; на фиг. 7 - блок-схема.

Лопастной гидродвигатель содержит цилиндрический корпус 1 с прикрепленной к нему винтами 2 крышкой 3, в расточках которых установлен с возможностью вращения ротор 4. Последний имеет цапфу 5, кольцевой диск 6, шейку 7 и хвостовик 8, выполненные совместно. В цапфе 5 выполнено резьбовое отверстие, в которое завинчена гайка 9, застопоренная винтами 10 от прово- рота. Гайка 9 связана самотормозящейся резьбой с винтом 11, принадлежащим тяге (не показана) , проходящему сквозь отверстие 12 в роторе 4. Корпус 1 может крепиться с помощью винтов 13 к фланцу 14. Кольцевой диск 6 ротора выполнен толщиной h/2, где h - глубина цилиндрической кольцевой полости 15 корпуса 1, снабжен торцовыми уплотнениями 16 и имеет радиальное отверстие, в котором закреплена по- . средством штифтов 17 цапфа 18 прямоугольной лопасти 19 ротора. Лопасть установлена в кольцевой полости 15 корпуса 1 подвижно, имеет канавку с уплотнением 20.

На шейке 7 ротора 4 установлено кольцо 21, толщиной h/2, имеющее радиальное отверстие, в котором посредством штифтов 22 закреплена цапфа 23 перегородки 24, разделяющей вместе с лопастью 19 рабочую полость 15 на рабочие камеры 25 и 26. Перегородка 24 размещена в кольцевой полости 15 между корпусом 1 и ротором 4 с возможностью дискретного поворота и торможения и выполнена в виде дугообразных выступов 27 и 28. Цилиндрические повехности 29 и 30 перегородки 24 расположены с зазором i, к внутренней поверхности корпуса 1 и снабжены электродами 31, электрически изолированными друг от друга и закрепленными в двух электрически изолированных секциях возбуждения электростатического поля, установленных в пазах 32, выполненных в каждом из дугообразных выступов 27 и 28.

Электроды 31 защищены диэлектрическими пластинами 33. Перегородка 2 снабжена уплотнением 34, разделяющим цилиндрическую поверхность 30 перегородки 24 на два участка. В каждом пазу 32 закреплены уплотнения 35. На боковых сторонах 36 и 37 перегородки 24, обращенных к рабочим камерам 25 и 26, установлены бесконтак ные выключатели 38 и 39. На ответных боковых сторонах лопасти 19 закреплены рабочие элементы бесконтактных выключателей 38 и 39 в виде якорей 40 и 41, выступы 42 которых согласо

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ваны по расположению с пазами 43 вы- i ключателей 38 и 39. Электроды 3-1 соединены, чередуясь через один, с двумя проводниками, размещенными в пазах 32. Провода электрических соединений от бесконтактных выключателей 38 и 39 и электродов 31 проложены сквозь отверстия 44, пазы 32, отверстия 45 47и присоединены к электрически изолированным кольцевым контактам коллектора 48. Последний закреплен в углуб- лении торца кольца 21 и окружен торцовым уплотнением 49.

К кольцевым контактам коллектора

48примыкают графитовые щетки 50, установленные подвижно в закрепленной

в крышке 3 диэлектрической обойме 51. Графитовые щетки 52, установленные также в обойме 51 и имеющие общие пружины со щетками 50, поджимаются к электрически изолированным контактам дополнительного коллектора 53. Последний закреплен в муфте 54, установленной на упорных подшипниках с возможностью вращения относительно крышки 3 и хвостовика 8, и соединен проводами через отверстие 55 и штуцер 56 с блоком 57 электроуправления двигателем (фиг. 7). В муфте 54 выполнены кольцевые канавки 58 и 59, сообщающиеся через отверстия 60 и штуцеры 61 с трубопроводами 62 и 63 и по каналам 64-67 - с рабочими камерами 25 и 26, расположенными с двух сторон лопасти 19. Муфта 54 фиксирована на хвостовике 8 с помощью шайбы 68 и гаек 69.

Трубопроводы 62 и 63 присоединены к трехпозиционному гидрораспределителю 70, управляемому электромагнитами 71 и 72, которые электрически соединены с блоком 57 электроуправления и кнопочной колодкой 73 управления. Для возбуждения на роторе тормозного момента он поджат к торцу крышки 3 посредством скошенных плунжеров 74 и 75 и пружины 76, регулируемой винтом 7 7.

Лопастной гидродвигатель работает следующим образом.

В исходном положении вся гидросистема, в том числе гидрораспределитель 70, трубопроводы 62 и 63, камеры 25 и 26 и зазор &, заполнена энергоносителем. В качестве энергоносителя используется высококонцентрированная суспензия диатомита в трансформаторном масле с содержанием твердой фазы

515

25-35% и активатора (воды) 70% от содержания диатомита в суспензии. Указанная суспензия обеспечивает возможность возбуждения электрореологического тормозного эффекта в зазоре при возбуждении электростатического поля между электродами 31.

Гидрораспределитель 70 находится в среднем положении на слив из камер 25 и 26 в бак гидростанции. Электроды 31 и бесконтактные выключатели 38 и 39 обесточены. Взаимное расположение лопасти 19 и перегородки 24 - произвольное.

При необходимости вращения ротора 4, например, по стрелке Е нажатием кнопки Зк на кнопочной колодке 73 включается блок 57 электроуправления и электромагнит 72, который устанав- ливает гидрораспределитель 70 в крайнее правое положение. При этом сусг- пензия по трубопроводу 62, канавке 58 муфты 54 и каналам 64 и 65 поступает под давлением в камеру 25, а из ка- меры 26 по каналам 67 и 66, канавке 59 и трубопроводу 63 - на слив. Одновременно на электроды 31 и бесконтактные выключатели 38 и 39 через коллекторы 48 и 53 и щетки 50 и 52 подается электрическое напряжение.

При этом возбуждается в зазоре Д тормозной электрореологический эффект, которым перегородка 24 затормаживается с усилием, равным удельной тормозной величине, умноженной на площадь поверхностей секций, в которых установлены электроды 31, поэтому указанную поверхность, а следовательно, и дугообразные выступы 27 и 28 выпол- няют возможно большей. От давления среды на лопасть 19 она совместно с ротором 4 и гайкой 9 поворачивается в направлении стрелки Е и с помощью резьбового соединения перемеща- ет винт 11 с тягой в направлении стрелки И. Приближаясь к заторможенной перегородке 24, лопасть 19 углубляет выступ 42 в паз 43 бесконтактного выключателя 39, от сигнала которо- го блок 57 электроуправления выключает питание электродов 31 и электромагнита 72 и включает питание электромагнита 71. В результате исчезает тормозной эффект в зазоре д и с трубопроводами 62 и 63 соединяется левая секция гидро- распределителл 70. Вследствие этого среда под давлением по трубопроводу 63, канавке 59 и каналам 66 и 67 по

5

0 5 0

Q ц g

5

8456

ступает в камеру 26, а из камеры 25 по каналам 65 и 64, канавке 58 и трубопроводу 62 поступает на слив.

После исчезновения электрореологического тормозного эффекта перегородка 24 испытывает некоторый тормозной момент от трения уплотнений и щеток, поэтому для сохранения неподвижности ротора 4 на него возействуют дополнительным моментом трения посредством поджимаемого пружиной 76 плунжера 74, который, суммируясь с моментом трения от уплотнений 20 и 16, превышает момент трения перегородки 24. Вследствие указанного при подаче давления в камору 26 ротор 4 с лопастью 19 сохраняют неподвижность, а перегородка 24 начинает поворачиваться в направлении стрелки Е.

Когда в паз 43 бесконтактного выключателя 38 углубится выступ 42 якоря 40, поступает сигнал на блок 57 управления, который переключает гидрораспределитель 70 в правое положение и включает напряжение на электроды 31. В результате перегородка 24 вновь затормозится, а лопасть 19 с ротором 4 совершают поворот в направлении стрелки Е. При многократном повторении дискретных поворотов ротора винт 11 с тягой совершает сколь угодно большой ход. Окончанию перемещения перемещаемого объекта до упора сопутствует резкое увеличение давления в гидросистеме вследствие остановки ротора, что служит сигналом к возвращению органов управления гидродвигателем в исходное положение.

Для совершения обратного хода нажимают кнопку От на кнопочной колодке 73 управления, при-этом началу цикла соответствует включение золотника в левую позицию, в результате чего давление подается в камеру 26, вынуждая ротор 4 и перегородку 24 поворачиваться в направлении стрелки Ж и перемещать винт 11 в направлении стрелки К на режим детали.

Циклическая последовательность процессов совершается аналогично описанному, но в обратном порядке, т.е. от сигнала выключателя 39 происходит торможение перегородки 24, а от сигнала выключателя 38 - ее открепление.

В силу вязкости суспензии она постоянно сохраняется в зазоре Д независимо от включения камер 25 и 26 на слив, поэтому электрореологический

эффект возникает на всей протяженности дуговых секций электродов 31.

ii

Преимущества торможения перегородки с помощью электрореологического эффекта заключается в увеличении КПД.

Формула изобретения

Лопастной гидродвигатель, содержащий цилиндрический корпус, установленный в корпусе ротор с лопастью, перегородку, размещенную в кольцевой полости между корпусом и ротором, разделяющую кольцевую полость на рабочие камеры и имеющую цилиндрическую поверхность, обращенную к внутренней цилиндрической поверхности корпуса, средства фиксации подвижной перегородки в корпусе, каналы для подвода и отвода рабочей среды, гидрораспре)3

10

W

76

управления, о т л и- что, с целью

0

делитель и блок чающийся тем, повышения К1Щ за счет снижения сил трения при использовании электрореологического эффекта жидкости для торможения подвижной перегородки, средства фиксации выполнены в виде электродов, расположенных на двух участках цилиндрической поверхности перегородки, лежащих по разные стороны уплотнения, при этом между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и цилиндрической поверхностью участков перегородки образован зазор, а на боковых поверхностях перегородки, обращенных к рабочим камерам, установлены бесконтактные выключатели, причем электроды и бесконтактные выключатели соединены с блоком электроуправления газораспределителя. |

Фиг.1

, 35

22

30

41

37

15

Фиг 2

Б-Б

25

64

Фие.З

Изобретение относится к машиностроению и касается гидравлических двигателей дискретного вращательного движения. Цель изобретения - повышение КПД за счет снижения сил трения при использовании электрореологического эффекта для торможения перегородки. Лопастной гидродвигатель содержит цилиндрический корпус 1, установленный в нем ротор 4 с лопастью 19. В кольцевой полости между корпусом 1 и ротором 4 установлена перегородка 24, выполненная с двумя участками цилиндрической поверхности 30, лежащими по обе стороны уплотнения 34 и обращенными к внутренней поверхности корпуса 1. Цилиндрические поверхности 30 перегородки 24 расположены на двух дугообразных выступах 27 и 28 с зазором к внутренней поверхности корпуса 1 и снабжены электродами 31. На боковых сторонах 36, 37 перегородки 24 установлены бесконтактные выключатели 38, 39. Рабочие элементы в виде якорей 40, 41 бесконтактных выключателей 38, 39 закреплены на ответных боковых сторонах лопасти 19, взаимодействующей с перегородкой 24, электроды 31 и бесконтактные выключатели 38, 39 соединены с блоком электроуправления, связанным с гидрораспределителем. Вся система заполнена высококонцентрированной суспензий, обеспечивающей электрореологический эффект в зазоре между перегородкой 24 и внутренней поверхностью корпуса 1 при подаче напряжения на электроды 31. Таким путем обеспечивается эффективное торможение перегородки. 7 ил.

в-в

Г-Г

Фиг.Ь

Фиг.5

&1&

Фаз. 6

XЈ

Зк. Cm. От.

/ 73

Редактор М. Бланар

Составитель С.Брыкова

Техред М.ДидыкКорректор Н.Ревская

Заказ 314

Тираж 532

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г, Ужгород, ул. Гагарина, 101

У 6,2,U

Подписное