Пневмодвигатель Советский патент 1982 года по МПК F03C3/00 F15B15/12 

Изобретение относится к пне вмати ческим двигателям дискретного вращательного движения для передачи значительных крутящих моментов, которые могут найти применение в приводах станков, роботов в машиностроительной деревообрабатывающей, угольной и других отраслях промышленности. Известен пневмодвигатель, содержащии неподвижный корпус, размещенный в нем вал, кольцевую камеру, охватывающую вал, поршни с общим дугообразным штоком и неподвижную перегородку, размещенные в кольцевой камере с .66разованием рабочих полостей, каждая из которых снабжена впускным и выпуск ным отверстиями, и обгонный механизм ti 3. К недостаткам известного пневмодвигателя следует отнести сложность конструкции и недолговечность вследствие наличия соударяющихся металлических частей. Цель изобретения - упрощение конструкции и увеличение долговечности пневмодвигателя. Поставленная цель достигается тем, что в пневмодвигателе кольцевая камера выполнена замкнутой и снабжена упором, установленным в ней диаметрально противоположно неподвижной перегородке, по обеим сторонам которого на расстоянии, равном по меньшей мере длине поршня, расположенны выпускные отверстия, причем обгонный механизм выполнен в виде подпружиненных рычагов, один конец каждого из которых закреплен в корпусе на оси, перпендикулярной оси вала, а на другом конце выполнены регулируемые выступы, взаимодействующие с двух сторон с кольцевой камерой. На фиг. 1 представлен пневмодвигатель 6, продольный разрез, на фиг. 2 - вид по -стрелке на фиг.1, на фиг. 3 - бид Б на фиг. 1, на иг. разрез В-В на фигj 1, на

фиг. 5 пульсатор, продольный разрез; на фиг, 6 - разрез Г-Г на фиг. 5.

Пневмодвигатель содержит вал 1, установленный в корпусе 2, кольцевую камеру 3 с крышкой Ц.

Кольцевая камера 3 охватывает вал 1 и жестко закреплена на нем. В кольцевой камере 3 установлена неподвижная перегородка 5 и размещены поршни 6 и 7 с общим дугообразным штоком 8, образующие две рабочие полости. Диаметрально противоположно неподвижной перегородке 5 расположен упор 9 с отверстием для штока 8. В кольцевой камере 3 выполнены два осевых канала 10 и 11, каждый из которых сообщен соответственно с впускными отверстиями 12 и 13 расположен ными в торцах неподвижной перегородки 5. Каналы 10 и 11 расположены на разных радиусах относительно оси вала 1 . На сопряженном с кольцевой камерой 3 торце плоского диска 14, неподвижно укрепленного в корпусе 2, выполнены кольцевые канавки 15 и 16, которые постоянно сообщены соответственно с каналами 10 и 11 с одной стороны и отверстиями 17 и 18 для . подвода рабочей среды с другой стороны. В кольцевой камере 3 имеются выпускные отверстия 19 и 20, сообщающие рабочие полости с атмосферой. Выпускные отверстия 19 и 10 расположены от упора 9 на расстоянии, равном длине поршня 6 и 7.

Обгонный механизм пневмодвигателя выполнен в виде двух аналогичных рычажных заклинивающих устройств с рычагами 21 и 22, один конец каждого из которых закреплен в корпу. се 2 на оси 23. состоящей из двух частей. Ось 23 перпендикулярна оси вала 1. На втором конце каждого рычага 21 и 22 имеется паз, охватывающий с зазором кольцевую камеру 3

В стенках паза, обращенных к боковым поверхностям кольцевой камеры 3 установлены регулируемые выступы рычага 21 и 28 - 31 рычага 22. Выступы 26 и 27, 28 и 29 разнесены и расположены симметрично относительно продольных осей рычагов 21 и 22, а выступы 2k и 25, 30 и 31 на каждом рычаге расположены рядом, и каждая из этих пар выступов противоположно смещена относительно плоскости через которую проходят оси рычагов 21 и 22 и вала 1. Такое различие в установке выступов на

рычаге 21 и 22 обеспечивает первому рычагу способность заклинивания кольцевой камеры 3 при одном-направлении ее вращеж я, а второму - при противоположном направлении вращения.

В каждом заклинивающем устройстве имеется кривошипный валик 32 с кривошипным пальцем 33 и ограничителями 3 и 35 его поворота, которые могут взаимодействовать с кронштейном 36 в своих крайних положениях. Кривошипный палец 33 кривошипного валика 32 соединен пружиной 37 с пальцем 38, укрепленным на соответствующем рычаге 21 либо 22 эксцентрично

относительна оси 23Пневмодвигатель работает от пульстора, выполненного, например, в виде генератора пневматических сигна, лов (фиг. 5 и 6), который содержит стакан 39 с крышкаи tO и 41, внутри которого имеются камеры 42 и 43, разделенные стенкой 44. В крышке 40 выполнено сквозное отверстие 45, на которое уложена пластина 46 со штоком 47. Шток 47 помещен в направляющее сквозное отверстие в стенке 44 и подпружинен пружиной 48 в сторону отверстия 45. На штоке 47 ближе к пластине 46 выполнены продольные пазы 49 на длине, большей чем толщина стенки 44. В камере 42 имеется выходное отверстие 50 для соединения трубопроводом с отверстиями 17 либо 18 пневмодвигателя, а камера 43 посредством отверстия 51 сообщена с атмосферой.

Пневмодвигатель обеспечивает дискретное вращение вала с реверсом и фиксированную его остановку в заданном положении.

Он работает следующим образом.

В исходном положении поршень 6, например, соприкасается с неподвижной перегородкой 5 а одно из заклинивающих устройств находится во включенном состоянии, характеризуемом тем, что кривошипный валик 32 принудительно повернут в положение до упора его ограничителя в кронштейн Зб, а рычаг 21, испытывая действие момента силы пружины 37 направленного относительно оси 23 в сторону вращения часовой стрелки (фиг. 2), получает смещение в этом направлении и в пределах зазора в сопряжении с осью 23. обеспечивает контакт выступов 25 и 27 и отсутствие контакта выступов 24 м 26 с кольцевой камерой 3. Второе заклини вающее устройство находится в выклю ченном состоянии, при котором рымаг 22 под действием пружины 37 занимает такое положение, при котор в соприкосновении с кольцевой камерой 3 находятся лишь выступы 29 и 3 При этом каждое заклинивающее устро ство может иметь два устойчивых сос тояния (включенное и выключенное), определяемых направлением действия момента упругой силы пружин 37 относительно оси 23 и обеспечиваемых внешним воздействием на коленчатый валик 32 и его поворотом в одно из двух предельных положений до упора одного из ограничителей 3 и 35 о кронштейн 36. Положение заклинивающего устройства (фиг, 2), при котором гдаодольная ось пружины 37 совпадает с осью рычага, является неустойчивым и не сохраняется в работе. Здесь момент силы пружины 37) действующий на рычаг относительно оси 23 равен нулю, а при весьма незначительном повороте кривошипного валика 32 из этого положения в том или другом направлении соответственно меняется направление момента силы пружины 37 действующего на рычаги 21 и 22, и кривошипный валик 32 автоматически занимает одно из устойчивых положений. При включенном состоянии каждого заклинивающего устройства расстоя ние между осями его выступов 25 и 27 либо 28 и 30, контактирующих с кольцевой камерой 3; является меньшим относительно расстояния между ося.ми выступов 2 и 26, либо 29 и 31|при выключенном состоянии расстояние между осями его контактирующих выступов является большим относитель но расстояния- между осями неконтакти рующих выступов. При включенном состоянии заклинивающего устройства обеспечивается заклинивание кольцевой камеры 3 при передаче с ее стороны на рычаг крутящего момента, совпадающего по направлению 6 крутящим моментом 37 а при выключенном состоянии заклинивающего устройства последний в любых случаях не обеспечивает заклинивания. В отверстие 5 генератора подается сжатый воздух. Струя сжатого воздуха, наполняя камеру 42, присасывает пластину 6 к торцу отверстия с силой, уменьшающейся по мере напол k нения камеры 42. При этом за счет направленной вверх избыточной силы, равной произведению давления в камере .42 на площадь поперечного сечения штока 47, пластина 46 со штоком 47 перемещается с ускорением вверх, преодолевая усилие пружины 48. В камере 42 повышается давление.Сжат тый воздух поступает из камеры 42 через отверстие 50, трубопровод к пневмодвигателю в отверстие 18 (отверстие 17 закрыто), канавку 16, осевой канал 11, впускное отверстие 13 под поршень 6, вследствие чего поршни 6 и 7 со штоком 8, совершая холостой ход, медленно перемещаются в кольцевой камере 3. При этом происходит сжатие атмосферного воздуха, заключенного между поршнем 7 и неподвижной перегородкой 5. Сжимается воздух также между поршнем 6 и упором 9, начиная с момента, когда поршень 6 перекроет выпускное отверстие 19. Под действием поступающего из камеры 42 генератора сжатого воздуг. ха поршни 6 и 7 перемещаются до тех пор, пока не уравновесятся силами давления сжимаемого атмосферного воздуха. В равновесном состоянии между поршнем 7 и неподвижной перегородкой 5 обеспечивается зазор благодаря заключенному между ними сжатому воздуху. Выпускное отверстие 19 оказывается закрытым поршнем 6, и такое состояние способно сохраняться. В дальнейшем по мере ускоренного перемещения штока 47 вверх в генераторе происходит быстрое сообщение камеры 42 с камерой 43 через каналы, образованные пазами 49 штока 47 и цилиндрической поверхностью направляющего отверстия в стенке 44,. а из камеры 43 сжатый воздух через отверстие 51 вытекает а атмосферу. В камере 43 резко понижается давление рабочей среды до атмосферного, KOTopQe также понижается под поршнем 6, в результате чего поршни 6 и 7 со штоком 8 придут в движение в обратном направлении относительно кольцевой камеры 3 и приобретут определенный запас кинетической энергии. В конце движения поршни 6 и 7 взаимрдействуют соответственно с неподвижной перегородкой 5 и упором 6. При этом передача импульса кольцевой камере 3 осуществляется через воздушные подушки, образованные между упором 9 и поршнем 7. при закрытии последним выпускного отверстия 20 и между поршнем 6 и неподвижной перегородкой 5 вследствие резкого сжатия объема воздуха, заключенного между ними, и вал 1 приходит во вращательное движение в направлении, показанном стрелкой (г. k) . Первый и второй заклинивающий механизмы не препятствуют движению кольцевой камеры 3 с валом 1, Рычаг 21 под действием сил трения между выступами 29 и 31 и кольцевой камерой 3 получает переме щение вокруг оси 23 в направлении, противоположном направлению действи на него момента силы пружины 37 обеспечивая расклинивание кольцевой камеры 3 и беспрепятственное ее вращение, а контактирующие выступы рычага 22 не вызывают заклинивающего действия, так как расстояние межд их осями является большим, чем необходимо для заклинивания. В момент передачи импульса полост расположенная между неподвижной пере городкой 5 и поршнем 7, сообщается с атмосферой через выпускное отверстие 20, В дальнейшем шток kj с пластиной 46 генератора возвращаются в. исходное положение и цикл повторяется. Остановка вала 1 при его вращении осуществляется переключением второго заклинивающего устройства из преж него состояния, выключенного в состо ние включенного .путем внешнего управ ляющего воздействия на кривошипный валик 32 и поворота его вотлиС|ное от прежнего его устойчивое положение относительно кронштейна 36. Вследствие этого выступы 28 и 30 рычага 22 приходят в контакт с кольцевой камерой 3 и заклинивают послед нюю при ее стремлении повернуться в направлении, показанном стрелкой (фиг. Ц}, Чтобы получить вращение вала 1 пневмодвигателя в обратном направлении, необходимо каждое заклинивающее устройство переключить из прежне го состояния в новое, а также заглу шить отверстие 18, соединив отверстие 17 с отверстием 50 генератора. Регулирование частоты пульсаций давления обеспечивается .величиной 4 .8 расхода рабочей среды, подаваемой к отверстию 5 генератора, а регулирование максимального давления в камере 42 - усилием пружины kB, эти регулируемые параметры соответствуют частоте и величине импульсов движущих сил вала 1 двигателя. Эффективность предлагаемого устройства достигается за счет упрощения конструкции, возможности реверсирования движения, точного позиционирования вала и регулирования в отдельности частоты и величины импульсов движущихся сил. Кроме того, уравновешенность поршней и системы действующих еил, а также отсутствие соударяющих частей пневмодвигателя улучшают его эксплуатационные показатели и долговечность. Формула изобретения Пневмодвигатель, содержащий непод- вижный корпус, размещенный в нем вал, кольцевую камеру, охватывающую вал, поршни в общим дугообразным штоком и неподвижную перегородку, размещенные в кольцевой камере с образованием рабочих полостей, каждая из которых снабжена впускным и выпускным отверстиями, и обгонный механизм, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и увеличения долговечности, кольцевая камера выполнена замкнутой и снабжена упором, установленным в ней диаметрально противоположно неподвижной перегородке, по обеим сторонам которого на расстоянии, равном по меньшей мере длине поршня, расположены выпускные отверстия, причем обогонный механизм выполнен в виде подпружиненных рычагов, один конец каждого из которых закреплен в корпусе на оси, перпендикулярной оси вала, а на другом конце выполнены регулируемые выступы, взаимодействующие с двух сторон с кольцевой камерой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент ФРГ № , кл. F 01. С 9/00, 1979.

.2.