Газопривод (варианты)
Использование: в энергомашиностроении при проектировании приводов для преобразования энергии сжатой среды (воздуха, пара, газа) в механическую работу. Сущность изобретения: в газоприводе предусмотрено три варианта усовершенствования системы распределения рабочей среды - с помощью подвижных втулок с профильными кулачковыми выступами и дополнительных цилиндропоршневых групп, с помощью рычажно-кулачковой системы и профилированных каналов, а также с помощью электромеханической системы управления распределением. 3 с. п., 1 з.п. ф-лы, 13 ил.
Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано при проектировании приводов для преобразования энергии сжатой среды (воздуха, газа, пара) в механическую работу.
Известен газопривод, содержащий корпусы, равномерно расположенные в них по окружности оппозитные цилиндры с крышками, имеющими впускные и выпускные отверстия, поршни, размещенные в цилиндрах и попарно соединенные штоками посредством шаров с наклонным разъемным диском, установленным на валу, и подвижные заслонки с выпускными каналами, закрепленные на валу с возможностью совмещения их каналов с одноименными отверстиями крышек (ДЕ, патент N 2618556, кл. F 01 В 3/02, 1978). Недостатком является то, что максимальная полезная работа вырабатывается в известном газоприводе только при условии определенного стабильного давления сжатой среды, а так же то, что газопривод не имеет решения реверсивной работы с извлечением максимальной полезной работы из нестабильной сжатой среды, не решена задача торможения и получения управляемой дополнительной мощности при повышенном давлении сжатой среды. Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения является извлечение максимальной полезной вращающей работы из нестабильной сжатой среды, получение дополнительной мощности при повышении давления, реверсивное вращение вала, торможение вала, а так же снижение утечки сжатой среды. Для извлечения максимальной полезной вращающей работы из нестабильной сжатой среды и получения дополнительной мощности при повышенном давлении без реверсивности в тех случаях, когда утечка cжатой среды незначительна, газопривод выполняют в варианте I. Для извлечения максимальной полезной вращающей работы из нестабильной сжатой среды, получения дополнительной мощности при повышенном давлении реверсивного движения и торможения вала газопривод выполняют в варианте II. В варианте II дополнительной мощностью управляют изменением давления в дополнительных цилиндрах, поршни которых установлены с возможностью через шток и рычаг передавать усилие на упорные подшипник и пружину, установленные с возможностью поднимать составной стакан. Cнижение утечки сжатой среды в варианте III выполнения газопривода достигают тем, что перекрывают входные каналы в цилиндры подпружиненными электромагнитными плунжерами, катушки которых установлены с возможностью посредством щеток на щеткодержателе контактировать с одним из оппозитиопрофильных коллекторов, причем щеткодержатель установлен смещенным в одну из крайних позиций и с возможностью взаимодействия с винтовым профилем, а коллектор на цилиндровой втулке с камерой установлен с возможностью сжимать стабилизирующую пружину вдоль шпонки вала с подпиткой его камеры сжатой средой. Дополнительной мощностью управляют так же как и во втором варианте изменением давления в дополнительных цилиндрах. Для обеспечения реверса на поворотной оси дополнительно установлен винтовой профиль с возможностью взаимодействия посредством водила с подвижным щеткодержателем. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично показан общий вид газопривода, вариант I; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - развертка поверхности профильного кулачка; на фиг.4 общий вид газопривода, вариант II; на фиг. 5 разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.6 разрез В-В на фиг.5; на фиг.7 разрез Г-Г на фиг.5; на фиг.8 разрез Д-Д на фиг.5; на фиг.9 график заполнения цилиндров сжатой средой и развертка поверхности профильного кармана; на фиг. 10 общий вид газопривода, вариант III; на фиг.11 разрез Е-E на фиг.10; на фиг.12 разрез Ж-Ж на фиг.10; на фиг.13 электрическая схема. Газопривод содержит корпус 1, в котором на подшипниках 2 установлен вал 3. На валу 3 жестко наклонно закреплен разъемный диск 4 с кольцевой канавкой 5. В корпусе 1 по окружности размещены цилиндры 6, в которых перемещаются поршни 7, попарно соединенные штоками 8 с пальцами 9 и установленными на них шарами 10 с возможностью катиться в кольцевой канавке 5 разъемного диска 4. Цилиндры 6 закрыты крышками 11, в которых выполнены впускные 12 и выпускные отверстия 13. Выпускные отверстия 13 закрываются подвижными заслонками 14, которые жестко закреплены на валу 3, в подвижных заслонках 14 выполнены серповидные каналы 15 (фиг.2) на полоборота, совпадающие по радиусу с выхлопными отверстиями 13 в крышке цилиндров 11. Подвижная заслонка 14 прикрыта наружной крышкой 16, в которой выполнены отверстия 17, совпадающие с впускными отверстиями 12, а отверстия 18 совпадают с выхлопными отверстиями 13 в крышке 11 цилиндров 6. Впускные отверстия 12 цилиндров 6 перекрываются плунжерами 19 с колесиками 20, подпружиненными пружинами 21. При вращении вала 3 плунжерные колесики 20 катятся по поверхности профильного кулачка 22. Профильный кулачек 22 подпружинен пружиной 23 вдоль вала 3 по направляющей шпонке 24. Противоположный торец профильного кулачка 22 упирается на упорный подшипник 25, взаимодействующий посредством рычага 26 и штока 27 с поршнем 28 дополнительного цилиндра 29. Рычаг 26 поворачивается на оси 30, закрепленной на кронштейне 31. Продолжение рычага 26 скреплено тросом 32, намотанным на барабан 33 с рукояткой 34. Барабан 33 подпружинен пружиной 35 для натяжки тросов 32. Дополнительный цилиндр 29 подпитывается сжатой средой по трубе 36 (фиг.2). Трубопровод 37 перекрыт краном 38 (фиг.1). Корпус 1 скреплен винтами 39, а подвижные части закрыты кожухом 40. Второй вариант выполнения газопривода с торможением и реверсом изображен на фиг. 4,5,6,7,8 и 9. Кран 41 служит для подачи сжатой среды, кран 42 служит для сообщения с атмосферой, переходник 43 со сферической поверхностью поджат пружиной 44 к торцу вала 3. В центре вала 3 имеется отверстие 45 с выходами 46 в камеры 47 составных-сборных стаканов 48. Стакан 48 подпружинен пружиной 49, которая упирается на подпятник 50. Разделительные каналы 51 исходят из камеры 47 стакана 48 на разной высоте и соединяют ее с профильными карманами 52, выполненными взаимно-оппозитно на стенке стакана 48 на одном уровне. Один из разделительных каналов 51 в камере 47 постоянно закрыт подвижной втулкой 53, которая посредством лапок 54 и тяг 55, проходящих свободно в отверстия в стакане 48, подпятнике 50, в подвижной заслонке 56, жестко скреплена с желобковой шайбой 57. В камере 47 стакана 48 подвижная втулка 53 фиксируется в крайних позициях шариками 58, поджатыми пружинами 59, которые закрыты винтами 60. Второй уровень шариков 58 с пружинами 59 находится под углом (на чертеже не показаны). В корпусе 1 выполнены впускные коленообразные каналы 61. Над каждым цилиндром 6 в крышке 11 выполнены по два взаимно смещенных выпускных отверстия 62, которые совпадают с одним из отверстий 63 или 64 в промежуточной заслонке 65 при ее крайних позициях, а при промежуточной позиции выпускные отверстия 63, 64 перекрываются. Подвижная заслонка 56 жестко посажена на вал 3, на одной половине большого радиуса заслонки 56 выполнен cерповидный канал 66, совпадающий с одним из выпускных отверстий в крышке 11, а на другой половине серповидный канал 67 меньшего радиуса, совпадающий с другим выпускным отверстием. Крышка 68 имеет те же выпускные отверстия, что и крышка цилиндров 11. На выходе вала 3 установлены упорные подшипники 69 с площадкой 70, на них жестко закреплены штыри водила 71 с возможностью перемещаться в сквозных отверстиях составного стакана 48, подвижной заслонки 56, желобковой шайбы 57 и упираются в подпятник 50. Рычаг 72, установленный на оси 73 кронштейна 74, одним плечом упирается на упорный подшипник 69, другим взаимосвязан со штоком 75 поршня 76 в дополнительном цилиндре 77. В дополнительный цилиндр 77 подается давление по трубопроводу 78. Вдоль корпуса установлена поворотная ось 79, на которой жестко закреплены эксцентрики 80, которые входят в выточку 65 промежуточной заслонки, а по торцам оси 79 закреплены винтовые профили 81, ось поворачивается рукояткой 82. На фиг.9 изображен график заполнения цилиндров сжатой средой, где Р изменение давления, а V изменение объема цилиндра. Третий вариант газопривода с коллектором изображен на фиг.10, 11, 12, 13. Трубопровод 83 сжатой среды перекрыт краном 84. Одна часть трубопровода 83 служит для распределения сжатой среды по цилиндрам 6, а другая подведена посредством концевика 85 со сферической поверхностью к торцу вала 3 и поджата пружиной 86. Вал 3 имеет отверстие 87 с выходом в камеру 88, образованную цилиндровой втулкой 89 и валом 3. Цилиндровая втулка 89 подпружинена пружиной 90, установлена с возможностью перемещаться по направляющей шпонке 91 вдоль вала 3, а опорой пружине 90 служит упорный подшипник 92, способный перемещаться вдоль вала 3. Цилиндровая втулка 89 покрыта изоляционным слоем 93, на котором установлен кольцевой коллектор 94, а рядом на разных уровнях взаимно оппозитно расположены профильные коллекторы 95, образующие с кольцевыми коллекторами единый токопровод. Токопроводящая щетка 96, поджата пружиной 97 к кольцевому коллектору 94. Щеткодержатель 98 жестко закреплен на штырях 99, а щеткодержатель 100 установлен подвижно вдоль штырей 99. На нем по периметру установлены поджатые пружинами 101 токосъемные щетки 102, которые посредством токопроводов подключены к электромагнитным катушкам 103. Рычаг 104, установленный на оси 105, кронштейна 106, одним плечом упирается на упорный подшипник, а другим взаимосвязан со штоком 107, поршня 108, дополнительного цилиндра 109, куда по трубопроводу 110 подается давление. Трубопроводы 83, подведенные к цилиндрам 6, перекрыты плунжерами 111, которые подпружинены пружинами 112. Крышки 113 цилиндров 6, аналогичны крышками второго варианта и имеют такие же двойные выхлопные отверстия 114 и 115. Аналогично второму варианту промежуточная заслонка 116 выполнена с отверстиями 117 и 118. Подвижная заслонка 119 жестко закреплена на валу 3 и имеет серповидный канал 120 большего радиуса и серповидный канал 121 меньшего радиуса на другой половине плоскости. Крышка 122 имеет аналогичные выпускные отверстия, что и крышка цилиндров 113. Вдоль корпуса установлена поворотная ось 123, на оси жестко закреплены эксцентрики 124, которые входят в выточку промежуточной заслонки 116, как во втором варианте. На поворотной оси 123 дополнительно закреплен барабан 125 с винтовым профилем 126, который находится в постоянном сцеплении с водилом 127, жестко установленным на подвижном щеткодержателе 100. Поворачивается ось 123 рукояткой 128, в конце поворота барабан 125 фиксируется пружиной 129. На фиг.13 изображена электрическая схема включения катушек 103 электромагнитных плунжеров с выключателем 130. Газопривод (первый вариант) работает следующим образом. При открытом кране 38 сжатая среда, пройдя по трубопроводу 37 через открытый плунжер 19, впускное отверстие 12 в крышке цилиндров 11, поступит в один из цилиндров 6, например, в правый верхний цилиндр. В это время под нижним поршнем 7 штока 8, в емкости цилиндра 6 происходит вытеснение отработанной сжатой среды в атмосферу, посредством выпускного отверстия 13 в крышке цилиндров, серповидного канала 15 на подвижной заслонке 14 и отверстия 18 в наружной крышке 16. Причем, серповидный канал 15 занимает половину подвижной заслонки 14. Сжатая среда, поступающая в цилиндр 6 давит на поршень 7 и передает усилие на шток 8, палец 9 и шар 10. Далее, усилие передается на кольцевую канавку 5, разъемного диска 4, закрепленного наклонно-жестко на валу 3. Два противоположных поршня 7, смещенных на полоборота, например, слева и справа от вала, работают синхронно в противофазе, создавая пару сил вращения на кольцевую канавку 5 разъемного диска 4, т.е. вращают вал газопривода. После расширения отработанная среда воздух, пар, газ, обратным ходом поршня 7 вытесняется в атмосферу. Энергия сжатой среды максимально преобразуется в механическую работу, когда она поступает в цилиндр 6 с поршнем на определенный ход, а остальной ход, до крайней точки, происходит при расширении и падении давления, приближаясь к атмосферному. Для того, чтобы определить при каком давлении на какой ход поршня необходимо подать сжатую среду в цилиндр существует математическая формула:![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/284/2848935.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/284/2848936.gif)
Формула изобретения
1. Газопривод, содержащий корпусы, равномерно расположенные в них по окружности оппозитные цилиндры с крышками, имеющими впускные и выпускные отверстия, поршни, размещенные в цилиндрах и попарно соединенные штоками посредством шаров с наклонным разъемным диском, установленным на валу, и подвижные заслонки с выпускными каналами, закрепленные на валу с возможностью совмещения их каналов с одноименными отверстиями крышек, отличающийся тем, что он снабжен установленными на концах вала упорными подшипниками и подпружиненными к ним втулками с профильными кулачковыми выступами, плунжерами, подпружиненными к валу, установленными радиально снаружи заслонок и крышек цилиндров с возможностью перекрытия их каналов и отверстий и имеющими ролики, расположенные с возможностью взаимодействия с профильным кулачковым выступом втулки, дополнительными цилиндрами с поршнями и штоками, барабаном с рукояткой и намотанным на нем тросом и рычагами, одни концы которых соединены с концами троса и штоками дополнительных поршней, а другие установлены с возможностью взаимодействия с упорными подшипниками и втулками вала. 2. Газопривод, содержащий корпусы, равномерно расположенные в них по окружности оппозитные цилиндры с крышками, имеющими впускные и выпускные отверстия, поршни, размещенные в цилиндрах и попарно соединенные штоками посредством шаров с наклонным разъемным диском, установленным на валу, и подвижные заслонки с выпускными каналами, закрепленные на валу с возможностью совмещения их каналов с одноименными отверстиями крышек, отличающийся тем, что он снабжен подпружиненными вдоль вала составными стаканами с оппозитно-профильными карманами на поверхности, соединенные с камерой внутри стакана, разделительными каналами на разной высоте, перекрываемые подвижными втулками, которые посредством тяг скреплены с шайбами, имеющими профильные пазы, поворотной осью с закрепленными на ней винтовыми профилями, способными входить во взаимодействие с профильными пазами шайб, рукояткой, эксцентриками, взаимодействующими с промежуточными заслонками, содержащими выпускные каналы, дополнительными цилиндрами с поршнями, штоками и рычагами, кинематически связанными посредством упорных подшипников и водил с подпружиненными подпятниками и составными стаканами, причем в корпусах выполнены впускные коленообразные каналы, сообщенные с цилиндрами и профильными карманами, в крышках выполнены дополнительные выпускные отверстия, одни из которых расположены с возможностью перекрытия промежуточными заслонками, а другие с возможностью совмещения с каналами промежуточных и основных заслонок с образованием выпускного тракта. 3. Газопривод, содержащий корпусы, равномерно расположенные в них по окружности оппозитные цилиндры с крышками, имеющими впускные и выпускные отверстия, поршни, размещенные в цилиндрах и попарно соединенными штоками посредством шаров с наклонным разъемным диском, установленным на валу, и подвижные заслонки с выпускными каналами, закрепленные на валу с возможностью совмещения их каналов с одноименными отверстиями крышек, отличающийся тем, что он снабжен впускными каналами, перекрытыми подпружиненными электромагнитными плунжерами, катушками, подключенными к токосъемным щеткам, установленным на подвижном щеткодержателе, способным контактировать с оппозитно-профильными коллекторами на изолированной втулке, подпружиненной вдоль вала с образованием камеры переменного объема, дополнительным кольцевым коллектором, контактирующим с токоподводящей щеткой на щеткодержателе, дополнительным цилиндром с поршнем и штоком, кинематически связанным с изолированной втулкой, осью с закрепленными на ней эксцентриками, рукояткой и барабаном с винтовым профилем, входящим в зацепление с водилом на подвижном щеткодержателе, причем токоподводящий щеткодержатель жестко закреплен на штырях, а токосъемный щеткодержатель установлен на них с возможностью перемещения вдоль вала посредством действия винтового профиля на водило. 4. Газопривод по пп. 2 или 3, отличающийся тем, что он снабжен устройством уравновешивания пружин втулки или стаканов, выполненным в виде камер переменного объема, образованных втулкой или стаканами с валом и подключенных к источнику сжатой среды посредством выполненных в валу каналов.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13