двигатель

Формула изобретения

ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус с цилиндрической рабочей полостью и газораспределительными каналами, ротор, выполненный в виде четырех шарнирно связанных между собой полуцилиндров, и механизм синхронизации их движения, включающий выходной вал и кулачок, отличающийся тем, что дополнительно снабжен цилиндрическим стаканом, жестко связанным с выходным валом и имеющим радиально расположенные окна, внутри которого размещены ротор и кулачок, причем механизм синхронизации выполнен в виде эвольвентного зацепления, расположенного на внутренней поверхности стакана и внешней поверхности полуцилиндров с возможностью взаимного их контакта по всей длине, кулачок жестко связан с корпусом, а газораспределительные каналы корпуса выполнены с возможностью периодического сообщения с окнами стакана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкции объемных машин с вращательным и возвратно-поступательным движением рабочих органов.

Известен радиально-поршневой высокомоментный двигатель двукратного действия, используемый в гидравлических системах (Башта Т. М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М. : Машиностроение, 1974, с. 171, рис. 53а). Двигатель имеет свободно посаженный на цапфу цилиндровый блок с звездообразным расположением нескольких цилиндров, смещенных один относительно другого на равные углы. Оси цилиндров блока расположены в общей плоскости и пересекаются в центре вращения блока. Поршни цилиндров прижимаются к статорной обойме под действием центробежных сил и усилия пружин. Статорная обойма выполнена в виде овала. Распределение рабочего тела осуществляется через выполненные в цапфе окна, с которыми при вращении блока поочередно соединяются цилиндры через отверстия в их донышках. Распределительные окна через осевые каналы цапфы соединяются с всасывающей и нагнетающей магистралями.

К недостаткам известного двигателя следует отнести то, что двигатели с радиальным расположением рабочих цилиндров достаточно громоздки и имеют более высокие моменты инерции вращающихся частей, поэтому они менее приемисты и более тихоходны. Кроме того, для увеличения крутящего момента применяют конструкции с несколькими рядами цилиндров: общее число цилиндров во всех рядах доходит до 50-60, что значительно влияет на габариты и общую материалоемкость конструкции. Хорошие динамические свойства показывают двигатели, у которых направляющая кольца обеспечивает параболический закон перемещения поршня, а также двигатели, статорное кольцо которых выполнено по архимедовой спирали, что усложняет конструкцию и затрудняет изготовление таких двигателей.

Известен также двигатель [1] , выбранный в качестве прототипа заявляемого технического решения и содержащий неподвижный корпус с цилиндрической рабочей полостью и газораспределительными каналами. В рабочей полости корпуса расположен ротор, который состоит из четырех шарнирно связанных между собой полуцилиндров, движение которых синхронизируется отдельным механизмом, включающим выходной вал и профилированный кулачок.

Недостатком известного двигателя являются довольно сложная конструкция механизма синхронизации движения шарнирно связанных между собой полуцилиндров и низкая надежность герметичного разделения рабочих камер двигателя, что ведет к снижению надежности двигателя в целом.

Целью изобретения является повышение надежности механизма синхронизации и обеспечение герметичного разделения рабочих камер двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в двигателе, содержащем полый корпус с каналами для подвода рабочего тела, установлен цилиндрический стакан с четырьмя радиально расположенными окнами, жестко связанный с выходным валом двигателя. Внутри стакана размещены ротор, состоящий из четырех шарнирно связанных между собой полуцилиндров, и профилированный кулачок, жестко связанный с корпусом. Механизм синхронизации движения полуцилиндров ротора выполнен в виде эвольвентного зацепления, расположенного на внутренней поверхности стакана и внешней поверхности полуцилиндров с возможностью их взаимного контакта по всей длине.

Отличие заявляемого устройства от прототипа состоит в том, что в предлагаемом двигателе используется цилиндрический стакан, жестко связанный с выходным валом, внутри которого размещены ротор и кулачок, а механизм синхронизации выполнен в виде эвольвентного зацепления, расположенного на внутренней поверхности стакана и внешней поверхности полуцилиндров с возможностью их взаимного контакта по всей длине, причем кулачок жестко связан с корпусом двигателя, а газораспределительные каналы корпуса выполнены с возможностью периодического сообщения с окнами стакана.

Отмеченные отличительные признаки совместно с признаками, являющимися сходными для предлагаемого технического решения и двигателя по прототипу, обеспечивают создание работоспособной конструкции, обладающей надежным механизмом синхронизации и герметичным разделением рабочих камер, поскольку использование эвольвентного зацепления между внутренней поверхностью стакана и внешними поверхностями полуцилиндров с возможностью их взаимного контакта по всей длине позволяет решить задачу надежного и герметичного разделения рабочих камер и обеспечить синхронную работу шарнирно связанных между собой полуцилиндров ротора без использования дополнительных специальных устройств.

Таким образом, отличительные признаки являются существенными, так как в совокупности со сходными признаками позволяют получить тот положительный эффект, который является целью изобретения. Наличие отличительных существенных признаков в заявляемом решении указывает на его соответствие критерию "новизна".

Дополнительно проведенный поиск известных в науке и технике решений, способных содержать отличительные от прототипа признаки, показал, что в известных решениях такого сочетания признаков нет. Следовательно, можно констатировать, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен двигатель, аксонометрия; на фиг. 2 и 3 - продольный и поперечный разрезы двигателя; на фиг. 4-6 - работа двигателя.

Двигатель содержит неподвижный корпус 1, на внутренних стенках которого выполнены каналы 10 для подвода рабочего тела, крышку 2 корпуса с каналами 8 для подачи и слива рабочего тела. В корпусе 1 на подшипниках 7 установлен цилиндрический стакан 3 с четырьмя радиально расположенными окнами 11. Стакан 3 выполнен в жестком соединении с валом отбора мощности 4. Внутри стакана 3 на его продольной оси установлен профилированный двухвершинный кулачок 5, зафиксированный относительно вертикальной оси двигателя и неподвижного корпуса 1 в определенном положении. Кулачок 5 взаимодействует с шарнирно связанными между собой полуцилиндрами ротора 6. По всей длине внешних поверхностей полуцилиндров ротора 6 выполнены элементы эвольвентного зацепления 9, которые находятся в постоянном контакте с элементами эвольвентного зацепления 12, расположенными на внутренней поверхности стакана 3. Использование элементов эвольвентного зацепления 9 и 12 позволяет не только обеспечить точную синхронизацию движения полуцилиндров ротора 6, но и повысить надежность герметичного разделения смежных рабочих камер двигателя.

Двигатель работает следующим образом. Когда окна 11 полостей А и В находятся в поле действия каналов 10п (подвода рабочего тела под давлением), а окна 11 полостей Б и Г находятся в поле действия каналов 10с (слива рабочего тела), полости А и В заполняются рабочим телом и увеличивают свой объем, а из полостей Б и Г рабочее тело идет на слив, вследствие чего давление действует на рабочие (внешние) поверхности полуцилиндров ротора 6 и перемещает их, при этом одновременно уменьшается объем полостей Б и Г. При перемещении полуцилиндры ротора 6 обкатывают двухвершинный кулачок 5 и поворачивают стакан 3, а вместе с ним и вал отбора мощности 4 вокруг продольной оси двигателя (фиг. 4). В то же время окна 11 полостей А и В попадают в поле действия каналов 10с, а окна полостей Б и Г в поле действия каналов 10п. Полости Б и Г через свои окна заполняются рабочим телом под давлением и увеличивают свой объем, в то время как из полостей А и В через окна стакана 3 рабочее тело идет на слив и не оказывает значительного сопротивления движению полуцилиндров ротора 6, вызванному влиянием давления рабочего тела в полостях Б и Г (фиг. 5 и 6).

Таким образом, попеременное увеличение и уменьшение объема рабочих камер А, В и Б, Г двигателя вызывает соответствующие движения шарнирно связанных между собой полуцилиндров ротора 6, обкатывающих профилированный двухвершинный кулачок 5 и передающих движение цилиндрическому стакану 3 с валом отбора мощности 4.

По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение дает возможность изготовить двигатель с более точной синхронизацией движения шарнирно связанных между собой полуцилиндров ротора и повысить надежность герметичного разделения смежных рабочих камер.

Данный двигатель целесообразно использовать в качестве исполнительного механизма в гидравлических системах. Благодаря малым габаритам и высоким динамическим качествам двигателя, а также простоте автоматизации управления применение таких гидродвигателей особенно рационально в горных машинах, эксплуатирующихся в стесненных условиях рабочего пространства (шахтах). Применение этих двигателей в шахтном оборудовании позволяет уменьшить габариты привода горных машин, придавая им во многих случаях новые технические качества, а также повысить безопасность труда, т. к. в забое находится взрывобезопасный гидравлический двигатель.

Испытания, проведенные на макетном образце, изготовленном в соответствии с предложенным техническим решением (рабочий объем 160 см³, масса двигателя 3,4 кг, рабочее давление на входе в двигатель от 0 до 4 кгс/см²), показали устойчивую и надежную работу двигателя во всем диапазоне изменения числа оборотов от 0 до 2600 об/мин и от 2600 до 0 об/мин при многократных изменениях режима работы двигателя путем изменения величины рабочего давления на входе в двигатель.