ЦИЛИНДРОВЫЙ ПРИВОД, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ СЖАТЫЙ ВОЗДУХ
CYLINDER DRIVE USING COMPRESSED AIR

Область техники
Настоящее изобретение относится к цилиндровому приводу, использующему сжатый воздух, а именно к цилиндровому приводу, использующему сжатый воздух, в котором в множество сильфонных цилиндров, соединенных с коленчатым валом, подают сжатый воздух, за счет энергии расширения которого они попеременно растягиваются и, в результате, поднимаются, тем самым создавая крутящий момент, приводящий во вращение коленчатый вал, при этом трение может быть сведено к минимуму, а силой тяжести, возникающей под действием их собственного веса и препятствующей их подниманию, можно пренебречь, за счет чего возрастает эффективность преобразования энергии сжатого воздуха во вращательное движение.
Предшествующий уровень техники
Источник информации 1: патент KR 0041791, 15.05.1991.
Источник информации 2: патент KR 0210368, 26.04.1999.
В обычных двигателях, работающих на топливе типа бензина, угля, газа и т.п., возвратно-поступательное движение поршня, возникающее с помощью воспламенения горючей смеси, преобразуется во вращательное движение с помощью коленчатого вала.
Однако запасы ископаемого топлива иссякают, так как его количество в природе ограничено, кроме того, при его использовании происходит загрязнение окружающей среды.
Раскрытие изобретения
Соответственно, целью настоящего изобретения является обеспечение цилиндрового привода, использующего сжатый воздух, который позволил бы существенно снизить использование ископаемого топлива до значительного уровня за счет увеличения эффективности преобразования энергии. В частности, настоящее изобретение направлено на совершенствование конструкций приводов по патентам, раскрытым в источниках информации [1] и [2] и полученным ранее заявителем настоящего изобретения, при этом потери энергии на трение в конструкции могут быть снижены до минимума, за счет чего до максимума увеличивается эффективность преобразования энергии сжатого воздуха во вращательное движение, что ведет к созданию новой конструкции, имеющей существенную значимость в качестве альтернативного источника энергии.
Для достижения цели настоящего изобретения предлагается цилиндровый привод, использующий сжатый воздух, который включает сильфонный цилиндр, попеременно раздвигающийся и сжимающийся за счет сжатого воздуха, и вспомогательный сильфонный цилиндр, соединенный с сильфонным цилиндром и помогающий поднятию сильфонного цилиндра при его раздвижении с помощью дополнительного давления. Настоящее изобретение создано на базе конструкций по патентам Республики Корея с регистрационными номерами KR 0041791 и KR 0210368, выданных ранее заявителю настоящего изобретения, благодаря значительному усовершенствованию конструкций по вышеуказанным патентам, что обеспечивает новый двигатель за счет установки вспомогательного сильфонного цилиндра в качестве нового изобретенного элемента.
Преимущества
В настоящем изобретении, соединительный шток, закрепленный на каждом из множества сильфонных цилиндров, соединен с коленчатым валом, за счет чего приводится в непрерывное вращательное движение, а сильфонные цилиндры, заполненные сжатым воздухом, раздвигаются и поднимаются благодаря подаче сжатого воздуха, полученного за счет опускания других сильфонных цилиндров и силы сжатия вспомогательных сильфонных цилиндров так, что энергия расширения воздуха, получаемого из множества сильфонных цилиндров, используется для вращения коленчатого вала за счет вышеуказанного взаимодействия, в результате чего эффективность превращения энергии увеличивается до максимума.
Увеличение эффективности преобразования энергии помогает снизить использование ископаемого топлива, что сказывается на защите окружающей среды, благодаря использованию чистого топлива в виде увеличения использования энергии сжатого воздуха, за счет чего достигается значительный эффект в области энергетики. Настоящее изобретение может иметь огромную ценность в качестве альтернативного и возобновляемого источника энергии.
В предшествующем уровне техники в качестве источника энергии для приводного устройства используется ископаемое топливо различных типов, а настоящее изобретение делает возможным обеспечить не вредящий окружающей среде новый источник энергии для человечества, привнеся вместе с этим стабильность жизни и экономическое развитие, так как современные энергетические проблемы связаны с высокой ценой на нефтепродукты, а настоящее изобретение может помочь внести изменения во все известные источники энергии или заменить их.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение станет более понятным за счет ссылок на сопровождающие чертежи, которые представлены только для целей иллюстрации, не ограничивают настоящее изобретение и на которых представлено:
фиг.1 - вид в перспективе, иллюстрирующий внешний вид привода по настоящему изобретению;
фиг.2 - вид в перспективе конструкции привода, смонтированной внутри корпуса;
фиг.3 и 4 - виды в вертикальном разрезе конструкции привода, смонтированной внутри корпуса;
фиг.5 - вид, иллюстрирующий конструкции деблокирующего устройства и устройства фиксации высоты сильфонного цилиндра;
фиг.6 - укрупненный вид деблокирующего устройства;
фиг.7 - укрупненный вид клапана в разрезе;
фиг.8 - вид, иллюстрирующий конструкцию ограничительного устройства.
Цифровые обозначения на фигурах: 1 - корпус; 2 - сильфонный цилиндр; 3 - соединительный шток; 4 - коленчатый вал; 5 - линия подачи сжатого воздуха; 6 - резервуар высокого давления; 7 - вспомогательный сильфонный цилиндр; 8 - клапан; 9а, 9b - пружина растяжения; 10а, 10b - сквозное отверстие; 11 - перегородка; 12 - подвижная задвижка; 13 - ползун клапана; 14а, 14b, 14c - рычажный механизм; 15 - ползун вспомогательного сильфонного цилиндра; 16а, 16b, 16c - пружина сжатия; 17 - вспомогательное устройство подъема; 18 - стойка; 19 - шестерня; 20а, 20b - зубчатая рейка; 21 - деблокирующее устройство; 22 - блокирующая канавка; 23 - фиксирующая тяга; 24 - блокирующая лапка; 25 - фиксирующая трубка; 26 - деблокирующий выступ; 27 - устройство фиксации высоты; 28 - шатун; 29 - выступ; 30 - стяжка; 31a, 31b - направляющая трубка; 32 - направляющий стержень; 33a, 33b - отверстие воздухообмена.
Варианты осуществления изобретения
Цилиндровый привод, использующий сжатый воздух, по настоящему изобретению имеет усовершенствованную конструкцию, включающую множество сильфонных цилиндров 2, установленных внутри корпуса 1 и раздвигаемых с помощью сжатого воздуха; соединительный шток 3, прикрепленный к каждому сильфонному цилиндру 2 и проходящий через верхнюю часть корпуса 1; коленчатый вал 4, соединенный последовательно с соединительными штоками 3 и поворачивающийся при поднятии соединительного штока 3; и резервуар высокого давления 6, подающий сжатый воздух в сильфонный цилиндр 2 через линию подачи сжатого воздуха 5.
Здесь, настоящее изобретение направлено на более эффективное использование энергии расширения сжатого воздуха с помощью обеспечения сильфонного цилиндра 2 и вспомогательного сильфонного цилиндра 7, как показано на фиг.2-4.
Как показано на фиг.3, сильфонный цилиндр 2 снабжен внутри клапаном 8, установленным так, чтобы разделить все внутреннее пространство сильфонного цилиндра 2 на верхнюю и нижнюю камеры и открывать и закрывать проход воздуха в верхнюю и нижнюю камеры. Клапан 8 находится в закрытом состоянии, при котором верхняя и нижняя камеры заблокированы, если сильфонный цилиндр 2 заполнен сжатым воздухом, и в открытом состоянии, если сильфонный цилиндр 2 достиг верхней мертвой точки; а вспомогательный сильфонный цилиндр 7, внутри которого расположена пружина растяжения 9а, сила которой необходима для поддержания его сжатого состояния, соединен с клапаном 8 таким образом, чтобы сжатый воздух из сильфонного цилиндра 2 поступал во вспомогательный сильфонный цилиндр 7, когда клапан 8 открыт.
Как показано на фиг.5 и 7, клапан 8 включает перегородку 11, разделяющую верхнюю и нижнюю камеры сильфонного цилиндра 2 и имеющую множество сквозных отверстий 10а, и подвижную задвижку 12, установленную вплотную и смежно с перегородкой 11 и имеющую множество сквозных отверстий 10b, соответствующих сквозным отверстиям 10а, при этом верхняя и нижняя камеры сильфонного цилиндра 2 сообщаются и разобщаются за счет конструкции, когда сквозные отверстия 10а и 10b совпадают или не совпадают друг с другом благодаря перемещению подвижной задвижки 12.
Как показано на фиг.5, клапан 8 выполнен так, что перегородка 11 служит для разделения верхней и нижней камер, а сквозные отверстия 10a и 10b выполнены в двух трубках. А именно, здесь трубка меньшего диаметра вставлена внутрь трубки большего диаметра перегородки так, что трубка меньшего диаметра служит в качестве подвижной задвижки 12.
Как показано на фиг.3, ползун клапана 13 закреплен на соединительном штоке 3 внутри корпуса 1 и поднимается и опускается вместе с поднятием и опусканием сильфонного цилиндра 2. а рычажный механизм 14а шарнирно соединен с ползуном клапана 13 и подвижной задвижкой 12 клапана 8, за счет чего открытие и закрытие клапана 8 зависит от поднятия и опускания сильфонного цилиндра 2.
Как показано на фиг.3, ползун вспомогательного сильфонного цилиндра 15 закреплен ниже ползуна клапана 13 на соединительном штоке 3 внутри корпуса 1 и поднимается и опускается одновременно с поднятием и опусканием сильфонного цилиндра 2, а рычажный механизм 14b шарнирно соединен с ползуном вспомогательного сильфонного цилиндра 15 и со вспомогательным сильфонным цилиндром 7, благодаря чему раздвижение и сжатие вспомогательного сильфонного цилиндра 7 зависит от поднятия и опускания сильфонного цилиндра 2.
В вышеописанной конструкции пружина сжатия 16а расположена между ползуном клапана 13 и ползуном вспомогательного сильфонного цилиндра 15, а пружина сжатия 16b установлена между ползуном вспомогательного сильфонного цилиндра 15 и верхней частью сильфонного цилиндра 2. Предпочтительно, когда пружина сжатия 16а выполнена слабее, чем пружина сжатия 16b. В этом случае, рычажный механизм 14а срабатывает раньше, чем рычажный механизм 14b.
Как показано на фиг.2-4, здесь обеспечивается вспомогательное устройство подъема 17, необходимое для сведения к минимуму влияния силы тяжести под действием собственного веса, когда сильфонный цилиндр 2 движется вверх. Вспомогательное устройство подъема 17 включает стойку 18 в виде стержня, закрепленного вертикально на корпусе 1, шестерню 19, смонтированную с возможностью вращения на стойке 18; зубчатую рейку 20а, соединенную с шестерней 19 и закрепленную на сильфонном цилиндре 2; зубчатую рейку 20b, установленную симметрично зубчатой рейке 20а относительно шестерни 19, и пружину растяжения 9b, соединяющую верхнюю часть зубчатой рейки 20а с верхней частью зубчатой рейки 20b.
Усилие, направленное вниз и возникающее от действия собственного веса сильфонного цилиндра 2, здесь служит для перемещения зубчатой рейки 20b вверх с помощью зубчатой рейки 20a и шестерни 19, за счет чего поддерживается состояние равновесия, а именно баланс сил, направленных вверх и вниз.
Также обеспечивается деблокирующее устройство 21, служащее для целей поддержания некоторой постоянной высоты поднятия и опускания сильфонного цилиндра в направлениях вверх и вниз так, чтобы сильфонный цилиндр 2 раздвигался не полностью и мог практически мгновенно действовать за счет мгновенного использования энергии расширения воздуха для повторения действий поднятия и опускания. Как показано на фиг.5 и 6, деблокирующее устройство 21 установлено на сильфонном цилиндре 2. Деблокирующее устройство 21 включает фиксирующую тягу, верхний конец которой закреплен на верхней стороне сильфонного цилиндра 2, установленного вертикально, и имеющую блокирующую канавку, выполненную на его нижней части, фиксирующую трубку 25, закрепленную на нижней части сильфонного цилиндра 2, выполненную в форме трубки, в которую может входить нижняя часть фиксирующей тяги 23, и снабженную блокирующей лапкой 24, вставляемой в блокирующую канавку 22 для удерживания фиксирующей тяги 23 в неподвижном положении только при перемещении вниз, деблокирующий выступ 26, выступающий вверх из нижней части основания корпуса 1 внутрь него и высвобождающий соединительный хомут 24 из блокирующей канавки 22 за счет соприкосновения, нажатия и поворота соединительного хомута 24, когда фиксирующая тяга 23 взаимодействует с блокирующей лапкой 24 при перемещении вместе с ней вниз.
Также здесь обеспечивается устройство фиксации высоты 27 для того, чтобы высота сильфонного цилиндра 2 поддерживалась для состояния сильфонного цилиндра 2, в котором он сжат не полностью и имеет небольшое ограничение по степени его сжатия, что позволяет использовать энергию оставшегося сжатого воздуха в таком частично сжатом состоянии.
Как показано на фиг.5, устройство фиксации высоты 27 включает шатун 28, шарнирно закрепленный с возможностью поворота на верхней части сильфонного цилиндра 2, выступ 29, выполненный на нижней части сильфонного цилиндра 2, и рычажный механизм 14 с, который шарнирно соединен с шатуном 28 и выступом 20 и поворачивается с помощью шатуна 28, удерживая сильфонный цилиндр 2 от проворота. Пружина сжатия 16 с установлена между рычажным механизмом 14 с и выступом 29, тем самым ослабляя ударную нагрузку, возникающую при соединении рычажного механизма 14c с выступом 29.
Для целей фиксации максимальной высоты сильфонного цилиндра 2 с целью предотвращения его максимального раздвижения, в конструкции обеспечивается ограничитель. Как показано на фиг.8, ограничитель включает стяжку 30, ограничивающую раздвижение за счет распорного соединения верхней и нижней частей сильфонного цилиндра 2.
Соединительный шток 3 установлен вертикально, проходя внутри сильфонного цилиндра и имеет длину, при которой он не достигает нижней поверхности при сжатии сильфонного цилиндра 2. Направляющая трубка 31a установлена на нижнем основании сильфонного цилиндра 2 для направления движения соединительного штока 3, входящего в нее нижней частью. Отверстие воздухообмена 33a выполнено в нижней части направляющей трубки 31 а, тем самым предотвращая потери энергии на сопротивление воздуха внутри, когда соединительный шток 3 перемещается в направляющей трубке 31a.
Направляющий стержень 32 установлен вертикально на нижней части сильфонного цилиндра 2, а направляющая трубка 31b установлена внутри на дне корпуса для направления движения, когда в нее вставлен направляющий стержень 32. Отверстие воздухообмена 33b выполнено в нижней части направляющей трубки 31b, тем самым предотвращая сопротивление сжатого воздуха, когда направляющий стержень 32 перемещается.
Как показано на фиг.1, конструкция по настоящему изобретению предназначена для создания крутящего момента на коленчатым вале 4 от соединенных с ним элементов привода. В этой конструкции, внутрь каждого из корпусов 1 установлен сильфонный цилиндр 2, а сжатый воздух подается к ним из резервуара высокого давления 6, при этом создание крутящего момента происходит за счет работы сильфонных цилиндров, что ведет к снижению до минимума потерь мощности и высокой эффективности при создании крутящего момента.
На фиг.2 показан вид в перспективе, иллюстрирующий конструкцию внутри корпуса 1, а на фиг.3 и 4 показаны ее виды в вертикальном разрезе. Как показано на фиг.3, сильфонный цилиндр 2 заполняется сжатым воздухом из резервуара высокого давления 6. Заполнение сжатым воздухом происходит до тех пор, пока за счет давления изнутри сильфонного цилиндра не произойдет его рабочий ход раздвижения. После чего давление сжатого воздуха снижают, а затем вновь производят заполнение сжатым воздухом.
Сильфонный цилиндр 2, заполненный сжатым воздухом, раздвигается в верхнем направлении отчасти с помощью вращения коленчатого вала 4, осуществляемого при опускании вниз соединительного штока 3 другого сильфонного цилиндра 2. Движение вверх сильфонного цилиндра 2 позволяет одновременно перемещаться вверх закрепленному на нем вспомогательному сильфонному цилиндру 7 и зубчатой рейке 20a. Движение вверх зубчатой рейки 20a способствует вращению шестерни 19 по часовой стрелке, за счет чего зубчатая рейка 20b перемещается вниз.
Вспомогательное устройство подъема 17 служит для предотвращения перемещения сильфонного цилиндра 2 вниз под собственным весом, поддерживая баланс сил, который достигается благодаря работе зубчатых реек и шестерни. Таким образом, раздвижение сильфонного цилиндра 2 с поднятием его вверх может происходить плавно за счет вышеописанного процесса.
Когда сильфонный цилиндр 2 раздвигается, ползун клапана 13, смонтированный на соединительном штоке 3, поднимается и упирается в нижнюю часть верхней поверхности корпуса 1, после чего сильфонный цилиндр 2 может еще немного приподняться за счет пружин сжатия. Одновременно, ползун вспомогательного сильфонного цилиндра 15 также перемещается вверх и касается пружины сжатия 16а, сжимающейся у нижней части ползуна клапана 13, а пружина сжатия 16b соприкасается с верхней частью сильфонного цилиндра 2 и также сжимается.
Поднятие сильфонного цилиндра 2 происходит, когда соединительный шток 3, соединенный с сильфонным цилиндром 2, поднимается с помощью вращения коленчатого вала 4.
Ползун клапана 13 поднимается одновременно с поднятием сильфонного цилиндра 2, тем самым задействуя рычажный механизм 14а, соединенный с ним. Как показано на фиг.7, подвижная задвижка 12 перемещается влево с помощью рычажного механизма 14а. Как только сквозное отверстие 10b подвижной задвижки 12 совпадает со сквозным отверстием 10a перегородки 11, воздух из сильфонного цилиндра 2 поступает во вспомогательный сильфонный цилиндр 7.
Воздух, поступающий во вспомогательный сильфонный цилиндр 7, способствует раздвижению последнего, в результате чего вспомогательный сильфонный цилиндр 7 раздвигается при содействии рычажного механизма 14b, действующего за счет поднятия сильфонного цилиндра 2, таким образом расширение вспомогательного сильфонного цилиндра 7 облегчается за счет двух одновременных действий.
Пружина растяжения 9a, установленная внутри вспомогательного сильфонного цилиндра 7, служит для выполнения свойственных ей функций на следующем этапе цикла, как будет описано ниже.
Когда сильфонный цилиндр 2 поднимается, его раздвижение направляется в такое положение, при котором нижний конец соединительного шток 3 вставлен в направляющую трубку 31a, расположенную на основании сильфонного цилиндра 2. Отверстие воздухообмена 33a выполнено так, чтобы давление разрежения не препятствовало поднятия соединительного штока 3. Давление внутри направляющей трубки 31a всегда остается таким же, как внутри сильфонного цилиндра 2, что не препятствует перемещению соединительного штока 3.
Направляющий стержень 32, установленный снизу сильфонного цилиндра 2, вставлен в направляющую трубку 31b, установленную на нижней поверхности корпуса 1 внутри него, и поднимается беспрепятственно благодаря отверстию воздухообмена 33b, выполненному в направляющей трубке 31b.
Как показано на фиг.8, когда сильфонный цилиндр 2 поднимается, его высота ограничивается с помощью стяжки 30 и, как показано на фиг.6, он фиксируется в таком состоянии с помощью деблокирующего устройства 21. Сжатый воздух остается в сильфонном цилиндре 2, поддерживая его раздвинутое положение.
Когда сильфонный цилиндр 2 достигает верхней мертвой точки, а затем, сжимаясь, движется вниз, и такое движение вниз происходит вместе с зубчатой рейкой 20a, при этом движение вниз зубчатой рейки 20a способствует вращению шестерни 19 в направлении против часовой стрелки, в результате чего зубчатая рейка 20b движется вверх. В этот время пружина растяжения 9b растягивается и возникает сила упругости, энергия которой используется для поднятия сильфонного цилиндра 2 в следующем цикле.
Движение вниз сильфонного цилиндра 2 способствует возврату в свободное состояние ползуна клапана 13 и ползуна вспомогательного сильфонного цилиндра 15. С помощью пружины сжатия 16b, имеющей более высокую жесткость, рычажный механизм 14b начинает срабатывать раньше, чем рычажный механизм 14a под действием пружины сжатия 16a, имеющей более низкую жесткость. Таким образом, вспомогательный сильфонный цилиндр 7 срабатывает первым и быстро сжимается за счет действия пружины растяжения 9a, вставленной в него, совместно с действием рычажного механизма 14b.
Сжатый воздух, находящийся внутри вспомогательного сильфонного цилиндра 7 подается в сильфонный цилиндр 2, и клапан 8 закрывается за счет действия рычажного механизма 14a, сработавшего в результате действия пружины сжатия 16a, а сильфонный цилиндр 2 возвращается в исходное состояние под давлением сжатого воздуха изнутри.
Как показано на фиг.6, когда сильфонный цилиндр 2 движется вниз, блокирующая лапка 24 поворачивается за счет деблокирующего выступа 26, выступающего из основания корпуса 1, в результате чего фиксирующая тяга 23 переходит в свободное состояние. Как показано на фиг.5, фиксирующая тяга 23 служит для сжатия сильфонного цилиндра 2 и его удержания в этом состоянии, что способствует высвобождению энергии расширения сильфонного цилиндра 2, тем самым сдувая его, как мячик. Даже если сильфонный цилиндр 2 разжат, его высота удерживается с помощью стяжки 30, как показано на фиг.8.
Множество сильфонных цилиндров 2 срабатывают последовательно за счет энергии расширения сжатого воздуха, попеременно и повторно поднимаясь и опускаясь, тем самым создавая крутящий момент вращения коленчатого вала 4.