ГИДРОПНЕВМОМОТОР
HYDRAULIC AIR MOTOR

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве гидропневмомотора.
Известен гидропневмомотор, содержащий корпус цилиндрического типа, закрытый передней и задней крышками, вал, установленный в подшипниках крышек и выполненный заодно с ротором. Ротор вставлен в корпус и выполнен в форме цилиндрического тела вращения, имеет по всей длине выемку в форме сектора, в которую входит вытеснительный элемент такой же формы, закрепленный на роторе шарнирно. Корпус имеет впускной и выпускной штуцеры. Продольная ось ротора смещена относительно продольной оси корпуса таким образом, что между ротором и корпусом образуется кольцевая полость с плавно меняющейся площадью проходного сечения (патент РФ №2166129).
Известен ролико-лопастной гидропневмомотор, содержащий корпус, закрытый передней и задней крышками и имеющий впускной и выпускной штуцеры, в расточках которого размещен с образованием большой и малых межроликовых камер ротор, выполненный заодно с валом, установленным в подшипниках крышек. Ротор имеет лопасти, а ролики-разделители соединены друг с другом посредством синхронизирующих шестерен (патент РФ №2I09I4I).
Известен гидропневмомотор, содержащий круглый корпус, закрытый передней и задней крышками и имеющий впускной и выпускной штуцеры, внутрь которого вставлен ротор в форме кольца с зубчатым венцом, входящим в зацепление с зубчатой шестерней, закрепленной на валу, установленным в подшипниках крышек. Рабочая камера выполнена в виде кольцевой полости с плавноменяющейся площадью проходного сечения за счет смещения продольной оси ротора относительно продольной оси корпуса. На наружной поверхности ротора закреплены шарнирно складывающиеся лопасти (патент РФ №1838630, рис.1).
Недостатками аналогов являются: сложность конструкции, низкий КПД, повышенное трение, вибрации при работе.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией гидропневмомоторов, большим количеством шарнирно закрепленных вытеснительных элементов, дисбалансом роторов.
Известен также аксиально-поршневой гидропневмомотор, содержащий корпус цилиндрического типа, закрытый передней и задней крышками, блок цилиндров, закрепленный на валу, установленном в подшипниках крышек, круглый кулачек, имеющий периодически повторяющуюся поверхность переменной кривизны, закрепленный на задней крышке, поршни, вставленные в цилиндры и имеющие шатуны с роликами на концах, контактирующие с круглым кулачком, гидрораспределитель, закрепленный на крышке, впускной и выпускной штуцеры (А.Ф.Крайнев, Словарь-справочник по механизмам, М.: Машиностроение, 1981, с.13-14 (л).
Аксиально-поршневой гидропневмомотор, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.
Недостатками известного аксиально-поршневого гидропневмомотора, принятого за прототип, являются: сложность конструкции, низкий КПД, неравномерность хода.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией гидропневмомотора, потерями в механизме преобразования поступательного движения во вращательное, пульсацией жидкости.
Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик гидропневмомотора.
Технический результат обеспечивается тем, что в гидропневмомоторе, содержащем корпус, закрытый передней и задней крышками, вал, выполненный заодно с ротором и установленный в подшипниках крышек, впускной и выпускной штуцеры, согласно изобретению ротор выполнен в форме цилиндрического тела вращения с пазами для уплотнительных элементов, внутри которого параллельно друг другу расположены два прямоугольных канала, размещенных в одной плоскости и развернутых относительно друг друга на 130 градусов, причем каждая пара противоположных стенок каждого из каналов одинаковы по размерам и равны по площади, причем с одной торцевой стороны, обращенной внутрь ротора, каждый прямоугольный канал закрыт, а плоскость дна каждого из них расположена под углом к продольной оси канала и лежит на одной линии, проходящей через центр вращения, с другой торцевой стороны оба канала открыты и гидравлически соединены с впускной кольцевой камерой, выполненной в стенке корпуса и имеющей впускной штуцер, кроме того, внутренняя полость каждого из прямоугольных каналов соединена через боковую сторону отводящим каналом с выпускной кольцевой камерой, выполненной в стенке корпуса и гидравлически соединенной с выпускным штуцером, причем сечение каждого прямоугольного канала в 10-15 раз больше сечения отводящего канала, кроме того, для обратного вращения ротора в нем дополнительно установлены точно такие же прямоугольные и отводящие каналы, гидравлически соединенные с другими соответствующими кольцевыми камерами корпуса, имеющими впускные и выпускные штуцеры, причем дополнительная пара прямоугольных каналов для обратного вращения развернута относительно первой пары прямоугольных каналов на 180 градусов, причем для увеличения мощности гидропневмомотора количество прямоугольных каналов для прямого и обратного вращения может быть увеличено, кроме того, на корпусе гидропневмомотора установлен кран для изменения направления вращения ротора, выпускные штуцеры которого гидравлически соединены с впускными штуцерами кольцевых камер корпуса прямого и обратного вращения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фигуре 1 изображен общий вид гидропневмомотора;
на фигуре 2 - вид на гидропневмомотор спереди;
на фигуре 3 - продольный разрез гидропневмомотора;
на фигуре 4 - разрез по АА фигуры 3;
на фигуре 5 - разрез по ББ фигуры 3;
на фигуре 6 - общий вид уплотнительного элемента;
на фигуре 7 - вид на уплотнительный элемент сбоку;
на фигурах 8 и 9 - схема работы гидропневмомотора;
на фигура 10 - схема гидравлической системы гидропневмомотора.
Гидропневмомотор содержит корпус 1, закрытый передней 2 и задней 3 крышками. Вал 4 вставлен внутрь корпуса, установлен в подшипникам крышек и выполнен заодно с ротором 5, имеющим каналы для уплотнительных элементов 6. Каждый уплотнительный элемент имеет выступ 7, входящий в отверстие ротора для вращения вместе с ним. Ротор выполнен в форме цилиндрического тела вращения, внутри которого параллельно друг другу размещены два прямоугольных канала 8, расположенные в одной плоскости и развернутые относительно друг друга на 180 градусов. Каждая пара противоположных стенок каждого из прямоугольных каналов одинакова по размерам и равна по площади. С одной торцевой стороны, обращенной внутрь ротора, каждый прямоугольный канал закрыт, а плоскость дна каждого из них расположена под углом к продольной оси и лежит на линии, проходящей через центр вращения (фигуры 4 и 5). С другой торцевой стороны оба прямоугольных канала открыты и гидравлически соединены с впускной кольцевой камерой 9, выполненной в стенке корпуса и имеющей впускной штуцер 10. Внутренняя полость каждого из прямоугольных каналов соединена через боковую сторону отводящим каналом 11 с выпускной кольцевой камерой 12, выполненной в стенке корпуса и имеющей выпускной штуцер 13. Сечение каждого прямоугольного канала в 10-15 раз больше сечения отводящего канала. Для обратного вращения ротора в нем дополнительно установлены точно такие же прямоугольные и отводящие каналы (фиг.3 и 5), гидравлически соединенные о другими соответствующими кольцевыми камерами корпуса, имеющими впускные и выпускные штуцеры. Дополнительная пара прямоугольных каналов для обратного вращения развернута относительно прямоугольных каналов для прямого вращения на 180 градусов. Для увеличения мощности гидропневмомотора количество пар прямоугольных каналов для прямого и обратного вращения может быть увеличено вместе с соответствующим количеством впускных и выпускных кольцевых камер. На корпусе гидропневмомотора закреплен кран перемены направления вращения вала. Он содержит корпус 14, внутрь которого вставлен золотник 15 с ручкой управления 16. Кран имеет три положения: прямой ход, обратный ход и гидропневмомотор выключен. Выпускные штуцеры крана соединены с впускными штуцерами впускных кольцевых камер, а впускной штуцер крана через масляный насос 17 подключен к масляному баку 18. Выпускные штуцеры выпускных кольцевых камер трубопроводами соединены с масляным баком. Рабочим телом гидропневмомотора может быть как жидкость, так и сжатый воздух.
Работает гидропневмомотор следующим образом.
1
3
При включении масляного насоса 17 масло из масляного бака 18 поступает в корпус 14 крана и через золотник 15 во впускную кольцевую камеру 9. Далее масло идет в оба прямоугольные каналы 8, а из них по отводящим каналам 11 в выпускную кольцевую камеру 12 и затем по трубопроводам возвращается в масляный бак 18. Находящееся в прямоугольных каналах 8 масло производит давление на стенки и дно каждого из них, которое из-за меньшей скорости движения будет больше, чем на стенки отводящих каналов 11. Силы давления масла на противоположные стенки каждого из прямоугольных каналов будут равны и станут уравновешивать друг друга F=F. Силы F, действующие на дно каждого прямоугольного канала 8, ничем не уравновешены, создают пару сил, которые вращают ротор 5 в направлении, показанном стрелками (фиг.8 и 9; движение масла на фигуре 10 показано сплошными стрелками). Частота вращения ротора 5 и вала 4 зависит от количества подаваемого масла и его давления. Для изменения направления вращения вала 4 необходимо ручку управления 16 крана повернуть в противоположную сторону. Вместе с ней повернется и золотник 15. Масло из масляного бака 18 масляным насосом 17 станет подаваться во впускные кольцевые камеры 9 дополнительных прямоугольных каналов 8 и далее через выпускную кольцевую камеру 12 и трубопроводы будет возвращаться в масляный бак 18 (на фигуре 10 показано пунктирными стрелками). Как упоминалось выше, давление масла на дно каждого из дополнительных прямоугольных каналов 8 создаст пару сил, которые станут вращать ротор 5 и вал 4 в противоположную сторону. При повороте ручки управления 16 в среднее положение золотник 15 перекрывает входное отверстие крана и препятствует поступлению масла в гидропневмомотор. В результате вал 4 останавливается. Гидропневмомотор может также работать от сети сжатого воздуха.
Изобретение позволяет гидропневмомотору повысить КПД, уменьшить вибрации, повысить надежность и долговечность, уменьшить пульсацию жидкости и обеспечить более равномерное вращение вала.