ПНЕВМОДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к двигателестроению и преобразованию энергии сжатого воздуха в полостях пневмодвигателя в механическую энергию без вредных последствий для окружающей среды.
Известно устройство, используемое в качестве пневмодвигателя, описанное в патенте РФ на изобретение №2206791, М. кл. F04B 39/10, F04B 53/10 (опубликован 20.06.2003), содержащее цилиндр с поршнем, систему газораспределения с впускными и выпускными клапанами, содержащую выхлопные окна в нижней части цилиндра.
Недостатком устройства является то, что обратный ход поршня осуществляется за счет источника внешней механической силы
Известен пневмодвигатель, описанный в патенте РФ на полезную модель №86663 М. кл. F01B 29/00 (опубликован 10.09.2009 БИ №25) (прототип), содержащий камеру, разделенную поршнем на две рабочие полости, поршень с кривошипно-шатунным механизмом, пневматическое распределительное устройство, соединенное через воздушно-управляемый блок с линией высокого давления, каждая полость камеры соединена отдельной линией для нагнетания и сброса рабочего тела с пневматическим распределительным устройством, подключенным к электромеханическому преобразователю, соединенному с задающим генератором. Эффективная работа пневмодвигателя при постоянной нагрузке определяется определенным значением частоты задающего генератора.
Недостатком указанного пневмодвигателя являются низкая эффективность его работы при переменной нагрузке и неизменной частоте задающего генератора.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности работы пневмодвигателя при переменной нагрузке.
Технический результат достигается тем, что известный пневмодвигатель, содержащий камеру, разделенную поршнем на две рабочие полости, поршень с кривошипно-шатунным механизмом, пневматическое распределительное устройство, соединенное через воздушно-управляемый блок с линией высокого давления, каждая полость камеры соединена отдельной линией для нагнетания и сброса рабочего тела с пневматическим распределительным устройством, подключенным к электромеханическому преобразователю, согласно полезной модели, содержит преобразователь перемещения поршня, соединенный с блоком управления электромеханического преобразователя.
Блок управления электромеханического преобразователя содержит измерительный делитель напряжения, имеющий три вывода, четыре буферных усилителя сигналов, первый и второй компараторы напряжения, первый и второй одновибраторы, RS-триггер, причем преобразователь перемещения поршня пневмодвигателя соединен через первый буферный усилитель с инверсным входом первого компаратора и с прямым входом второго компаратора, верхний вывод измерительного делителя напряжения через второй буферный усилитель соединен с прямым входом первого компаратора, средний вывод измерительного делителя напряжения соединен с третьим буферным усилителем, нижний вывод измерительного делителя напряжения соединен через четвертый буферный усилитель с инверсным входом второго компаратора, выходы первого и второго компараторов соединены соответственно через одновибраторы с входом R и входом S RS-триггера, а выходы RS-триггера соединены с входами электромеханического преобразователя.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 представлена схема пневмодвигателя;
- на фиг. 2 представлена структурная схема блока управления электромеханического преобразователя;
- на фиг. 3 представлена временная диаграмма работы пневмодвигателя;
- на фиг. 4 представлена временная диаграмма работы блока управления электромеханического преобразователя.
Пневмодвигатель с активным управлением фазами газораспределения содержит камеру 1, разделенную поршнем на две рабочие полости 2 и 3, поршень 4, его шток 5 соединен через шатун 6 и кривошип 7 с кривошипно-шатунным механизмом 8. Каждая полость 2 и 3 камеры 1 соединена отдельной линией соответственно 9 и 10 для нагнетания и сброса рабочего тела с пневматическим распределительным устройством 11. Пневматическое распределительное устройство 11 соединено через воздушно-управляемый блок 12 с линией высокого давления 13 и подключено к электромеханическому преобразователю 14, соединенному с блоком управления 15. Поршень 4 имеет дополнительный шток 16, связанный со скользящим контактом 17 преобразователя перемещения (линейного потенциометра) 18 и электрически изолированного от него.
Блок управления 15 электромеханического преобразователя 14 содержит измерительный делитель напряжения 19, имеющий три вывода 20-22, четыре буферных усилителя сигналов 23-26, первый 27 и второй 28 компараторы напряжения, первый 29 и второй 30 одновибраторы, RS-триггер 31. Скользящий контакт 17 линейного потенциометра 18 соединен через буферный усилитель 23 с инверсным входом первого компаратора 27 и с прямым входом второго компаратора 28. Верхний вывод 20 измерительного делителя напряжения 19 через буферный усилитель 24 соединен с прямым входом первого компаратора 27, средний вывод 21 измерительного делителя напряжения 19 через буферный усилитель 25 может выдавать сигнал, соответствующий среднему положению поршня в камере (силовом цилиндре) пневмодвигателя, нижний вывод 22 измерительного делителя напряжения 19 через буферный усилитель 26 соединен с инверсным входом второго компаратора 28. Выходы компараторов 27 и 28 соединены соответственно с входами одновибраторов 29 и 30. Выход одновибратора 29 соединен с входом R RS-триггера 31, выход одновибратора 30 соединен с входом S RS-триггера 31. Выходы RS-триггера 31 соединены с входами электромеханического преобразователя 14.
Пневмодвигатель с активным управлением фазами газораспределения работает следующим образом.
15
1
кр
15
2
Подача сжатого воздуха в рабочие полости 2 и 3 камеры 1 под давлением происходит по линии высокого давления 13 через воздушно-управляемый блок 12 посредством пневматическое распределительное устройство 11. Воздушно-управляемый блок 12 осуществляет подготовку воздуха, его очистку и фильтрацию, регулирование подачи и давления. При положительном сигнале U блока управления 15 электромеханический преобразователь 14 своим управляющим воздействием подключает подвижный элемент пневматического распределительного устройства 11 к линии нагнетания и сброса 9, полость 2 камеры 1 заполняется сжатым воздухом под давлением Р, полость 3 при этом по линии нагнетания и сброса 10 соединена с атмосферой. За счет разности давлений в полостях 2 и 3 поршень 4 перемещается вниз и через шток 5, шатун 6 и кривошип 7 приводит в движение кривошипно-шатунный механизм 8, создающий крутящий момент М на своем валу. При нулевом сигнале U блока управления 15 электромеханический преобразователь 14 своим управляющим воздействием подключает подвижный элемент пневматического распределительного устройства 11 к линии нагнетания и сброса 10, полость 3 камеры 1 заполняется сжатым воздухом под давлением Р, полость 2 при этом по линии нагнетания и сброса 9 соединена с атмосферой. За счет разности давлений в полостях 2 и 3 поршень 4 перемещается вверх и через шток 5 приводит в движение кривошипно-шатунный механизм 8. При работе поршень 4 и его шток 5 совершают возвратно-поступательные перемещения X и за счет этого шатун 7 приводит во вращательное движение кривошипно-шатунный механизм 8. Движение поршня будет практически синусоидальным благодаря установленному на штоке пневматического цилиндра кривошипно-шатунного механизму.
2
15
15
Время движения поршня 4 внутри камеры 1 пневмодвигателя t (Фиг. 3) зависит от его нагрузки, определяет частоту сигналов U блока управления 15 электромеханического преобразователя 14. Для эффективной работы частота сигналов U блока управления 15 электромеханического преобразователя 14 должна быть переменной. Это обеспечивается структурой построения блока управления 15 электромеханического преобразователя 14.
x
1
2
x
1
2
к1
к2
1
2
2
15
Сигнал преобразователя перемещений 18 поршня 4, преобразованный первым буферным усилителем 23, U (Фиг. 4), подается на инверсный вход первого компаратора 27 и на прямой вход второго компаратора 28. Он сравнивается с опорными уровнями напряжений U и U, которые формируются с помощью измерительного делителя напряжения 19 и вторым 24 и четвертым 26 буферными усилителями. Выходной сигнал третьего 25 буферного усилителя определяет уровень напряжения, соответствующий среднему положению поршня 4 внутри камеры 1 пневмодвигателя. При сравнении напряжения U преобразователя перемещений 18 с опорными уровнями напряжений U и U, компараторы напряжений 27 и 28 образуют импульсы напряжений U и U, по передним фронтам которых одновибраторы 29 и 30 формируют короткие импульсы OB и ОВ. Данные импульсы формируют сигналы RS-триггера 31. Длительность импульсов RS-T RS-триггера 31 соответствует времени движения поршня 4 внутри камеры 1 пневмодвигателя t при прямом и обратном ходах поршня 4 и зависит от нагрузки пневмодвигателя. Сигнал RS-T RS-триггера 31 является выходным сигналом U блока управления 15 электромеханического преобразователя 14.
Пневмодвигатель с предложенной структурой построения формирует активное управление фазами газораспределения, генерирует сигналы управления с переменной частотой, подстраивается под переменную нагрузку, тем самым, обеспечивая повышенную эффективность работы при прочих равных условиях.