РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ГИДРОДВИГАТЕЛЬ
ROTARY PISTON HYDRAULIC MOTOR

Изобретение относится к двигателям объемного вытеснения, в частности к поршневым двигателям с рабочими органами в виде одного или более поршней, совершающих возвратно-поступательное относительное движение.
Известен радиально-поршневой гидромотор шестикратного действия, включающий одиннадцать поршней, которые опираются на статор роликами с опорами качения, боковые силы передаются блоку цилиндров ползунами, на торцевом распределителе выполнено два дуговых окна, поочередно соединенных с камерами подвода и отвода жидкости, при этом половину каждого углового цикла при вдвижении поршня канал цилиндра соединен с окном камеры отвода, а другую половину при выдвижении - с окном камеры подвода (Гидравлика, гидромашины, гидропневмопривод: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Т.В.Артемьева, Т.М.Лысенко, А.Н.Румянцева, С.П.Стесин, - 3-е изд., М.: Издательский центр «Академия», 2007, 336 с.).
Четное число кратности действия позволяет устранить радиальные силы давления блока цилиндров на подшипники. Недостатком данного гидромотора является необходимость в наличии гидросистемы, содержащей насос, двигатель, резервуар для жидкости и агрегаты распределения и регулирования, что усложняет его конструкцию.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является радиально-поршневой гидродвигатель, включающий в себя ротор в виде блока радиально расположенных цилиндров, поршни которых контактируют с направляющей профилированной поверхностью статора (Гидропривод. Основы и компоненты: учеб. курс по гидравлике; Х.Экснер, Р.Фрейтаг, Д-р Х.Гайс, Р.Ланг, И.Оппольцер, П.Шваб, Е.Зумпф, У.Остендорфф, - г.Эрбах. Германия. - Бош Рексрот АГ - 2003 г. - С.79-80).
Недостатком данного устройства является необходимость в наличии гидросистемы, содержащей насос, двигатель, резервуар для жидкости и агрегаты распределения и регулирования, что усложняет его конструкцию.
Задачей, поставленной в изобретении, является упрощение конструкции привода путем создания гидродвигателя, самостоятельно обеспечивающего возможность регулируемого непрямого преобразования электрической энергии в механическую без использования гидросистемы.
Указанная задача и технический результат достигаются за счет того, что в предлагаемом радиально-поршневом гидродвигателе, включающем в себя ротор в виде блока радиально расположенных цилиндров, поршни которых контактируют с направляющей профилированной поверхностью статора, ротор снабжен емкостями, заполненными рабочей жидкостью, число которых равно числу цилиндров, и в каждую из которых помещен электронагреватель, электрически соединенный коммутирующей системой с источником электроэнергии, причем каждая емкость сообщается каналом с соответствующим цилиндром.
На фиг.1 изображен поперечный разрез роторно-поршневого гидродвигателя, на фиг.2 - продольный разрез, гидродвигателя, на фиг.3 - гидродвигатель в начальный момент работы, когда нагреватели обесточены, на фиг.4 - распределение сил между поршнем и статором, на фиг.5 - гидродвигатель в момент, когда поршень выдвинут из цилиндра на максимальную величину.
Гидродвигатель содержит ротор 1 в виде блока цилиндров с выходным валом, емкости 2 и 3, заполненные рабочей жидкостью, в которых размещаются нагреватели 4 и 5, и хвостовик 6 с токосъемником, содержащим кольца 7 и щетки 8, включенные в коммутирующую систему. Емкость 2 соединена каналом 9 с полостью цилиндра 10, а емкость 3 - каналом 11 с полостью цилиндра 12. Поршни 21 и 22 цилиндров 10 и 12 своими сферическими головками контактируют с поверхностью расточки статора 13. Статор 13 и торцевые крышки 14, 15 образуют корпус гидродвигателя. Ротор 1 установлен на подшипниках 16, 17. Коммутирующая система включает в себя управляющий контроллер 18, силовой преобразователь 19 и датчик 20 угла поворота ротора.
Гидродвигатель работает следующим образом.
В начальный момент нагреватели 4, 5 обесточены, температура в емкостях 2, 3 равна температуре окружающей среды, поршни 21 и 22 полностью введены в полости цилиндров 10 и 12 (фиг.3).
τ
тр
о
τ
тр
Включение гидродвигателя осуществляется подачей напряжения от силового преобразователя 19 по сигналу управляющего контроллера 18 на нагреватель 4. Жидкость в емкости 2 нагревается, ее объем увеличивается, и часть жидкости поступает через канал 9 в полость цилиндра 10. Поршень 21 цилиндра 10 проходит зазор между ротором в виде блока цилиндров и внутренней профилированной поверхностью статора 13 и воздействует на эту поверхность (фиг.4). Геометрия профилированной поверхности статора такова, что одной из составляющих реакции R со стороны статора на поршень является касательная сила R, величина которой больше величины силы трения F в паре поршень - статор. В результате силового взаимодействия поршня и статора появляется окружная сила F на поршне, зависящая от разности сил R и F и создающая вращающий момент Т на роторе в виде блока цилиндров. Блок цилиндров (а вместе с ним и весь ротор гидродвигателя) поворачивается и занимает положение, в котором поршень 21 выдвинут из цилиндра 10 на максимальную величину (фиг.5).
о
По сигналу датчика 20 управляющий контроллер отдает команду силовому преобразователю на отключение нагревателя 4 и включение нагревателя 5. Жидкость в емкости 2 начинает охлаждаться, а в емкости 3 - нагреваться, поршень 21 начинает углубляться в цилиндр 10, в то время как из цилиндра 12 начинает выдвигаться поршень 22 до соприкосновения со статором 13 (фиг.4). Теперь сила F действует на поршень 22 цилиндра 12, вращение ротора 1 продолжается. По достижении поршнем 22 цилиндра 12 определенного положения с датчика 20 поступает сигнал на управляющий контроллер 18 и цикл повторяется.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить регулируемое преобразование электрической энергии в механическую за счет термодинамических свойств жидкости без использования гидросистемы, что упрощает конструкцию привода.