Гидромотор роторный
ROTARY HYDRAULIC MOTOR

1. Область техники
Предложенный мотор роторный относится к гидромашиностроению и предназначен для преобразования гидравлической энергии в механическую энергию и прямолинейного движения жидкости во вращательное движение ротора. Мотор роторный применяется во многих отраслях промышленности в следующем из случаев:
- необходимость высокого крутящего момента ротора;
- отсутствует возможность передачи энергии от источника к потребителю по средствам жесткой сцепки;
- отсутствует возможность применения иных источников механической энергии.
2. Уровень техники
В качестве прототипа принят мотор роторный, содержащий корпус, ротор, входной и выходной патрубки (см. DE 202015106402 U1, 27.02.2017, F01D 1/00).
Предложенный мотор роторный не уступает прототипу, а превосходит его в следующих критериях:
2.1). Технологичность.
Технологичность обеспечивается тем, что в состав мотора роторного входит ротор, который напрямую преобразует воздействие жидкости во вращательное движение с определенным крутящим моментом.
2.2). Высокий крутящий момент.
Высокий крутящий момент обеспечивается тем, что на цилиндрической поверхности ротора выполнены выемки в виде усеченного конуса и ось вращения выемок в виде усеченного конуса размещена под прямым углом к оси вращения ротора, что увеличивает КПД взаимодействия с жидкостью, а именно увеличивает крутящий момент ΔMΣmax.
2.3). Высокая частота вращения.
Высокая частота вращения обеспечивается тем, что потребляемый мотором роторным объем жидкости, направлен только для создания вращательного движения ротора, при этом взаимодействие ротора с жидкостью происходит по касательной к окружности, т.е. потребляемая жидкость не следует за вращением ротора и не создает сопротивления вращательному движению N.
3. Раскрытие сущности изобретения
Мотор роторный обеспечивает следующие основные требования:
- высокий крутящий момент ΔMΣmax;
- высокую частоту вращения N;
- технологичность изготовления деталей из состава мотора роторного;
- технологичность сборки и ремонта, что способствует снижению вероятности выхода из строя.
Указанные требования достигаются тем, что в моторе роторном, содержащем корпус, ротор, входной и выходной распределители, входной и выходной патрубки, подшипники согласно изобретению, ротор выполнен цилиндрической формы, на цилиндрической поверхности которого выполнены выемки в виде усеченного конуса, ось вращения которых размещена под прямым углом к оси вращения ротора, выемки распределены вдоль оси вращения ротора в количестве четырех рядов и ряды смещены по окружности ротора на равный угол относительно друг друга, в корпусе выполнены четыре сквозных отверстия, совпадающие с отверстиями, выполненными в распределителях.
Мотор роторный не обеспечивает следующее основное требование:
- смена направления вращательного движения ротора.
Примечания:
1.. Проверка обеспечения основных требований будет подтверждаться расчетно-экспериментально.
2.. Конструкция опытного образца мотора роторного разработана с учетом технологических возможностей.
Ротор выполнен цилиндрической формы и является телом вращения, цилиндрическая форма выполняется на токарном станке, что снижает затраты ресурсов на изготовление и исключает необходимость спец инструмента. Выемки в виде усеченного конуса на цилиндрической поверхности ротора, размещенные под прямым углом к оси вращения ротора, а так же распределены вдоль оси вращения ротора в количестве четырех радов, при этом ряды смещены по окружности ротора на равный угол относительно друг друга, выполняются на фрезерном или сверлильном станках, с применением стандартных инструментов, что исключает необходимость спец инструмента. В серийном производстве целесообразно выполнять выемки в виде усеченного конуса с применением литья, что снижает временные потери на изготовление.
В детали корпус выполнено гладкое отверстие для размещения в нем ротора, гладкое отверстие пересекают четыре сквозных отверстия для прохождения жидкости, выполняются на сверлильном или фрезерном станках.
В деталях распределитель выполнены гладкие отверстия, разветвляющиеся на четыре сквозных отверстиях, которые совпадают с четырьмя сквозными отверстиями корпуса, выполняются на сверлильном или фрезерном станках.
Детали корпус, распределители и патрубки образуют полость для движения жидкости. Площадь сечение на входе в полость имеет следующее равенство: SΣ1=S1.1+S1.2+S1.3+S1.4, а S1.1=S1.2=S1.3=S1.4 по площади, что обеспечивает равенство по объему и по скорости движения потоков среды R1=R2=R3=R4, а RΣ=R1+R2+R3+R4. Площадь сечения на входе SΣ1 меньше сечения на выходе SΣ2 на 40%, что исключает кавитацию среды и снижает потери в скорости движения среды, имеет следующее равенство:
SΣ1=S1.1+S1.2+S1.3+S1.4<SΣ2=S2.1+S2.2+S2.3+S2.4, при этом S2.1=S2.2=S2.3=S2.4.
При подаче жидкости в полость через патрубок, общий поток разветвляется на 4 потока равные по скорости движения, потоки пересекают участок взаимодействия с жидкостью Z, воздействуя на ротор по касательной к окружности. Ввиду того, что входной распределитель разветвляет общий поток на 4 потока, а корпус поддерживает разветвление 4 потоков и ротор выполнен цилиндрической формы, что обеспечивает минимальный зазор между цилиндрической поверхностью ротора и цилиндрической поверхность отверстия корпуса, что снижает потери жидкости и, следовательно, обеспечивает минимальное потребление жидкости, а так же обеспечивает работу под воздействием газа. Жидкость заполняет выемки в виде усеченного конуса и поднимает в них давление под воздействием силы гидросистемы. Возникшие силы F1, F2, F3, F4 создают крутящие моменты M1, M2, M3, M4 через рычаг от оси вращения ротора до осей выемок в виде усеченного конуса. Крутящие моменты будут иметь потери из-за отклонения осей выемок в виде усеченного конуса от направления движения жидкости на углы α1, α2, α3, α4. Значения крутящих моментов будут иметь разное значение в одно время, из-за смещения выемок в виде усеченного конуса относительно друг друга на угол Δα по окружности ротора. С течением времени значения крутящих моментов будут циклично увеличиваться/уменьшаться в каждой из выемок в виде усеченного конуса, т.е. до плоскости отсчета угла Δα увеличиваться, после нее уменьшаться.
Ввиду того, что выемки выполнены в виде усеченного конуса, то возникающие силы F1, F2, F3, F4 будут воздействовать с большего сечения Sb на меньшее сечение Ss под углом Δβ, в каждом из выемок, что будет способствовать увеличению сил. Силы будут иметь вид ΔF1, ΔF2, ΔF3, ΔF4 и соответственно крутящие моменты ΔM1, ΔM2, ΔM3, ΔM4, так, как P=F/S, где P - давление, F - сила, S - площадь, следовательно, чем меньше площадь воздействия, тем больше давление и соответственно сила по отношению к площади. MΣmax=ΔM1+ΔM2+ΔM3+ΔM4.
Суммарный крутящий момент MΣmax напрямую передается ротором к потребителю под воздействием жидкости, что исключает необходимость промежуточных деталей и повышает ремонтопригодность гидромотора роторного.
Взаимодействие жидкости с ротором происходит на протяжении неполной окружности, а некоторой ее части, следовательно, увеличение значения крутящего момента от MΣmin до MΣmax будет, происходит по некоторой части синусоиды, что видно на графике построенного для гидромотора роторного.
На графике видно смещение выемок в виде усеченного конуса относительно друг друга на угол Δα по окружности ротора. Смещение обеспечивает плавность вращения ротора.
Максимальный крутящий момент MΣmax это момент, при котором происходит полное прекращение вращательного движения ротора, частота вращения N=0. Уменьшая максимальный крутящий момент MΣmax, увеличивается частота вращения N>0.
4. Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен мотор роторный, в составе следующие детали:
Корпус 1, в детали выполнено гладкое отверстие большого диаметра, для размещения в нем ротора.
Выполнены сквозные гладкие отверстия в количестве 4 шт., которые пересекают глухое гладкое отверстие большого диаметра, для обеспечения прохода жидкости.
Ротор 2, цилиндрическая деталь, на цилиндрической поверхности выполнены выемки в виде усеченного конуса для взаимодействия с жидкостью. Выемки в виде усеченного конуса распределены вдоль оси вращения ротора в количестве 4 рядов, и ряды смещены по окружности ротора на равный угол Δα относительно друг друга.
Крышка 3, цилиндрическая деталь, в которой выполнено сквозное гладкое отверстие малого диаметра для выхода ротора.
Распределитель 4, в детали выполнено гладкое отверстие для сопряжения с патрубком, по поверхностям примыкания выполняется сварное соединение.
Гладкое отверстие разветвляется на четыре сквозных гладких отверстия под углом для подачи жидкости в глухое гладкое отверстие большого диаметра корпуса, предназначенного для размещения в нем ротора. Гладкие отверстия в количестве 4 шт. совпадают со сквозными гладкими отверстиями в количестве 4 шт. корпуса.
Распределитель 5, деталь является исполнением распределителя 4, разветвленные отверстия в количестве 4 шт. выполнены большего диаметра.
Патрубок 6, цилиндрическая деталь со сквозным отверстием, предназначена для подачи жидкости через распределитель в глухое гладкое отверстие корпуса для взаимодействия жидкости с ротором.
Деталь сопрягается с распределителем. По поверхностям примыкания выполняется сварное соединение.
Патрубок 7, деталь является исполнением патрубка 6, сквозное отверстие выполнено большего диаметра, предназначена для вывода жидкости из полости гидромотора роторного.
Деталь сопрягается с распределителем. По поверхностям примыкания выполняется сварное соединение.
Винт с потайной головкой 10, предназначен для фиксации распределителей на корпусе.
Винт с цилиндрической головкой 11, предназначен для фиксации крышки на корпусе.
Изображен вектор крутящего момента MΣ, место размещения и направление разреза А-А.
На фиг. 2 изображено:
- полость для прохождения жидкости;
- место входа/выхода жидкости;
- разветвленная жидкость;
- места сопряжения ротора с подшипниками;
- участок взаимодействия ротора с жидкостью;
- выемки в виде усеченного конуса, выполненные на цилиндрической поверхности ротора;
- ось передачи крутящего момента;
- Кольцо 004-006-14-1-0 ГОСТ 9833-73 12, предназначено для уплотнения технологических отверстий в корпусе;
- Манжета 13, предназначена для уплотнения места выхода ротора;
- Подшипник 14, предназначен для фиксации ротора в осевом направлении с сохранением его вращения.
Места размещения и направления разрезов Б-Б, В-В, Г-Г, Д-Д.
На фиг. 3 изображено:
- разрез для потока R1;
- рычаг от оси выемки в виде усеченного конуса до оси вращения ротора;
- отклонение оси выемки в виде усеченного конуса от направления движения жидкости на углы α1;
- направление воздействия жидкости;
- направление вращения;
- плоскость отсчета угла Δα.
На фиг. 4 изображено:
- разрез для потока R2;
- рычаг от оси выемки в виде усеченного конуса до оси вращения ротора;
- отклонение оси выемки в виде усеченного конуса от направления движения жидкости на углы α2;
- направление воздействия жидкости;
- направление вращения;
- плоскость отсчета угла Δα.
На фиг. 5 изображено:
- разрез для потока R3;
- рычаг от оси выемки в виде усеченного конуса до оси вращения ротора;
- отклонение оси выемки в виде усеченного конуса от направления движения жидкости на углы α3;
- направление воздействия жидкости;
- направление вращения;
- плоскость отсчета угла Δα.
На фиг. 6 изображено:
- разрез для потока R4;
- рычаг от оси выемки в виде усеченного конуса до оси вращения ротора;
- отклонение оси выемки в виде усеченного конуса от направления движения жидкости на углы α4;
- направление воздействия жидкости;
- направление вращения;
- плоскость отсчета угла Δα.
На фиг. 7 изображен график увеличения крутящего момента от MΣmin до MΣmax в момент взаимодействия жидкости с выемками в виде усеченного конуса ротора.
На фиг. 8 изображена часть графика увеличения крутящего момента со смещением на угол Δα в линейном отношении.
На фиг. 9 изображено:
- выемка в виде усеченного конуса ротора.
- направление вектора силы, после воздействия жидкости с большего сечения Sb на меньшее сечение Ss выемки в виде усеченного конуса.
На фиг. 10 изображен мотор роторный в разнесенном виде.
5 Осуществление изобретения
Детали, входящие в состав мотора роторного технически выполнимы на токарно-фрезерном, токарном, фрезерном и сверлильном станках.
В производстве целесообразно использовать литье с последующей мех. обработкой.
Реализация заявленного назначения осуществляется тем, что ротор не зафиксирован от вращательного движения и под воздействием силы жидкости на выемки в виде усеченного конуса будет вращаться, т.к. давления жидкости на входе и выходе стремятся к равенству, т.е. перепад давлений и будет создавать вращательное движение. Прекращение вращательного движения возможно при условии, что крутящий момент нагрузки превысит максимально-возможный крутящий момент мотора роторного.