ПОРШНЕВОЙ ПНЕВМОДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области машиностроения - машинам объемного действия, в частности поршневым расширительным машинам, и может быть использована в качестве поршневого пневматического двигателя транспортного средства (автомобиля), а также в горнодобывающей, химической и нефтехимической промышленности для силового привода машин и механизмов.
Известны пневмодвигатели, имеющие цилиндр с движущимся возвратно-поступательно в нем поршнем и систему принудительного газораспределения, когда полость цилиндра сообщается с магистралью высокого давления посредством золотника, жестко связанного с кривошипом. Золотник при вращении в неподвижной втулке с окнами посредством каналов поочередно соединяет цилиндр с полостью подвода сжатого воздуха и с полостью выхлопа отработанного воздуха [Герц Е.В., Крейнин Г.В. Расчет пневмоприводов. Справочное пособие. - М.: Машиностроение, 1975, с.10].
Основными недостатками указанной конструкции пневматического двигателя является наличие сложной системы золотникового газораспределения, которая представляет собой дополнительный узел механического трения, что обуславливает низкую частоту вращения коленчатого вала, повышенное потребление воздуха и вследствие этого низкий КПД пневмодвигателя, невысокую эксплуатационную надежность вследствие частого выхода из строя золотникового механизма газораспределения.
Известна другая конструкция пневмодвигателя - пневмодвигатель П16-25 [Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Сборник статей. Вып. 10 / Под общ. ред. Е.В. Герца, - Машиностроение, 1984, с. 30-31], который характеризуется наличием выхлопных окон в стенках цилиндров, открываемых поршнями в конце рабочего хода.
Золотник данного пневмодвигателя имеет уменьшенное число каналов по сравнению с описанной выше конструкцией, что позволяет увеличить проходное сечение каналов золотника и приводит к некоторому повышению мощности пневмодвигателя, но при этом имеет место повышенное потребление сжатого воздуха.
Однако наличие золотникового механизма газораспределения не приводит к существенному увеличению КПД и повышению эксплуатационной надежности пневмодвигателя.
Известна конструкция двигательной установки транспортного средства (автомобиля) [Патент №22721 А Украина, 1997], представляющая собой пневмодвигатель с клапанным газораспределением, гидравлическим приводом клапанов и системой автоматического регулирования фаз открытия и закрытия клапанов.
Однако наличие принудительного клапанного газораспределения не способствует значительному повышению экономичности и эксплуатационной надежности пневмодвигателя. Конструктивные особенности пневмодвигателя также не позволяют накапливать запас сжатого воздуха, необходимого для его работы, при торможении транспортного средства (автомобиля) пневмодвигателем.
Наиболее близкой к заявляемой является конструкция поршневой расширительной машины - поршневого пневмодвигателя [Патент RU №2408796, МКИ F04B 39/10, 25/00, F04B 53/10. Опубл. 20.09.2010] с прямоточной схемой движения газа, в стенке цилиндра которого имеются выхлопные окна для выхода отработанного воздуха. В этой конструкции в системе газораспределения применяется самодействующий нормально открытый впускной клапан с возможностью регулирования степени наполнения цилиндра пневмодвигателя сжатым воздухом посредством изменения высоты подъема запорного элемента относительно клапанной доски с помощью штанги-толкателя.
Недостатком такого пневмодвигателя является уменьшение v индикаторной работы, что вызвано процессом обратного выталкивания газа из цилиндра через открытый впускной клапан при приближении поршня к верхней мертвой точке, который приводит к повышенным потерям давления в клапане, особенно при уменьшении высоты подъема запорного элемента в процессе регулирования степени наполнения цилиндра сжатым воздухом.
Отсутствие ресивера не обеспечивает эффективной работы пневмодвигателя при колебаниях давления сжатого воздуха на входе.
Задачей и техническим результатом описываемой полезной модели является снижение потерь давления в клапане и повышение эффективности работы пневмодвигателя.
Указанная задача и технический результат достигается тем, что в известном поршневом пневмодвигателе, содержащем поршень, цилиндр с выхлопными окнами, впускной штуцер, крышку цилиндра, в которой размещен самодействующий нормально открытый впускной клапан с запорным элементом и подвижный относительно клапанной доски ограничитель перемещения запорного элемента, согласно заявленной полезной модели, впускной штуцер крышки цилиндра соединен трубопроводом с ресивером, а в крышке цилиндра на клапанной доске дополнительно размещен самодействующий нормально закрытый выпускной клапан.
Ресивер посредством газового редуктора может быть соединен с баллоном или с магистралью высокого давления.
Запорный элемент может быть подпружинен пружиной сжатия к ограничителю перемещения или подвешен к ограничителю перемещения на пружине растяжения.
Нормально закрытый выпускной клапан может быть выполнен в виде плоской тарелки подпружиненной пружиной сжатия к клапанной доске, или в виде упругой пластины.
Выхлопные окна могут быть выполнены в виде круглых, прямоугольных, квадратных отверстий или округлых прорезей.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан разрез поршневого пневмодвигателя.
Поршневой пневмодвигатель содержит цилиндр 1, поршень 2, у связанный с кривошипно-шатунным механизмом (на чертеже не показан). В стенках цилиндра 1 выполнены выхлопные окна 3. В крышке цилиндра 4 располагаются запорный элемент 5 самодействующего нормально открытого впускного клапана, прижатый пружиной 6 к подвижному ограничителю перемещения 7, клапанная доска 8, запорный элемент 9 самодействующего нормально закрытого выпускного клапана, впускной штуцер 10. Крышка цилиндра 4 через впускной штуцер 10 трубопроводом 11 соединена с ресивером 12 сжатого воздуха.
При подаче сжатого воздуха из ресивера 12 через впускной штуцер 10 в, крышку 4 происходит впуск его в цилиндр 1 через самодействующий нормально открытый впускной клапан, запорный элемент 5 которого прижат пружиной 6 к подвижному ограничителю перемещения 7. При движении поршня 2 от верхней к нижней мертвой точке растет перепад давлений на запорный элемент 5, и на части хода поршня пружина 6 сжимается и клапан закрывается. Попавшая в цилиндр, порция воздуха продолжает оказывать давление на поршень 2 и при его дальнейшем движении к нижней мертвой точке расширяется с совершением внешней работы. При открытии торцевой поверхностью поршня 2 выхлопных окон 3 происходит выхлоп и выталкивание отработанного воздуха в окружающую среду. Открытые поршнем выхлопные отверстия 3 в продолжение его движения к нижней мертвой точке способствуют освобождению цилиндра от отработанного воздуха. При обратном движении поршня к верхней мертвой точке давление в цилиндре 1 после закрытия поршнем выхлопных отверстий 3 растет за счет сжатия оставшегося воздуха в цилиндре. При превышении давления в цилиндре 1 над давлением воздуха в крышке цилиндра 4 запорные элементы самодействующих клапанов впускного 5 и выпускного 9 открываются, происходит выталкивание воздуха из цилиндра 1 в крышку цилиндра 4 через открытые впускной и выпускной клапаны, а затем и в ресивер 12 через штуцер 10. Затем цикл повторяется.
Для торможения пневмодвигателя производят принудительное закрытие запорным элементом 5 впускного клапана перемещением подвижного ограничителя перемещения 7 к клапанной доске 8. Воздух при движении поршня от нижней к верхней мертвой точке поступает в цилиндр 1, через выхлопные окна 3, сжимается до давления, превышающего давление в крышке цилиндра 4, запорный элемент 9 самодействующего нормально закрытого клапана открывается и при дальнейшем движении поршня выталкивает воздух через открытый выпускной клапан из цилиндра 1 в крышку цилиндра 4, а затем и в ресивер 12 через штуцер 10. После 1-2 циклов пневмодвигатель останавливается.
Предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность работы пневмодвигателя за счет получения большей индикаторной работы посредством снижения гидравлических сопротивлений в процессе обратного выталкивания воздуха через дополнительно установленный выпускной клапан. Кроме того заявленная конструкция позволяет уменьшить удельный расход на единицу вырабатываемой мощности поддержанием стабильного давления сжатого воздуха на входе в пневмодвигатель,