КОМПАКТНЫЙ КОМПРЕССОРНЫЙ АГРЕГАТ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в транспортных средствах, например, в грузовых автомобилях, автобусах, троллейбусах и др.
Известна конструкция транспортного средства, в котором компрессор тормозной системы представляет собой поршневую машину с постоянным (неотключаемым) приводом от коленчатого вала двигателя (Автомобили КамАЗ. Руководство по эксплуатации. - М.: Машиностроение, 1986. - 381 с. С. 30, 142, 143, 163). При достижении заданного уровня давления воздуха в пневмосистеме транспортного средства регулятор давления сообщает нагнетательную магистраль с атмосферой, и компрессор, фактически, перекачивает воздух в окружающее пространство, работая на холостом ходу.
3
-1
Недостатком известного решения является невозможность останова компрессора при работающем двигателе. Такие ситуации в эксплуатации возникают, когда в тормозной системе создан достаточный уровень давления. Непрерывная работа компрессора приводит к неоправданному износу подвижных частей агрегата и снижению ресурса как непосредственно компрессора и его привода, так и двигателя, и транспортного средства в целом. Другим недостатком является ограниченное пространство в месте установки компрессора, сдерживающее использование компрессора с большими габаритами, которые требуются для компрессоров большей производительности. Кроме того, недостатком является низкая подача (кг/с), которая обуславливает низкую производительность (м/с), сопровождаемые низким ресурсом, использования поршневого компрессора с кривошипно-шатунным механизмом при частотах вращения больше 3500 мин.
Известен привод компрессора и гидравлического насоса автомобиля, а также способ его использования, где предусматривается последовательная передача крутящего момента от вала двигателя на вал компрессора и далее на вал гидравлического насоса (пат. US 20080093154, опубл. 24.04.2008). Валы компрессора и гидравлического насоса постоянно связаны между собой. В тех случаях, когда работа компрессора не требуется, специальная муфта, установленная между двигателем автомобиля и валом компрессора, отключает одновременно компрессор и гидравлический насос от двигателя. В этих случаях, по известному решению, необходимое усиление на руле для управления автомобилем обеспечивает электрическая вспомогательная система рулевого управления.
К недостаткам известного решения относится значительное усложнение конструкции автомобиля и, как следствие, снижение его надежности и увеличение стоимости за счет введения дополнительной электрической системы. К недостаткам относится также то, что вспомогательная электрическая система рулевого управления не может полностью заменить основную. При отключении гидравлического насоса существуют риски, связанные с возможной внезапной необходимостью приложения полного усилия к рулевому управления - усилия, большего, чем может дать вспомогательная система.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемой полезной модели - является привод гидравлического насоса с компрессорной установкой, причем компрессорная установка содержит корпус, с размещенными внутри двумя валами и деталью, обеспечивающей сжатие нагнетаемого воздуха, а гидравлический насос находится в приводном соединении с валом компрессорного агрегата (пат. US 20110127103, опубл. 02.06.2011). В известном решении применен поршневой компрессор с кривошипно-шатунным механизмом и коленчатым валом так, что деталью, обеспечивающей сжатие нагнетаемого воздуха, является поршень. По известному решению, в составе поршневого компрессора имеется, по меньшей мере, один поршень и один цилиндр, в котором перемещается поршень. Коленчатый вал поршневого компрессора связан с валом двигателя, от которого он приводится, и с валом гидравлического насоса зубчатой передачей.
Недостатком известного решения является невозможность останова компрессора при работающем двигателе, например, когда в тормозной системе создан достаточный уровень давления. Как отмечалось выше, это приводит к неоправданному износу подвижных частей и снижению ресурса как непосредственно компрессора и его привода, так и двигателя, и транспортного средства в целом. К недостаткам известного решения относится также использование для нагнетания воздуха поршней, совершающих возвратно-поступательное движение, и кривошипно-шатунного механизма. Повышение частоты вращения коленчатого вала поршневого компрессора, необходимое для увеличения производительности компрессора, приводит к увеличению инерционных нагрузок от поступательно движущихся масс. Компоновочные соображения - требование компактности при размещении на двигателе в сочетании с необходимостью обеспечения заданной производительности часто требуют форсирования компрессоров по частоте вращения. В этом случае поршневые компрессоры с кривошипно-шатунными механизмами имеют ограничения по применению.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является устранение недостатков прототипа - создание конструкции компактного компрессорного агрегата с отключаемым приводом компрессора, позволяющего работу при высоких частотах вращения и имеющего лучшие удельные характеристики.
Решение поставленной технической задачи достигается за счет совокупной реализации следующих конструктивных решений:
применения компактного трохоидного компрессора (пат. RU №168505, опубл. 07.02.2017 Бюл. №4), имеющего в общем корпусе приводной вал, связанный с ним зубчатой передачей эксцентриковый вал и, по меньшей мере, один ротор, размещенный на эксцентриковом валу;
применения устройства, разобщающего эксцентриковый вал компрессора и приводной вал в тех случаях, когда не требуется нагнетание воздуха.
Совместное сочетание указанных признаков является новым, промышленно применимым и служит достижению заявленного технического результата.
Трохоидные компрессоры широко известны. Отсутствие поступательно движущихся масс позволяет устранить силы инерции от возвратно-поступательных частей, упростить уравновешивание и обеспечить возможность форсирования по частоте вращения для получения больших значений подач и производительности воздуха при фиксированных габаритных размерах компрессора. Применение и конструктивные схемы трохоидных компрессоров известны, в частности, из литературных источников (см., например, пат. RU 168505, опубл. 07.02.2017 Бюл. №4; Сухомлинов P.M. Трохоидные роторные компрессоры. - Харьков: Вища школа, 1975; В. Хлумский Ротационные компрессоры и вакуум-насосы. М., «Машиностроение», 1971, 128 стр.; О выборе конструкторских решений при разработке роторно-поршневого компрессора с улучшенными экологическими характеристиками. [Электронный ресурс] URL:/http://engine.aviaport.ru/issues/34/page04.htm; дата обращения: 13.07.2021).
Предлагаемый в качестве настоящей полезной модели компактный компрессорный агрегат поясняется схемой на фиг. 1 и включает корпус 1, в котором размещены приводной вал 2 и эксцентриковый вал 3 с установленным на нем ротором 4.
Оси обоих валов расположены параллельно друг другу, в общей вертикальной плоскости, причем эксцентриковый вал 3 размещен над приводным валом 2 со смещением в горизонтальном направлении. Такое расположение двух валов в компрессорном агрегате позволяет обеспечить заданную частоту вращения ротора 4 при одновременном решении компоновочной задачи - размещении компрессорного агрегата в ограниченном пространстве двигателя. Это особенно актуально в случае размещения компрессора в развале между блоками цилиндров V-образного и звездообразного двигателей внутреннего сгорания.
На одном конце приводного вала 2 установлена шестерня 5, связанная через промежуточные зубчатые колеса с коленчатым валом двигателя (на фиг. 1 не показаны). На противоположном конце приводного вала 2 жестко установлена шестерня 6.
На конце эксцентрикового вала 3 выполнены шлицы, на которых с возможностью осевого перемещения установлена шестерня 7. Шестерня 7 имеет два возможных крайних положения на шлицах эксцентрикового вала 3: в одном из них она полностью находится в зацеплении с шестерней 6. В другом крайнем положении она полностью выведена из зацепления с шестерней 6.
Перемещение шестерни 7 на шлицах эксцентрикового вала 3 происходит с помощью устройства 8, включающего пневмоцилиндр 81, мембрану 82 и ведомый диск 83. Полость пневмоцилиндра 81 сообщается с ресивером 10 пневмосистемы транспортного средства, на котором установлен двигатель с предлагаемым компактным компрессорным агрегатом, а мембрана 82 через ведомый диск 83 контактирует с шестерней 7. Конструкция устройства 8 и его отдельных элементов не является предметом охраны по настоящей заявке и может быть выполнена любой, известной из уровня техники и обеспечивающей заданное перемещение шестерни 7. В качестве примера, не исключающего другие варианты исполнения, на фиг. 1 условно изображен пример исполнения предлагаемого устройства с фрикционными накладками 71 и 831 на шестерне 7 и ведомом диске 83, соответственно.
Предлагаемый в качестве настоящей полезной модели компактный компрессорный агрегат работает следующим образом.
Приводной вал 2 постоянно связан через шестерню 5 с коленчатым валом двигателя и вращается во все время, пока работает двигатель.
При падении давления воздуха в ресивере 10 ниже заданного уровня мембрана 82 перемещает ведомый диск 83 вдоль оси эксцентрикового вала 3. Мембрана 82 прижимает ведомый диск 83 к шестерне 7, стремясь переместить последнюю по шлицам эксцентрикового вала 3 и вводя ее в зацепление с шестерней 6. Когда шестерня 7 оказывается в зацеплении с шестерней 6, эксцентриковый вал 3 начинает вращаться с частотой, определяемой передаточным отношением в зацеплении шестерен 6 и 7. При этом начинает вращаться также ротор 4. Происходит нагнетание воздуха через клапан 9 в ресивер 9, откуда воздух отводится к агрегатам-потребителям, условно обозначенным на фиг. 1 позицией 11.
Когда давление в ресивере 10 достигает заданного уровня и его дальнейшее повышение не требуется, мембрана 82 возвращает ведомый диск 83 в исходное положение. Ведомый диск 83 увлекает за собой шестерню 7, которая, перемещаясь по шлицам на эксцентриковом валу 3, выходит из зацепления с шестерней 6. Эксцентриковый вал 3 прекращает вращение, нагнетание воздуха через клапан 9 в ресивер 10 также прекращается.
Вращение и остановка ротора 4 происходит независимо от работы иных агрегатов двигателя, в том числе - независимо от работы гидравлического насоса. Если таким объектом является транспортное средство, предлагаемое устройство повышает безопасность дорожного движения, так как система рулевого управления остается при постоянно работающем гидравлическом насосе.
Отключение ротора компрессорного агрегата от постоянно действующего привода позволяет уменьшать износ компрессора и не расходовать мощность двигателя в тех случаях, когда не требуется нагнетание воздуха в пневмосистему транспортного средства. Косвенным положительным эффектом является экономия топлива двигателя и сокращение выбросов вредных веществ с отработавшими газами за счет меньшего количества сжигаемого топлива.
Техническим результатом использования предлагаемой полезной модели является обеспечение возможности форсирования компрессора по частоте вращения, улучшение компоновочных характеристик, повышение ресурса компрессора и двигателя в целом, экономия топлива.