ДВИГАТЕЛЬ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ

Заявленная полезная модель относится к двигателестроению и преобразованию энергии, в частности к поршневым пневматическим двигателям с одним цилиндром [МПК F01B 1/01].
Из уровня техники известен ПНЕВМОДВИГАТЕЛЬ [RU 2007130424 - опубл. 2009-02-20], содержащий камеру, разделенную поршнем на две рабочие полости, поршень с кривошипно-шатунным механизмом, отличающийся тем, что он содержит 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.
Недостатком данного аналога является наличие одного кривошипно-шатунного механизма (отсутствие крейцкопфного механизма), что ограничивает передаваемый крутящий момент и повышает поперечные нагрузки на цилиндр (что снижает ресурс работы конструкции).
Также из уровня техники известен ПОРШНЕВОЙ ПНЕВМОДВИГАТЕЛЬ [RU 2006119752 - опубл. 2007-12-27], содержащий цилиндр с поршнем и выхлопными окнами, выполненными в стенке цилиндра, механизм газораспределения, включающий, по меньшей мере, один нормально открытый впускной клапан, трубопроводы подвода газа высокого и отвода газа низкого давления, отличающийся тем, что поршень соединен со штоком, связанным с крейцкопфом, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом, цилиндр с одной стороны снабжен глухой крышкой с отверстием для штока, а на боковой поверхности цилиндра со стороны глухой крышки выполнены отверстия и сообщены с трубопроводом отвода газа низкого давления или с атмосферой.
Недостатком данного аналога является наличие одного крейцкопфного механизма, что ограничивает передающий крутящий момент.
Наиболее близким по технической сущности является ПНЕВМОДВИГАТЕЛЬ [RU 86663 U1 - опубл. 2009-09-10], содержащий камеру, разделенную поршнем на две рабочие полости, поршень с кривошипно-шатунным механизмом, отличающийся тем, что он содержит 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.
Основной технической проблемой прототипа является наличие одного кривошипно-шатунного механизма (отсутствие крейцкопфного механизма), что ограничивает передающий крутящий момент и повышает поперечные нагрузки на цилиндр (что снижает ресурс работы конструкции).
Задача полезной модели заключается в устранении недостатков прототипа.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение поперечных нагрузок на цилиндр и поршень, следствием чего является продление ресурса двигателя, а также возможность передавать повышенный крутящий момент к коленчатым валам двигателя.
Указанный технический результат достигается за счет того, что двигатель пневматический, включающий цилиндр, к которому слева и справа примыкают направляющие для крейцкопфных подшипников с крейцкопфами, цилиндр содержит рабочую камеру с поршнем, который делит рабочую камеру на две рабочие полости, к которым подведены пневматические линии, при этом поршень слева и справа штоками кинематически связан с крейцкопфами, которые шатунами кинематически связаны с коленчатыми валами, причем продольная ось поршня проходит через крейцкопфы и оси коленчатых валов.
В частности крейцкопфные подшипники выполнены в виде подшипников скольжения.
В частности крейцкопфные подшипники выполнены в виде подшипников качения.
Краткое описание чертежей.
На чертеже показана схема пневматического двигателя.
На чертеже обозначено: 1 - двигатель, 2 - поршень, 3 -цилиндр, 4 - корпус двигателя, 5 - штоки поршня, 6 - крейцкопфные подшипники, 7 - шатуны, 8 - крейцкопфы, 9 - коленчатые валы, 10 - пневматические линии, 11 - электромагнитные клапаны, 12 - компрессор, 13 - баллон с разреженным газом, 14 - баллоном с газом под давлением, 15 - фильтр очистки газа, 16 - мембраны с сальниковым уплотнением, 17 - направляющие, 18 - блок управления.
Осуществление полезной модели.
Полезная модель состоит из двигателя 1 и вспомогательного оборудования. Двигатель 1 включает в себя поршень 2, расположенный в цилиндре 3, к которому с двух сторон, под углом 180° (оппозитно) примыкают два одинаковых корпуса двигателя 4 с одинаковыми внутрикорпусными устройствами. От поршня 2 отходят в противоположные стороны два штока поршня 5, противоположный конец каждого из которых расположен в крейцкопфном подшипнике 6.
Механическая энергия от штока поршня 5 на шатун 7 передается посредством крейцкопфа 8. Шатун 7 в свою очередь соединен с коленчатым валом 9. В зависимости от конструкционного исполнения коленчатые валы 9 могут работать на одну шестерню, а могут работать отдельно.
Когда поршень 2 находится в центральной части цилиндра 3, он делит его на две равные части, в каждую из которых подводятся пневматические линии 10. На каждой линии стоит свой электромагнитный клапан 11, соединенный с блоком управления 18. Также к блоку управления 18 подключен компрессор 12, распложенный между баллоном с разреженным газом 13 и баллоном с газом под давлением 14. Выходы из каждого баллона подключены к каждому электромагнитному клапану 11, которые переключаясь по алгоритму, задаваемому блоком управления 18, создают в правой и левой частях блока цилиндра 3, попеременно повышенное и пониженное давление рабочего тела (газа). Также на пневматической линии 10 перед баллоном с разреженным газом 13 расположен фильтр очистки газа 15.
Герметизация рабочего объема двигателя 1 осуществляется с двух сторон мембранами с сальниковым уплотнением 16. При работе двигателя 1 крейцкопфные подшипники 6, в которых расположены крейцкопфы 8, горизонтально перемещаются по направляющим 17.
На чертеже кривошипные механизмы расположены в одном (верхнем) положении, что обеспечивает работу коленчатых валов 9 в одном направлении. Однако, в зависимости от целей и задач, достаточно один кривошипный механизм отсоединить, повернуть на 90 градусов через продольную ось поршня 2 и снова соединить его с шатуном 7, что обеспечит вращение коленчатых валов 9 в противоположных направлениях.
Принцип работы двигателя 1 заключается в следующем: баллон с разреженным газом 13, подключенный к цилиндру 3 с поршнем 2 с одной стороны, и баллон с газом под давлением 14, подключенный к цилиндру 3 с поршнем 2 с другой стороны, открываются одновременно при помощи электромагнитных клапанов 11. Под высоким давлением газа с одной стороны и глубоким вакуумом с другой поршень 2 начинает двигаться в сторону разрежения. Затем, по сигналу блока управления 18, электромагнитные клапаны 11 переключаются на другой баллон, каждый со своей стороны соответственно и поршень 2 движется в обратную сторону. Чтобы исключить жёсткую работу поршня 2 в моментах переклада направления движения, электромагнитные клапана 11 меняются до прихода поршня 2 в верхнюю мёртвую точку с той или другой стороны, что позволит сделать работу двигателя 1 мягкой и дополнительно продлит срок его эксплуатации. Таким образом, процесс «высокое давление - вакуум» меняется поочерёдно с каждой стороны цилиндра 3 с поршнем 2. Скорость вращения коленчатых валов 9 регулируется частотой открытия-закрытия электромагнитных клапанов 11. Рабочим телом двигателя 1 является неконденсирующийся газ, например, азот. Очистка рабочего тела (газа) осуществляется с помощью фильтра очистки газа 15.
Повышенное давление в баллоне с газом под давлением 14 обеспечивается с помощью компрессора 12, который постоянно перекачивает в него рабочее тело (газ) из баллона с разреженным газом 13. За счет этого в одном баллоне поддерживается глубокий вакуум в другом высокое давление. Важно отметить, что применение разреженного газа вместо газа атмосферного давления повышает мощность двигателя 1, а масса рабочего тела (газа) при надлежащей эксплуатации двигателя 1 остаётся неизменной и не требует пополнения длительное время, что экономически выгодно.
Рассмотренный пневматический двигатель 1 может применяться в пожаро- и взрывоопасных помещениях, в которых исключается применение электродвигателей, но для производственной деятельности необходим подвод механической энергии. В самом помещение непосредственно располагается двигатель 1, к которому подводятся пневматические линии 10, а все вспомогательное и электрическое оборудование (баллоны, компрессор 12, блок управления 18 и др.) находится в отдельном помещении.
Два крейцкопфа 8, расположенные слева и справа от поршня 2 и связанные кинематически с поршнем 2 и коленчатыми валами 9 (причем продольная ось поршня 2 проходит через крейцкопфы 8 и оси коленчатых валов 9), позволяют передавать весь крутящий момент, вырабатываемый пневматическим двигателем 1, на коленчатые валы 9. В тоже время применение крейцкопфов 8 приводит к уменьшению поперечных нагрузок на цилиндр 3 и поршень 2, что позволяет продлить ресурс двигателя 1.
Крутящий момент с коленчатых валов 9 можно снимать отдельно, а можно объединить их и использовать, например, для конвейера на котором идет работа с пожаро- и взрывоопасными веществами.
Указанные технический результат полезной модели достигается за счет оборудования двигателя 1 двумя крейцкопфами 8, что обеспечивает передачу всего крутящего момента, вырабатываемого пневматическим двигателем 1 на коленчатые валы 9, а также обеспечивает уменьшение поперечных нагрузок на цилиндр 3 и поршень 2.