РОТОРНАЯ МАШИНА
ROTARY MACHINE

Предлагаемая роторная машина может иметь широкий спектр применения в различных областях промышленности, добыче полезных ископаемых, на транспорте, в строительстве и других сферах деятельности.
По функциональности использования косвенными аналогами предлагаемой роторной машины являются используемые в гидравлических приводах шестеренные и пластинчатые гидромоторы [В.К. Свешников «Гидрооборудование. Книга I. Насосы и гидродвигатели: Номенклатура, параметры, размеры, взаимозаменяемость.» Издательский центр «Техинформ» МАИ. С. 122, с. 126].
Известно, что применение жидкостей и масел в качестве рабочей среды требует высокую степень герметичности рабочих камер. Что достигается высокими классами чистоты обработки рабочих поверхностей деталей этих машин и механизмов и применением разного рода уплотнений и уплотнительных устройств, что существенно повышает стоимость их изготовления, эксплуатации, обслуживания и ремонта. Необходимость фильтрации и охлаждения рабочей жидкости также сказывается на удорожании изготовления, эксплуатации, обслуживания и ремонта. Чувствительность к перепадам температуры окружающей среды отрицательно сказывается на работе гидравлических механизмов.
Применение шариков, обладающих механической энергией, в качестве рабочих тел позволяет преодолеть вышеперечисленные проблемы и значительно снизить затраты на изготовление, эксплуатацию, обслуживание и ремонт механизмов, их использующих.
Перед автором стояла задача создать привод барабана грузовой лебедки, использующий шарики, обладающие механической энергией, в качестве рабочих тел. Подавателями, которые своими рабочими органами придают шарикам механическую энергию, шарики по трубопроводным магистралям подаются в привод барабана. В результате воздействия шариков на рабочий орган привода барабана, которым является роторное колесо, совершается необходимая работа.
Из уровня техники известен механизм механической передачи, использующий шарики в качестве рабочих тел. Механизм включает в себя корпус, внутри которого в одной плоскости на некотором расстоянии друг от друга установлены два одинаковых роторных колеса, имеющие на своей внешней образующей равномерно распределенные по всей окружности с шагом 1.5 диаметра применяемых шариков пазы полукруглого профиля с радиусом, равным радиусу применяемых шариков. Глубина пазов равна 1/2 диаметра применяемых шариков. Роторные колеса жестко посажены на валы, которые вставлены в отверстия корпуса. Один из них является приводным и на нем установлено ведущее колесо. Полости корпуса, в которых располагаются роторные колеса, соединены двухрядным каналом, в поперечном сечении имеющим профиль в виде цифры 8 с взаимным пересечением нижней и верхней окружностей. Диаметры окружностей равны и соответствуют диаметру применяемых шариков. Канал имеет две параллельные ветви, находящиеся на разных сторонах роторных колес. Этот же канал охватывает снаружи оба роторных колеса. Причем в месте сопряжения с роторным колесом профиль в виде цифры 8 в нижнем ряду имеет паз шириной, соответствующей толщине роторного колеса. Роторное колесо входит внутрь канала на глубину 1/2 диаметра применяемых шариков. В канал в шахматном порядке, через один в каждый ряд, плотно уложены шарики. В местах сопряжения с роторными колесами шарики нижнего ряда находятся в пазах роторных колес. Двухрядное устройство канала для шариков призвано снизить потери на трение из-за возможности шариков прокатываться, а не скользить по поверхности канала (US 5488881 А, 06.02.1996, F16C 1/28, (fig 2)). Взято за прототип.
В известном механизме ведущее роторное колесо, проворачиваясь от воздействия привода на вал, на который оно жестко установлена, выталкивает крайний шарик, находящийся в нижнем ряду канала в ее пазе, в одну из параллельных ветвей двухрядного канала, который, воздействуя на находящийся перед ним шарик, передает импульс движения на ведомое колесо, заставляя его и вал, на котором оно жестко установлено, вращаться.
Таким образом, известный механизм является одноступенчатым редуктором с передаточным числом, равным единице, и с неограниченно большим межцентровым расстоянием.
Применение данного механизма для решения поставленной задачи не имеет смысла, так как усилие его привода может быть непосредственно приложено к валу барабана грузовой лебедки.
Предлагаемая роторная машина использует шарики, обладающие механической энергией, и преобразует их поступательное движение в крутящий момент своего рабочего вала, согласно изобретению корпус машины выполнен в виде полого цилиндра с расположенными по внешнему контуру прямоугольными выступами, в боковых стенках которых выполнены сквозные каналы для прохода шариков, диаметр которых соответствует диаметру шариков, а роторное колесо выполнено в виде полого цилиндра, рабочие камеры которого выполнены в виде сферических углублений с диаметрами сфер, равными диаметрам шариков, причем углубления располагаются рядами, равно распределенными по всей длине, а глубина углублений равна половине диаметра образующей сферы.
На Фиг 1. показан продольный разрез роторной машины (в предлагаемом варианте). Роторная машина состоит из четырех основных частей: корпуса 1, роторного колеса 2, вала 3, основания 4. Преимущественно корпус 1 жестко связан с основанием 4 с возможностью легкого демонтажа.
Корпус 1 имеет вид полого цилиндра с расположенными по внешнему контуру прямоугольными выступами с осями, находящимися под углом в 120° относительно друг друга. Это относится только к данному рассматриваемому варианту. При изготовлении корпусов больших размеров количество прямоугольных выступов может быть любым. В боковых стенках выступов созданы сквозные отверстия (каналы) для прохода шариков. В предлагаемом варианте их по два в каждом выступе, но может быть и больше. Диаметр отверстий соответствует диаметру применяемых шариков. Отверстия выполнены таким образом, чтобы линия пересечения с внутренним отверстием корпуса располагалась преимущественно на середине диаметров отверстий. На обоих концах отверстий организованы места (резьбы, места для крепления патрубков и т.д.) для присоединения трубопроводных магистралей подвода и отвода шариков. Корпус также имеет организованные места для его установки на основание 4. В предлагаемом варианте корпус выполнен цельным. Но при изготовлении корпусов больших размеров возможно целесообразнее будет изготавливать их состоящими из двух и более частей, с линиями разъема частей, лежащими как вдоль продольной оси, так и поперек нее.
Роторное колесо 2 имеет вид полого цилиндра с расположенными на внешней поверхности рабочими камерами, имеющими вид сферических углублений (лунок), с диаметрами сфер, равным диаметрам применяемых шариков. Лунки располагаются рядами, равно распределенными по всей ширине колеса. Лунки в рядах равно распределены по длине окружности, с шагом, обеспечивающим достаточную толщину стенок между лунками. Глубина лунок равна, преимущественно, половине диаметра образующей сферы.
Вместо лунок рабочие камеры могут быть выполнены в виде канавок полукруглого профиля с диаметром окружности, соответствующим диаметру применяемых шариков, глубиной предпочтительно равной половине этого диаметра, равномерно распределенных по окружности внешней образующей и с шагом, обеспечивающим достаточную толщину стенок между соседними канавками, проходящими через всю ширину роторного колеса.
На поверхности отверстия колеса организованы посадочные места (шпоночные пазы, шлицевые пазы) для установки колеса на рабочий вал 3. В рассматриваемом варианте роторное колесо выполнено цельным. При изготовлении роторных колес больших диаметров возможно целесообразным будет изготавливать их сборными, состоящими из 2-х и более частей (ступица, обод и др.).
Основание 4 имеет преимущественно П-образный вид. На концах стоек организованы места для установки подшипниковых узлов, в которые устанавливается вал 3 с подшипниковыми узлами. На основании также находятся опоры для установки на них корпуса 1.
Корпус 1, роторное колесо 2, рабочий вал 3, основание 4 изготавливаются из прочных и износостойких материалов (различные стали, сплавы, металлы, композитные материалы и др.).
На Фиг. 2 изображен поперечный разрез роторной машины.
Осуществление изобретения
Роторная машина собирается таким образом, что ряды лунок роторного колеса 2 находятся строго под сквозными каналами корпуса 1 (в случае, если рабочие камеры образуются стенками сплошных канавок полукруглого профиля, это условие необязательно). Подводящие и отводящие магистрали присоединены к каналам корпуса 1 каждая строго со своей стороны прямоугольного выступа. Подаваемые шарики, обладающие механической энергией, с одной из сторон проходят по каналам корпуса. В месте пересечения канала с внутренним отверстием корпуса попадают в лунки (рабочие камеры, образуемые стенками сплошных канавок полукруглого профиля) роторного колеса 2 и, воздействуя на стенки лунок (рабочих камер, образуемых стенками сплошных канавок полукруглого профиля), поворачивают роторное колесо. Поскольку роторное колесо 2 жестко соединено с рабочим валом 3, то на валу возникает крутящий момент. Проходя дальше по каналам корпуса 1, шарики удаляются в отводящие магистрали. Крутящий момент и КПД будут тем выше, чем большее количество шариков, обладающих механической энергией, будет воздействовать на роторное колесо (чем больше будет каналов для входа-выхода шариков) и чем больше будет диаметр роторного колеса.