EA004452B1 - Конструкция поршневой машины и способ управления поршнями - Google Patents

Abstract

Предлагается поршневая машина в виде поршневого двигателя или поршневого насоса, содержащая два или более поршневых цилиндра (14b, 14с), предпочтительно расположенных на одинаковом угловом расстоянии друг от друга, составляющем 180° в случае двух цилиндров, 120° в случае трех цилиндров и т.д., по отношению к осевой линии. Каждый цилиндр содержит поршень, совершающий возвратно-поступательное движение, оснащенный выступающим поршневым штоком (18b, 18с). Через эти штоки обеспечивается регулируемое смещение каждого поршня, соответствующее регулируемому смещению другого поршня или других поршней. Средства регулирования смещения являются вращаемыми и воздействуют на выступающие наружные торцевые части поршневых штоков или детали, установленные на этих штоках, например вращающиеся ролики (20b, 20с). В поршневом насосе данного типа поршни способствуют продвижению потока жидкости, а поршневой двигатель данного типа приводится потоком жидкости. Задачей ставится достижение эксплуатационного режима, при котором обеспечивается более равномерный объемный расход потока, то есть поток жидкости без существенных пульсаций. Для этой цели предусмотрены упомянутые вращающиеся средства регулирования, выполненные в виде окружающей кулачковой поверхности (52), в которую упираются торцы поршневых штоков посредством периферийной поверхности упомянутых вращающихся роликов (20b, 20с). Отличительной особенностью способа, связанного с применением данного поршневого двигателя, является приведение каждого поршня в движение с постоянной скоростью на части рабочего хода.

Description

Данное изобретение относится к конструкции поршневой машины, представляющей собой поршневой насос или поршневой двигатель, содержащий два или более совместно работающих поршневых цилиндра, поршни, совершающие возвратно-поступательное движение, оснащенные поршневыми штоками, которые в любой момент времени в большей или меньшей степени выступают наружу из соответствующих цилиндров и на которые воздействует вращающийся элемент. Этот элемент управляет каждым поршнем, обеспечивая предопределенное смещение поршня в соответствующем цилиндре, согласованное с соответствующим смещением совместно работающих поршней. Управляемые поршни, совершающие возвратно-поступательное движение, в варианте поршневого насоса способствуют продвижению потока жидкости, а в варианте поршневого двигателя приводятся потоком жидкости, в полном соответствии с ограничительной частью п.1.

Данное изобретение относится также к способу управления двумя или более поршнями, совершающими возвратно-поступательное движение, образующими часть поршневой машины (поршневого насоса или поршневого двигателя), оснащенного вращающимися средствами для взаимного регулирования движения поршней. Эти средства воздействуют на поршни через выступающие поршневые штоки в полном соответствии с ограничительной частью п.13.

Поскольку применение гидравлических поршневых машин как в качестве насосов, так и в качестве двигателей (моторов) хорошо известно, в дальнейшем изобретение будет описываться, в основном, применительно к поршневому насосу, в котором поршни, установленные с возможностью возвратно-поступательного движения в одном общем или отдельных цилиндрах, предназначены для создания и поддерживания потока жидкости.

Как упомянуто, устройство согласно изобретению может использоваться также и в связи с гидравлическим поршневым двигателем, приводимым потоком жидкости. С целью упрощения приведенное ниже описание имеет отношение, в основном, только к поршневому насосу или просто к насосу, хотя машина, к которой относится настоящее изобретение, может известным образом быть использована и в качестве двигателя (мотора).

Уровень техники

К недостаткам известных поршневых насосов относится создание потока жидкости, который является нестабильным во времени и зависит от хода поршня. Эта нестабильность, или пульсация, является нежелательной, поскольку она является причиной появления пульсаций давления, механических вибраций и шума. Известен способ снижения пульсации давления, заключающийся в установке аккумулятора на стороне нагнетания насоса.

Если два поршня, совершающие возвратно-поступательное движение, воздействуют на один и тот же поток жидкости, в любой момент времени, когда один поршень выполняет рабочий ход, продвигая жидкость, второй поршень будет совершать обратный ход. Благодаря этому обеспечивается более равномерный поток жидкости. Поршни обычно приводятся в движение за счет вращения кривошипного механизма и связаны с этим механизмом через свои поршневые штоки, будучи расположенными с диаметрально противоположных сторон по оси вращения кривошипа. Поэтому поршни могут работать в противофазе, то есть со сдвигом фаз на 180° поворота кривошипа. Такой принцип может быть реализован также за счет двухстороннего поршня, когда жидкость продвигается попеременно двумя сторонами поршня.

Даже при наличии двух поршней или двухстороннего поршня в потоке жидкости имеют место существенные пульсации (колебания). Это обусловлено изменением скорости поршней, которая принимает нулевое значение в мертвой точке, в которой поршни заканчивают рабочий ход и начинают обратный ход или наоборот. При каждом ходе поршня скорость потока жидкости стремится к нулю, когда рабочий ход переходит в обратный, и увеличивается от нуля, когда обратный ход переходит в рабочий. Для вышеописанной конструкции с двумя попеременно работающими поршнями скорость потока жидкости будет нулевая одновременно для обоих поршней через каждую половину оборота кривошипа, т.е. через каждые 180°.

Известно применение трех поршней, управляемых одним кривошипом и работающих с взаимным сдвигом фаз на 120°. Благодаря такой конструкции один из поршней всегда выполняет рабочий ход. В результате поток жидкости никогда не останавливается полностью. Таким образом, так называемые трехцилиндровые насосы в отношении пульсации потока жидкости намного превосходят насосы с одним или двумя поршнями.

Характеристики насоса можно улучшить за счет еще большего количества совместно работающих поршней, однако, это приведет к усложнению конструкции насоса и увеличению его стоимости.

Компромиссом в данном случае считается сочетание трехцилиндрового насоса с аккумулятором давления.

Известен способ управления поршнями внутри цилиндров, выполненных в цилиндрическом роторе, при помощи наклонной направляющей пластины, которая воздействует на поршневые штоки, каждый из которых связан со своим поршнем. Направляющая пластина установлена под определенным углом к оси ротора, благодаря чему каждый поршень переме щается при вращении ротора на длину хода, определяемую углом наклона направляющей пластины. Такое конструктивное решение используется, в основном, для небольших гидравлических насосов, в которых производительность может регулироваться путем изменения упомянутого угла наклона направляющей пластины.

Подобные известные конструкции поршневых насосов имеют недостаток, заключающийся в том, что подаваемый поток жидкости имеет точно такую же пульсацию, что и отводимый поток. Пульсация может быть очень существенной. В качестве примера следует указать на то, что объемный расход потока может колебаться в пределах 81,5-106,8% от среднего расхода, если длина штока поршня будет в 5 раз превышать радиус кривошипа, даже в случае несжимаемой жидкости, низкого давления и при хороших клапанах.

В случае больших насосов пульсация может послужить причиной появления разрушительной вибрации и нежелательного шума даже при использовании аккумулятора давления на стороне нагнетания насоса.

Принято представлять скорость поршня и, соответственно, объемный расход потока для каждого поршня графически, в виде обычной синусоидальной зависимости от угла поворота кривошипа. В этом случае скорость поршня максимальна при углах поворота 90° и 270°. Строго говоря, это корректно только для бесконечно длинного поршневого штока. На практике максимальная скорость поршня и, соответственно, максимальный объемный расход имеют место, когда колено кривошипа и шток поршня образуют прямой угол, а это происходит при угле поворота кривошипа менее 90° и более 270°.

Таким образом, на кривой зависимости скорости поршня от угла поворота кривошипа появится искажение синусоиды. Этот факт говорит в пользу теоретически благоприятного смещения фаз на 120°, при котором, однако, на практике имеет место ухудшенное выравнивание пульсаций давления и повышенный шум по сравнению с тем, что можно было ожидать, поскольку появляется третья асимметричная гармоника.

Другим фактором является то, что при самой высокой скорости поршня следует учитывать износ поршневого насоса, значительно увеличивающийся с увеличением скорости поршня и рабочего давления. В насосе с высоким давлением должна быть понижена скорость поршня. Следовательно, такой насос будет обладать более низкой производительностью по сравнению с тем же насосом, работающим с той же жидкостью, но при меньшем давлении.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является создание конструкции поршневой машины, обеспечивающей в эксплуатационном режиме более устойчивый объемный расход потока, то есть отсутствие существенных пульсаций. При этом в основе поршневой машины лежит взаимная работа двух или более поршней со сдвигом фаз.

Кроме того, целью изобретения является снижение наибольшей скорости поршня, следовательно, износа, по сравнению с известными поршневыми насосами и двигателями, имеющими сравнимые размеры, обеспечивающими сравнимый объемный расход потока и работающими при сравнимом давлении. Как вариант, ставится задача увеличить объемный расход потока по сравнению с аналогичными известными поршневыми насосами и двигателями, имеющими сравнимые размеры, соответствующие наибольшие скорости поршней и износ.

Задачи решаются за счет конструкции, охарактеризованной в ограничительной части п.1, отличающейся признаками, содержащимися в отличительной части п.1.

Согласно изобретению каждый поршень в поршневом насосе (двигателе) приводится в движение с постоянной скоростью на части рабочего хода. В этом заключается отличие поршневого насоса (двигателя) согласно изобретению от известных насосов (двигателей) такого же или аналогичного типа, в которых скорость поршня постоянно изменяется в соответствии с синусоидальной зависимостью. В конце каждого хода скорость поршня плавно уменьшается до нуля или увеличивается от нуля. По мере замедления рабочего поршня до нулевой скорости, совместно работающий с ним поршень ускоряется, начиная рабочий ход при нулевой скорости, в результате чего общий объемный расход отводимого потока остается неизменным.

Данный принцип можно легко понять, если представить, что каждый поршень линейно замедляется и ускоряется соответственно в конце и начале каждого хода. Само собой разумеется, что такой эффект может быть достигнут также в случае нелинейного изменения скорости. Смысл этого принципа заключается в том, что сумма скоростей двух поршней на таком переходном участке с изменяющейся скоростью является постоянной величиной, равной обычной скорости поршня в процессе выполнения рабочего хода.

За счет сохранения постоянной, максимально возможной скорости поршня на некоторой части хода поршня достигается существенно более высокий объемный расход потока на каждом рабочем ходе, чем в случае известных насосов, в которых та же самая максимальная скорость поршня достигается только в определенной точке хода, иными словами, в которых скорость поршня более низкая.

С точки зрения износа совершенно очевидно, что высокая постоянная скорость вызы вает износ более длинного участка стенки цилиндра, а эквивалентный износ ограниченного участка приведет к необходимости капитального ремонта насоса. Насос согласно данному изобретению может работать при существенно более низкой наибольшей скорости поршня, обеспечивая при этом тот же самый объемный расход потока, что и известные насосы.

При помощи насоса согласно изобретению постоянный объемный расход отводимого потока может быть достигнут при помощи всего лишь двух совместно работающих поршней. Если обеспечить, чтобы каждый рабочий ход выполнялся при повороте приводного вала насоса, незначительно превышающем 180°, на интервале после 180° будет реализовано перекрытие рабочего хода, когда оба поршня выполняют часть своего рабочего хода одновременно. Такой перекрывающий интервал или угол превышения поворота вала может иметь величину, например, 30°, когда один поршень равномерно замедляется до нулевой скорости, заканчивая рабочий ход, в то время как другой поршень начинает рабочий ход, равномерно ускоряясь до рабочей скорости. Обратный ход должен выполняться на более высокой скорости, чем рабочий ход, поскольку он соответствует углу поворота менее 180°. Более высокая скорость обратного хода нежелательна с точки зрения износа насоса, однако, поскольку давление на поршень при обратном ходе будет значительно меньше давления рабочего хода, увеличение скорости не должно усиливать износ. Кроме того, скорость обратного хода поршня не будет превышать максимальную скорость поршня в аналогичном известном поршневом насосе.

Недостатком вышеописанной конструкции с двумя поршнями может являться то, что объемный расход поступающего потока не является постоянным даже при постоянном расходе отводимого потока. Колебания расхода поступающей жидкости сравнимы с аналогичными колебаниями в известных трехцилиндровых насосах.

Насос в соответствии с изобретением содержит три поршня, которые работают с взаимным сдвигом фаз на 120°. Это насос способен, в отличие от известного трехцилиндрового насоса, обеспечить постоянный расход потока, причем величина расхода в любой момент соответствует рабочей скорости одного поршня. Постоянный общий расход потока достигается за счет парного чередования поршней с линейным изменением скорости. При использовании трех поршней изменение скорости поршня может быть одинаковым для рабочего и обратного хода, в отличие от асимметричного изменения скорости поршня в случае насоса с двумя поршнями.

Кроме того, поток жидкости, поступающий в насос с тремя поршнями, будет иметь постоянный объемный расход. То же самое может быть получено при использовании большего количества поршней, например пяти поршней, работающих с взаимным сдвигом фаз на 72°.

В наиболее предпочтительном варианте насос реализован с шестью поршнями, работающими со сдвигом фаз на 60°, в котором скорость поршня при рабочем ходе отлична от скорости обратного хода (асимметрична). Максимальная постоянная скорость поршня между участками перехода от одного хода к другому будет ниже, чем максимальная скорость поршня в аналогичном известном насосе, на коэффициент, равный 1,6, причем в известном насосе скорость поршня изменяется по синусоиде.

Как вариант, поршневой насос в соответствии с изобретением может работать при более высокой скорости вращения приводного вала, соответственно обеспечивать больший объемный расход потока по сравнению с аналогичным известным насосом, причем без превышения максимальной скорости поршня известного насоса.

Краткий перечень фигур чертежей

В дальнейшем изобретение описывается более подробно посредством первого упрощенного варианта реализации насоса с двумя поршнями. Зависимость скорости и участки перехода от одного хода к другому поясняются на примере насосов с большим количеством поршней, а также подробным предпочтительным вариантом осуществления изобретения в виде бурильного грязевого насоса. Ссылки по тексту относятся к прилагаемым чертежам, где на фиг. 1 показана схема упрощенной конструкции насоса с двумя поршнями, приводимыми в движение кулачком в виде вращающегося эксцентрикового диска или ролика;

на фиг. 2 приведен график, иллюстрирующий профиль кулачка и скорость одного из поршней конструкции по фиг. 1;

на фиг. 3 приведен график, соответствующий фиг. 2, представляющий также скорость другого поршня конструкции по фиг. 1;

на фиг. 4 показан график скорости поршня для трехцилиндрового насоса;

на фиг. 5 показан график скорости поршня для пятицилиндрового насоса;

на фиг. 6 показан график скорости поршня для шестицилиндрового насоса;

на фиг. 7 схематически показан вид сбоку вращающегося барабана с наружным кольцевым кулачком;

на фиг. 8 показан частичный вид (сверху по отношению к фиг. 7) конструкции, в которой противодействующий ролик установлен на удлинении раздвоенного несущего элемента ролика, причем противодействующий ролик обкатывает заднюю поверхность кольцевого кулачка, т. е. поверхность, противоположную рабочей поверхности кулачка;

на фиг. 9 показан частичный вид варианта реализации, соответствующего фиг. 8 и содержащего противодействующий ролик, смещение которого осуществляется за счет так называемой пневматической пружины, причем ролик, установленный на конце поршневого штока, прижимается к кулачку при повышении давления в цилиндре, т.е. пневматически;

на фиг. 10 показан в значительно большем масштабе, чем на фиг. 7 и существенно более подробно, чем на фиг. 8, вариант реализации изобретения по фиг. 8 с противодействующим роликом, а также проиллюстрировано, каким образом свободно вращающийся ролик на конце поршневого штока упруго упирается в рабочую поверхность кольцевого кулачка, установленного на вращающемся барабане, причем в противоположную поверхность кулачка упирается противодействующий ролик; и на фиг. 11 показан общий вид трехцилиндрового поршневого насоса, на котором показаны общие характерные особенности варианта осуществления изобретения по фиг. 7, 8, 9 и 10, а противодействующий ролик функционирует за счет использования пневматической пружины.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Ниже изобретение описывается со ссылками на чертежи.

На фиг. 1 позиция 10 обозначает приводной вал, вращаемый против часовой стрелки, как показано стрелкой. Приводной вал 10 связан с кулачком 12, радиус которого, измеряемый от оси приводного вала 10 до периферии кулачка, увеличивается от минимума до максимума по ходу часовой стрелки, а затем опять уменьшается до минимального значения по завершении полного оборота. Угол между максимальным и минимальным радиусами кулачка 12, показанный ломаной линией на фиг. 1, составляет 210°, если отчитывать по ходу часовой стрелки.

Первый цилиндр 14 содержит первый поршень 16. Этот цилиндр установлен радиально по отношению к приводному валу 10 с одной из сторон этого вала. На диаметрально противоположной стороне приводного вала 10 установлен цилиндр 14а со вторым поршнем 16а.

Первый поршень 16 связан с первым поршневым штоком 18, свободный конец которого оснащен первым роликом 20, обкатывающим поверхность кулачка 12. Второй поршень 16а соответственно связан со вторым поршневым штоком 18а, свободный конец которого оснащен вторым роликом 20, который также обкатывает рабочую поверхность кулачка 12.

На фиг. 2 кривая 22 является зависимостью радиуса кулачка 12 от его угла поворота. Таким образом, кривая 22 представляет профиль кулачка 12. Кривая 24 является зависимостью скорости первого поршня 16 от угла поворота ку лачка 12 при постоянной угловой скорости приводного вала 10 и кулачка 12.

По горизонтали отсчитывается угол поворота кулачка 12 от 0 до 360°. По вертикали отсчитывается радиус кулачка 12, максимальное значение которого нормировано на единицу при повороте на 210°, в результате чего скорость поршня 16 во время рабочего хода также будет нормирована на единицу.

Кривая 24 показывает, что максимальная скорость поршня 16 во время обратного хода составляет 1,5, то есть на 50% больше, чем скорость поршня во время рабочего хода. Действительная скорость поршня, соответствующая этим нормированным значениям, будет зависеть от частоты вращения приводного вала 10 и кулачка 12, а также от фактического радиуса кулачка, соответствующего нормированной единице.

Пунктирная кривая 26 на фиг. 3 показывает, каким образом скорость второго поршня 16а изменяется при повороте кулачка 12 против часовой стрелки по отношению к первоначальному положению по фиг. 1. На начальной стадии, более конкретно при повороте от 0 до 30°, первый поршень 16 начинает рабочий ход и перемещается с линейно возрастающей скоростью, в то время как второй поршень 16а заканчивает рабочий ход и перемещается с линейно убывающей скоростью. Сумма модулей скоростей является постоянной величиной, равной 1,0. При повороте от 30 до 180° первый поршень 16 выполняет основную часть рабочего хода с постоянной скоростью, равной 1,0, в то время как второй поршень 16а выполняет обратный ход, засасывая жидкость во второй цилиндр 14а.

На фиг. 4 показаны кривые скоростей для насоса, в котором три поршня работают со сдвигом фаз на 120°. В качестве опорной кривой показана синусоидальная кривая скорости 28 поршня, управляемого обычным кривошипным механизмом. Кривые 30, 32 и 34 относятся к первому, второму и третьему поршням соответственно. Как следует из этих кривых, всегда имеется один поршень, движущийся с постоянной скоростью, или два рабочих поршня движутся попеременно таким образом, что сумма их скоростей равна рабочей скорости одного поршня.

На фиг. 5 показана кривая скорости 36 для поршня в насосе, в котором пять поршней работают со сдвигом фаз на 72°. В качестве опорной кривой показана синусоидальная кривая скорости 28 для поршня, управляемого обычным кривошипным механизмом. Кривые для остальных четырех поршней не показаны. Как видно из фиг. 5, рабочая скорость поршня постоянна на существенно большем интервале первого полуоборота кулачка, чем скорость поршня, выражаемая опорной кривой 28. При этом рабочая скорость этого поршня существенно меньше, чем рабочая скорость поршня, управляемого кривошипом.

На фиг. 6 показана кривая скорости 38 для поршня в насосе, в котором шесть поршней работают со сдвигом фаз на 60°. В качестве опорной показана синусоидальная кривая скорости 28 для поршня, управляемого обычным кривошипным механизмом. Кривые для остальных пяти поршней не показаны. Как видно из фиг. 6, рабочая скорость поршня всегда остается постоянной на существенно большем интервале первого полуоборота кулачка, чем скорость поршня, выражаемая опорной кривой 28. При этом рабочая скорость этого поршня существенно меньше, чем рабочая скорость поршня, управляемого кривошипом. Кривая скорости 38 является асимметричной, то есть обратный ход осуществляется при повороте кулачка на меньший угол, чем рабочий ход, следовательно, скорость поршня во время обратного хода увеличена.

В варианте поршневого насоса, показанного схематично на фиг. 7, 8 и 10, предусмотрен двигатель 40, на валу отбора мощности которого установлено зубчатое колесо 42 и который предназначен для привода вращающегося барабана 44 через зубчатое колесо, входящее в зацепление с наружным зубчатым венцом 46, установленным на барабане 44.

Снаружи барабана 44 установлен охватывающий его кольцевой кулачок 50, одна сторона которого представляет собой профильную (рабочую) кулачковую поверхность 52.

Снаружи параллельно барабану 44 установлен по меньшей мере один цилиндр 14Ь, 14с, поршень которого (не показан) связан с поршневым штоком 18Ь, 18с. Свободный конец штока выполнен с возможностью перемещения по кулачковой поверхности 52 в процессе вращения барабана 44, в результате чего осуществляется движение упомянутого поршня в цилиндре 14Ь, 14с, как пояснялось выше.

В предпочтительном варианте шесть цилиндров 14Ь, 14с..., размещенных вокруг барабана 44 на одинаковом угловом расстоянии друг от друга, на практике будут связаны с общей коллекторной системой. Каждый цилиндр 14Ь, 14с... известным образом оснащен клапанами и соединительными элементами, необходимыми для его функционирования в качестве цилиндра насоса.

В таком шестицилиндровом поршневом насосе барабан работает от двух двигателей, установленных по одному на каждой стороне барабана 44.

На фиг. 10 показано, каким образом свободный наружный конец поршневого штока 18, образованный наиболее удаленным от цилиндра 14Ь участком вращающегося упорного ролика 20Ь, постоянно находится в контакте с рабочей поверхностью 52 кольцевого кулачка 50. За счет упругого воздействия упорного ролика 20Ь на кулачковую поверхность 52 обеспечивается не прерывная обкатка по некруговой траектории окружной поверхностью ролика кулачковой поверхности 52 на 360° вокруг оси вращения барабана 44.

Для обеспечения возможности упругого перемещения ролика 20Ь, а также остальных упорных роликов 20а, 20с... в осевом направлении соответствующих цилиндров или поршневых штоков в конструкции предусмотрена раздвоенная головка 18Ь', в которой при помощи поперечного болта 54 установлен с возможностью вращения ролик 20Ь. Этой головкой оснащена действующая торцевая часть поршневого штока. Здесь следует заметить, что в функциональном плане под действующим концом поршневого штока понимается конец с роликом 20Ь, а более конкретно - участок периферийной поверхности ролика, который в любой момент времени наиболее удален в осевом направлении от поршневого штока 18Ь. Одно из разветвлений этой раздвоенной головки 18Ь' при помощи держателя 55 удерживает подпружиненное упорное средство, выполненное в виде небольшого вращающегося ролика или колеса 56, ось которого параллельна оси вращения упорного ролика 20Ь.

Периферийная поверхность этого небольшого ролика или колеса 56 упруго примыкает и опирается на заднюю кольцевую поверхность 52а кулачка 50, которая, в отличие от рабочей кулачковой поверхности 52, может обкатываться по круговой траектории.

Пружина 58, предназначенная для упомянутого небольшого ролика или колеса, может быть, например, изготовлена из нескольких соединенных между собой тарельчатых пружин, вставленных внутрь направленной вниз чашеобразной детали подшипникового узла 60, который обеспечивает опору для раздвоенного торцевого конструктивного элемента 62, предназначенного для поддержки ролика или колеса 56.

Позиция 64 обозначает регулировочный винт для регулировки положения ролика или колеса 56 по отношению к кулачку 50, то есть его круговой задней поверхности 52а, в осевом направлении поршневого штока 18Ь. Позиция 63 обозначает скользящую направляющую, связанную с узлом кулачок-ролик 50-20Ь.

Как упомянуто выше, предпочтительный вариант выполнения включает в себя шесть поршневых цилиндров, расположенных на одинаковом угловом расстоянии друг от друга вокруг барабана. Эти поршневые цилиндры связаны с общей коллекторной системой.

Раздвоенная головка 18Ь', 18с' в некоторых вариантах выполнения может иметь те же размеры, что и головка поршневого штока 18а-18с противоположного цилиндра 14а-14с... .

Средства для удержания роликов 20 в контакте с противолежащей рабочей кулачковой поверхностью 52 могут быть выполнены различным образом. В основном, они должны обеспечивать, чтобы давление на стороне всасывания всегда было достаточно высоким для противодействия силам трения, гравитационным и инерционным силам, стремящимся оторвать ролик от кулачка и, таким образом, прекратить взаимодействие ролика с кулачком. На фиг. 8 и 10 показано использование противодействующего ролика, расположенного с возможностью перемещения по задней поверхности кулачка 50. Как вариант, может быть использовано смещение ролика, например, при помощи пневматического устройства, как показано на фиг. 9, где кольцевой плунжер 16А закреплен в средней части поршневого штока 18Ь, прижимая при перемещении штока 18Ь ролик 20Ь к кулачку 50 в момент введения сжатого воздуха в цилиндр 14В. Вместо этой конструкции, использующей смещение с помощью пневматической пружины, смещение может быть реализовано при помощи механического устройства.

В варианте выполнения согласно фиг. 11 могут использоваться пневматические пружины, а конструкция раздвоенного держателя 18Ь', 18с' на конце поршневых штоков 18Ь-18с соответствующих пневматических цилиндров 14Ь14с обеспечивает удержание упорных роликов 20Ь, 20с в парах с противодействующими роликами 56. Кроме того, в варианте по фиг. 11 имеется тот же самый приводной и передаточный механизм 40, 42, 46, как и в варианте по фиг. 7, шестеренчатая передача 42, 46, барабан 44 с охватывающим его кулачком 50 и три цилиндра 14а-14с, расположенных на одинаковом угловом расстоянии, то есть с интервалом 120°, и удерживаемых в двух отстоящих друг от друга параллельных боковых стенках 82, 84 рамной конструкции, соединенных монтажной плитой 80. Позиция 44а обозначает одну из осевых цапф барабана 44.

Claims (17)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Конструкция поршневой машины, представляющей собой поршневой насос или поршневой двигатель, содержащий два или более совместно работающих поршневых цилиндра (14, 14а, 14Ь, 14с), поршни (16, 16а), совершающие возвратно-поступательное движение, которые оснащены поршневыми штоками (18, 18а, 18Ь, 18с), движимыми непосредственно или опосредованно вращающимся кулачком (12, 50), отличающаяся тем, что кулачок (12, 50) имеет ряд секторов с непрерывно и комплементарно изменяющимися наклонами, выполненных таким образом, что при вращении кулачка с постоянной угловой скоростью сумма линейных скоростей всех поршней, движимых секторами с положительными наклонами, является постоянной и равной сумме линейных скоростей всех поршней, движимых секторами с отрицательными наклонами.
2. 2. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый кулачок (12) выполнен симметричным, а количество поршней кратно нечетному числу, равному или большему трех.
3. 3. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый кулачок (12) выполнен асимметричным, а количество поршней кратно четному числу, равному или большему четырех.
4. 4. Конструкция по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что свободный наружный конец каждого поршневого штока (18, 18а, 18Ь, 18с) образован наиболее удаленным в осевом направлении в любой момент времени участком упорной периферийной поверхности вращающегося ролика (20, 20а, 20Ь, 20с), которая постоянно находится в контакте с рабочей поверхностью (52) кулачка (12, 50).
5. 5. Конструкция по п.1 или 4, отличающаяся тем, что кулачок выполнен в виде кулачкового кольца (50), охватывающего вращающийся барабан (44), цилиндрическую деталь или аналогичное устройство, средство или конструкцию.
6. 6. Конструкция по п.4, отличающаяся тем, что упомянутые вращающиеся ролики (20, 20а, 20Ь, 20с) выполнены с возможностью удержания в постоянном упругом контакте с упомянутой рабочей кулачковой поверхностью (12, 52).
7. 7. Конструкция по п.6, отличающаяся тем, что торцы поршневых штоков, несущие соответствующие упорные ролики (20, 20а, 20Ь, 20с), оснащены раздвоенной головкой (18Ь') с и-образным разветвлением, в котором при помощи поперечного болта (54) установлен с возможностью вращения упорный ролик.
8. 8. Конструкция по любому из пп.4, 6, 7, отличающаяся тем, что она содержит средства (56) для создания и поддержания давления на стороне всасывания, достаточно высокого, чтобы уравновесить силы трения, гравитационные и инерционные силы, стремящиеся оторвать упорный ролик (20, 20а, 20Ь, 20с) от направляющей поверхности (52) кулачка (50).
9. 9. Конструкция по п.8, отличающаяся тем, что упомянутые средства являются средствами упругого смещения, например пневматическими устройствами (16А, 14В), механическими средствами, такими как пружины и т. п.
10. 10. Конструкция по п.7, отличающаяся тем, что раздвоенная головка (18Ь') на торце каждого поршневого штока (18, 18а, 18Ь, 18с) несет выступающий в осевом направлении держатель (60), выполненный с возможностью удержания упорного ролика (20Ь) в подпружиненном контакте с рабочей поверхностью (52) кулачка.
11. 11. Конструкция по п.8, отличающаяся тем, что упомянутый держатель (60) имеет Иобразную форму, причем первое И-образное разветвление направлено в осевом направлении от раздвоенной головки (18Ь') свободного наружного конца поршневого штока, а другое И13 образное разветвление, соединенное с первым и-образным разветвлением посредством Иобразной перемычки, образующей поперечный соединительный элемент, направлено в осевом направлении к раздвоенной головке (18Ь') поршневого штока и удерживает контактное колесо (56), периферийная поверхность которого находится в подпружиненном контакте с задней кольцевой поверхностью (52а) кулачкового кольца (50), противоположной рабочей поверхности (52) кулачка, в результате чего упорный ролик (20Ь) удерживается в постоянном упругом контакте с рабочей поверхностью (52).
12. 12. Конструкция по любому из пп.7, 8, 11, отличающаяся тем, что упомянутая раздвоенная головка (18а'-18с') выполнена с возможностью несения как упорного ролика (20а-20с), так и контактного колеса или противодействующего ролика (56), расположенного на противоположной стороне кулачкового кольца (50) относительно рабочей поверхности (52) кулачка.
13. 13. Способ управления поршнями (16, 16а), совершающими возвратно-поступательное движение в двух или более поршневых цилиндрах (14, 14а, 14Ь, 14с), образующих часть поршневого насоса или поршневого двигателя, оснащенного вращающимися средствами для взаимного регулирования хода поршней, воздействующими на поршни через выступающие поршневые штоки (18, 18а, 18Ь, 18с), отличающийся тем, что каждый поршень (16, 16а) приводят в движение с постоянной скоростью на части рабочего хода, причем по меньшей мере один поршень приводят в движение таким образом, чтобы профиль или кривая скорости этого поршня была асимметричной, а именно, чтобы скорость была постоянной, но имела различную величину для рабочего и обратного хода.
14. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что поршни (16, 16а) приводят в движение со скоро-

    Фиг. 1 стью, плавно уменьшающейся до нуля или увеличивающейся от нуля в конце рабочего хода, таким образом, что при замедлении рабочего поршня до нулевой скорости один или более работающих совместно с ним поршней, начинающих в это время выполнение рабочего хода, ускоряются от нулевой скорости.
15. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что каждый поршень (16, 16а) линейно замедляют в конце рабочего хода и линейно ускоряют в начале рабочего хода таким образом, что сумма скоростей поршней на таком переходном участке с изменяющейся скоростью постоянна и равна обычной рабочей скорости поршня в процессе выполнения рабочего хода.
16. 16. Способ по любому из пп.13-15, отличающийся тем, что постоянную максимальную скорость поршня устанавливают и поддерживают на части рабочего хода.
17. 17. Способ по любому из пп.13-16, отличающийся тем, что поршневой насос функционирует за счет двух диаметрально противоположных поршневых цилиндров (14, 14а) и кулачка (12), расположенного между этими цилиндрами, причем каждый рабочий ход выполняется при повороте приводного вала (10) на угол, несколько превышающий 180°, например на угол, превышающий 180° на 30°, в результате чего оба поршня (16, 16а) одновременно выполняют часть рабочего хода при повороте приводного вала на упомянутый угол превышения, в процессе которого один из поршней равномерно замедляется до нулевой скорости, заканчивая рабочий ход, а другой поршень начинает рабочий ход, равномерно ускоряясь до полной рабочей скорости, при этом обратный ход выполняется на более высокой скорости, чем рабочий ход.