RU2005888C1

RU2005888C1 - Gas drive

Info

Publication number: RU2005888C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Андреев
Original assignee: Владимир Алексеевич Андреев
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: gas drive has case 1 wherein shaft 2 provided with disk 3 having groove 4 is mounted. Cylinders 5, which are arranged in case 1 over periphery, are provided with pistons 6 interconnected through rods 7 in pairs. Gates 13 has sickle-shaped inlet and outlet passages 14,15 which are coincident with openings 16,17 provided in covers of cylinders 5 when shaft 2 rotates. Length of arc of each sickle-shaped passage 14 is determined by a relationship available in the invention description. Balls 10 is coupled with rod 7 through little horns 9 of movable jaw 8. EFFECT: improved design. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к пневмоприводам и предназначено для преобразования энергии сжатой среды воздуха, пара или газа в механическую работу вращательного движения. The invention relates to pneumatic actuators and is intended to convert the energy of a compressed medium of air, steam or gas into the mechanical work of rotational motion.

Известна поршневая машина, состоящая из вала с наклонным разборным диском, взаимодействующим с помощью шара и оси со штоком и поршнем цилиндра, преобразующая вращение вала в возвратно-поступательное движение поршней в цилиндре и обратно из возвратно-поступательного во вращательное движение. Known piston machine, consisting of a shaft with an inclined collapsible disk, interacting with the ball and axis with the rod and piston of the cylinder, converting the rotation of the shaft into the reciprocating movement of the pistons in the cylinder and back from reciprocating to rotational movement.

Поршневая машина (авт. св. СССР N 1330343, кл. F 04 В 27/08, 1987) - прототип может работать только как компрессор, сжимать воздух-газ, но не способна работать как двигатель-мотор, т. е. превращать энергию сжатого воздуха-газа или пара в механическую работу вращательного действия. Кроме того, шар качения в кольцевой канавке при повышенных нагрузках из-за высокого удельного давления на поверхность кольцевой канавки имеет повышенный износ и снижает срок работы - надежность. Piston machine (ed. St. USSR N 1330343, class F 04 B 27/08, 1987) - the prototype can only work as a compressor, compress air-gas, but is not able to work as a motor-motor, i.e., convert energy compressed air-gas or steam into the mechanical work of rotational action. In addition, the rolling ball in the annular groove at high loads due to the high specific pressure on the surface of the annular groove has increased wear and reduces the service life - reliability.

Целью изобретения является максимальное извлечение полезной вращающей работы при разных давлениях сжатой среды и повышение надежности устройства. The aim of the invention is to maximize the extraction of useful rotational work at different pressures of the compressed medium and to increase the reliability of the device.

Для этого в поршневой машине, содержащей цилиндры, расположенные по окружности, в которых размещены поршни, попарно соединенные штоками, взаимодействующие посредством шара на оси с торообразной наклонной канавкой на валу, подвижные заслонки с серповидными каналами на разном удалении от центра, совпадающие с впускными и выпускными отверстиями в крышках цилиндров при вращении вала, причем впускные каналы выполняются по дуге при разных давлениях сжатой среды, в отношении как половина окружности к коэффициенту давления. Надежность в работе устройства достигается снижением удельного давления шара на поверхность кольцевой канавки. Для этого шары качения установлены на рожках вилки, подвижно посаженной в штоке. Это обеспечивает равномерное распределение нагрузки штока на шары. To do this, in a piston machine containing cylinders located around a circle in which pistons are placed, pairwise connected by rods, interacting by means of a ball on an axis with a toroidal inclined groove on the shaft, movable shutters with crescent channels at different distances from the center, coinciding with the inlet and outlet holes in the cylinder covers during rotation of the shaft, and the inlet channels are made in an arc at different pressures of the compressed medium, in relation to half the circumference of the pressure coefficient. Reliability in the operation of the device is achieved by reducing the specific pressure of the ball on the surface of the annular groove. To do this, the rolling balls are mounted on the horns of the fork, movably planted in the stock. This ensures uniform distribution of the rod load on the balls.

Прокладки из фольги, проложенной между плоскостями крышки цилиндров, упрощает выдержку зазора скользящих поверхностей заслонки, обеспечивают устойчивую работу устройства при высокой температуре сжатой среды. Foil gaskets, laid between the planes of the cylinder cover, simplifies the exposure of the gap of the sliding surfaces of the damper, ensures stable operation of the device at high temperature of the compressed medium.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что при разном давлении сжатой среды длина дуги впускного серповидного канала определяется отношением половины окружности к коэффициенту давления и выражается математической формулой l=

, а также тем, что с целью повышения надежности шары качения в торообразной канавке взаимодействуют со штоком посредством подвижной вилки с рожками.Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device is characterized in that at different pressures of the compressed medium the arc length of the inlet crescent channel is determined by the ratio of half the circumference to the pressure coefficient and is expressed by the mathematical formula l =

, as well as the fact that in order to increase reliability, the rolling balls in the toroidal groove interact with the rod by means of a movable fork with horns.

Таким образом изобретение соответствует критерию "Новизна". Thus, the invention meets the criterion of "Novelty."

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия". Comparison of the claimed solutions not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art did not allow them to identify signs that distinguish the claimed invention from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "Significant differences".

На фиг. 1 показан газопровод, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - график работы поршня на расширение сжатой среды при давлении в шесть атмосфер; на фиг. 6 - график работы поршня на расширение сжатой среды при давлении в четыре атмосферы. In FIG. 1 shows a gas pipeline, a general view; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a section BB in FIG. 1; in FIG. 4 is a section BB of FIG. 1; in FIG. 5 is a piston operating schedule for expanding a compressed medium at a pressure of six atmospheres; in FIG. 6 is a piston operating schedule for expanding a compressed medium at a pressure of four atmospheres.

Газопривод содержит корпус 1, в котором установлен вал 2. На валу жестко-наклонно закреплен разъемный диск 3 с кольцевой канавкой 4. В корпусе 1 по окружности размещены цилиндры 5, в которых перемещаются поршни 6, попарно соединенные штоками 7. На штоке 7 подвижно установлена вилка 8. Вилка 8 имеет рожки 9, на которые надеты шары 10, способные катиться по кольцевой канавке 4 разъемного диска 3. По торцам цилиндры 5 закрыты разъемной крышкой 11, а между разъемом проложена прокладка 12 из фольги, необходимая для регулировки зазора подвижной заслонки 13, закрепленной на продолжении вала 2. На одной половине плоскости заслонки 13 выполнен впускной серповидный канал 14 с меньшим радиусом, а на другой половине плоскости - выпускной серповидный канал 15 с большим радиусом. На разъемных крышках 11 над каждым цилиндром 5 выполнены сквозные отверстия 16, совпадающие с впускным серповидным каналом 14, а сквозные отверстия 17 совпадают с выпускным серповидным каналом 15. Для подвода сжатой среды - газа, пара, воздуха впускные отверстия 16 соединены с трубопроводом 18, который перекрывается краном 19. Корпус 1 скреплен винтами 20, а подвижные части закрыты кожухом 21. The gas actuator comprises a housing 1 in which a shaft 2 is mounted. A detachable disk 3 with an annular groove 4 is rigidly mounted on the shaft. In the housing 1, cylinders 5 are placed around the circumference, in which pistons 6 are moved, pairwise connected by rods 7. The rod 7 is movably mounted plug 8. Plug 8 has horns 9 on which balls 10 are put on that can roll along the annular groove 4 of the detachable disk 3. At the ends, the cylinders 5 are closed by a detachable cover 11, and a foil strip 12 is laid between the connector to adjust the clearance of the movable shutter 13 zack eplennoy on the extension shaft 2. On one side of the crescent adapted inlet channel 14 valve plane 13 with a smaller radius, and on the other half plane - crescent outlet channel 15 with a large radius. On the split caps 11 above each cylinder 5, through holes 16 are made, coinciding with the inlet crescent channel 14, and through holes 17 coincide with the outlet crescent channel 15. For supplying compressed medium - gas, steam, air, inlet openings 16 are connected to the pipe 18, which blocked by a crane 19. The housing 1 is fastened with screws 20, and the moving parts are closed by a casing 21.

Газопривод работает следующим образом. The gas drive works as follows.

При открытом кране 19 сжатая среда по трубопроводу 18, сквозные отверстия 16 в разъемных кранах 11, через серповидный канал 14 в заслонке 13 поступает в один из цилиндров 5 газопривода, например, над поршнем 6 справа от вала 2. В это же время емкость под поршнем 6 в цилиндре 5 посредством сквозного отверстия 17 в крышках 11 и выпускного серповидного канала 15 соединяется с атмосферой. Сжатая среда давит на поршень 6 и передает усилие на шток 7, вилку 8, рожки 9 и шары 10. Далее усилие передается на кольцевую канавку 4 разъемного диска 3, закрепленного жестко на валу 2. Два противоположных поршня 6 на одном штоке 7 синхронно получают давление сжатой среды, один над поршнем 6, другой под поршнем 6, суммируя усилие на шток 7, поршни 6, смещенные на полоборота, например, слева и справа от вала 2, работают синхронного в противофазе, создавая пару сил вращения на кольцевую канавку 4 разъемного диска 3, т. е. вращают вал 2 газопривода. После расширения отработанная среда - воздух, пар, газ вытесняется ходом поршня 6 в атмосферу через сквозное отверстие 17 в крышке 11 и выпускной серповидный канал 15, который выполнен по дуге на 180^о, что соответствует ходу поршня 6 от верхней точки до нижней. Энергия сжатой среды максимально преобразуется в механическую работу вращательного движения вала 2 путем подачи воздуха, пара, газа в цилиндр 5 на определенный ход поршня 6, остальной ход до крайней точки происходит при расширении сжатой среды. Осуществляется такое распределение сжатой среды в цилиндры 5 путем выполнены впускного серповидного канала 14 определенной длины по дуге (см. фиг. 5 и 6. При разном давлении сжатой среды длина дуги впускного серповидного канала 14 определяется математической формулой
l=

, где R - радиус от центра до осевой линии впускного серповидного канала;
П - постоянная величина 3, 14;
l - длина дуги впускного серповидного канала;
К - коэффициент давления K=

;
Р_макс - максимальное давление;
Р_атм - атмосферное давление, принимаемое за единицу.When the valve 19 is open, the compressed medium through the pipe 18, through holes 16 in the detachable valves 11, through the crescent channel 14 in the valve 13 enters one of the cylinders 5 of the gas supply, for example, above the piston 6 to the right of the shaft 2. At the same time, the container under the piston 6 in the cylinder 5 through a through hole 17 in the caps 11 and the outlet crescent channel 15 is connected to the atmosphere. The compressed medium presses on the piston 6 and transfers the force to the rod 7, plug 8, horns 9 and balls 10. Further, the force is transmitted to the annular groove 4 of the detachable disk 3, fixed rigidly to the shaft 2. Two opposite pistons 6 on one rod 7 simultaneously receive pressure compressed medium, one above the piston 6, the other under the piston 6, summing the force on the rod 7, the pistons 6, shifted half-turns, for example, to the left and right of the shaft 2, work synchronously in antiphase, creating a pair of rotation forces on the annular groove 4 of the split disk 3, i.e., rotate the shaft 2 of the gas drive. After expansion, the exhaust medium — air, steam, gas — is displaced by the stroke of the piston 6 into the atmosphere through the through hole 17 in the cover 11 and the outlet crescent channel 15, which is made along an arc of 180 ^° , which corresponds to the stroke of the piston 6 from the top to the bottom. The energy of the compressed medium is maximally converted into the mechanical work of the rotational movement of the shaft 2 by supplying air, steam, gas to the cylinder 5 for a certain piston stroke 6, the rest of the stroke to the extreme point occurs when the compressed medium expands. This distribution of the compressed medium into the cylinders 5 is carried out by means of an inlet crescent channel 14 of a certain length along the arc (see Figs. 5 and 6. At different pressures of the compressed medium, the arc length of the inlet crescent channel 14 is determined by the mathematical formula
l =

where R is the radius from the center to the center line of the inlet crescent channel;
P is a constant value of 3, 14;
l is the arc length of the inlet sickle channel;
K - pressure coefficient K =

;
P _max - maximum pressure;
R _ATM - atmospheric pressure, taken per unit.

Коэффициент давления - величина максимального давления сжатой среды к атмосферному давлению. Pressure coefficient - the maximum pressure of a compressed medium to atmospheric pressure.

На фиг. 5 и 6 графически поясняется, каким должен быть в угловом измерении впускной серповидный канал 14 при разном давлении сжатой среды, а заштрихованная площадь показывает, какой положительный эффект получается при максимальном извлечении полезной работы из этой среды. Буквы на графике обозначают:
Р - давление сжатой среды (газа);
V - объем в цилиндре, зависящий от положения поршня;
l₁ - величина хода поршня при открытом впускном серповидном канале (угловая величина серповидного канала);
Е - ход поршня в цилиндре от верхней до нижней точки.In FIG. 5 and 6, it is graphically explained what the inlet sickle channel 14 should be in the angular measurement at different pressures of the compressed medium, and the shaded area shows what positive effect is obtained with the maximum extraction of useful work from this medium. The letters on the graph indicate:
P is the pressure of the compressed medium (gas);
V is the volume in the cylinder, depending on the position of the piston;
l ₁ - the magnitude of the piston stroke with the inlet crescent-shaped channel open (angular value of the crescent-shaped channel);
E is the piston stroke in the cylinder from the upper to the lower point.

Верхний график показывает работу поршня при давлении сжатой среды в шесть атмосфер, а нижний - при четырех атмосферах. The upper graph shows the operation of the piston at a pressure of a compressed medium of six atmospheres, and the lower one at four atmospheres.

Газопривод, в котором впускной серповидный канал выполнен по вышеприведенной математической формуле, повышает КПД в работе устройства, а шары качения в торообразной канавке, взаимодействующие со штоком посредством подвижной вилки, позволяют повысить надежность работы устройства при увеличенных нагрузках. (56) Авторское свидетельство СССР N 1330343, кл. F 04 B 27/06, 1987. The gas drive, in which the inlet crescent channel is made according to the above mathematical formula, increases the efficiency of the device, and the rolling balls in the toroidal groove interacting with the rod by means of a movable fork, can improve the reliability of the device with increased loads. (56) Copyright certificate of the USSR N 1330343, cl. F 04 B 27/06, 1987.

Claims

1. GAS drive, comprising a housing, cylinders with caps located around the circumference, pistons arranged in cylinders, pairwise connected by rods with the possibility of interaction by means of balls with a toroidal groove of an inclined split disk mounted on the shaft, and mounted on shaft extensions of the damper with sickle-shaped inlet and outlet channels made with the possibility of combining during rotation of the shaft with the corresponding holes in the cylinder covers, characterized in that the arc length of each inlet crescent sump is determined by the ratio of half the length of its axial circumference to the pressure coefficient and is expressed by the mathematical formula
l =

where l is the length of the arc;
K is the pressure coefficient;
R is the radius of the axial circle.

2. The gas drive according to claim 1, characterized in that movable forks with horns are mounted on the rods, on which the balls are fixed.