RU2619514C2

RU2619514C2 - Rotary engine

Info

Publication number: RU2619514C2
Application number: RU2014151433A
Authority: RU
Inventors: Александр Семенович Рыжков
Original assignee: Александр Семенович Рыжков
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2017-05-16
Also published as: RU2014151433A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: engine is designed to convert the translational motion of the balls into a circular reciprocating motion of the lever rigidly attached to the working shaft and creating a torque thereon. The body has the form of an open ring tube with a groove in the inner wall for passage of the lever, at the end of which a piston located in the internal cavity of the pipe is installed. At both ends of the tube, the lids with the holes for the exit of the balls from the housing are fixed rigidly. At the inner end of the lid there are evenly distributed conical grooves with a cone base diameter equal to or greater than two maximum diameters of the balls. From the outer end of the lid on the same circumference as the tapered recesses, with the displacement from the tops of the cones along the circumference of the circle equal to half the maximum diameter of the balls, through channels are made to the grooves, diameters corresponding to the maximum diameter of the balls, the outer ends of which have organized attachment points for the nozzles connection of pipelines supply and discharge balls.

EFFECT: creating a compact powerful engine.

4 dwg

Description

По функциональности использования косвенными аналогами предлагаемого изобретения являются используемые в гидравлических приводах поворотные гидродвигатели (моментные гидроцилиндры или гидроцилиндры поворотного действия) для возвратно-поступательных движений (угловых перемещений) приводимых узлов на угол, меньший 360° [Башта Т.М. «Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем», М., «Машиностроение», 1974 г., с. 528, § 138].According to the functionality of using indirect analogs of the present invention, rotary hydraulic motors (torque hydraulic cylinders or rotary hydraulic cylinders) used for hydraulic drives for reciprocating movements (angular movements) of driven units at an angle less than 360 ° are used [Bashta T.M. "Volumetric pumps and hydraulic motors of hydraulic systems", M., "Mechanical Engineering", 1974, p. 528, § 138].

Известно, что применение жидкостей и масел в качестве рабочей среды требует высокую степень герметичности рабочих камер. Что достигается высокой степенью чистоты обработки рабочих поверхностей, деталей этих машин и механизмов и применением разного рода уплотнений и уплотнительных устройств, что существенно повышает стоимость их изготовления, 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.It is known that the use of liquids and oils as a working medium requires a high degree of tightness of the working chambers. What is achieved by a high degree of purity of processing of work surfaces, parts of these machines and mechanisms and the use of various kinds of seals and sealing devices, which significantly increases the cost of their manufacture, maintenance and repair. The need for filtration and cooling of the working fluid also affects the cost of manufacture, operation, maintenance and repair. Sensitivity to changes in ambient temperature negatively affects the operation of hydraulic mechanisms.

Перед автором стояла задача создать привод для поворотной платформы автомобильного грузового крана, использующий шарики, обладающие механической энергией, в качестве рабочих тел. Привод должен обеспечивать поворот платформы на угол 330° в обе стороны, быть достаточно компактным, достаточно мощным, иметь большой крутящий момент и иметь высокий КПД.The author was faced with the task of creating a drive for the slewing platform of an automobile cargo crane using balls with mechanical energy as working bodies. The drive must ensure the rotation of the platform at an angle of 330 ° in both directions, be compact enough, powerful enough, have high torque and have high efficiency.

Из уровня техники известен механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение шариков в круговое возвратно-колебательное движение роторного колеса (US 3593588 A (ALEXANDER В HULSE), 20.07.1971, F16H 27/02).The prior art mechanism is known that converts the reciprocating motion of the balls into a circular reciprocating motion of the rotor wheel (US 3593588 A (ALEXANDER B HULSE), 07.20.1971, F16H 27/02).

В корпусе известного механизма организован канал круглого сечения, имеющий два прямых и дугообразный участка конфигурации Ω, плотно заполненный шариками. Прямые участки расположены по краям дугообразного и в их торцах установлены поршни своими штоками, выходящими наружу. Причем в исходном положении один шток максимально выдвинут наружу, а дугой максимально погружен в канал. В центре дугообразного участка установлено роторное колесо, жестко установленное на вал и имеющее сферический лепесток, расположенный в канале между шариков и занимающий крайнее положение находясь по другую сторону осевой от поршня с максимально погруженным штоком. Воздействие на поршень с максимально выдвинутым штоком передается по цепочке шариков на сферический лепесток роторного колеса, которое, проворачиваясь, создает крутящий момент на валу. Поворот в противоположную сторону происходит от воздействия на противоположный поршень. Недостатком известного механизма является низкий КПД, а наличие прямых участков канала для шариков увеличивает габариты, усложняет конструкцию и обеспечивает относительно небольшой угол поворота.A circular channel is organized in the body of the known mechanism, having two straight and arcuate sections of the configuration Ω, densely filled with balls. Straight sections are located at the edges of the arcuate and at their ends are installed pistons with their rods that go out. And in the initial position, one rod is maximally extended outward, and the arc is immersed as much as possible in the channel. In the center of the arcuate section, a rotor wheel is mounted rigidly mounted on the shaft and having a spherical lobe located in the channel between the balls and occupying an extreme position while being on the other side axial from the piston with the rod submerged. The impact on the piston with the rod extended as far as possible is transmitted along the chain of balls to the spherical lobe of the rotor wheel, which, turning, creates torque on the shaft. Turning in the opposite direction results from acting on the opposite piston. A disadvantage of the known mechanism is the low efficiency, and the presence of straight sections of the channel for the balls increases the dimensions, complicates the design and provides a relatively small angle of rotation.

Из уровня техники известен «ПРИВОД ПОВОРОТА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ВЫЕМОЧНОГО КОМБАЙНА» (SU 848625 А, 23.07.1981, F15B 15/06, столбец 2, 3, фиг. 1, 2, всего в документе 2 страницы). Взято за прототип.The prior art “DRIVES OF THE TURNING EXECUTIVE AUTHORITY OF THE MINING COMBINE” (SU 848625 A, 07.23.1981, F15B 15/06, column 2, 3, Fig. 1, 2, total 2 pages in the document). Taken as a prototype.

В известном механизме привод исполнительного органа включает гидроцилиндр двойного действия, шток гидроцилиндра взаимодействует с телами качения (шариками), размещенными в направляющей, представляющей собой канал с прямолинейными и криволинейными участками. Шарики взаимодействуют с упором, жестко связанным с кольцом, которое, в свою очередь, жестко крепится на поворотно установленном корпусе исполнительного органа (шнека). Направляющая имеет плавное изменение траектории движения шариков под углом 90° в месте сопряжения с кольцом.In the known mechanism, the actuator actuator includes a double-acting hydraulic cylinder, the hydraulic cylinder rod interacts with rolling bodies (balls) located in the guide, which is a channel with straight and curved sections. The balls interact with a stop rigidly connected to the ring, which, in turn, is rigidly attached to the rotary mounted housing of the actuator (screw). The guide has a smooth change in the trajectory of the balls at an angle of 90 ° in the place of pairing with the ring.

При подаче давления в нижнюю подпоршневую полость гидроцилиндра шток идет вверх, при этом шарики, перемещаемые штоком, взаимодействуют с упором, и исполнительный орган поворачивается. Исполнительный орган возвращается в исходное положение при реверсе поршня гидроцилиндра.When applying pressure to the lower piston cavity of the hydraulic cylinder, the rod goes up, while the balls moved by the rod interact with the stop, and the actuator rotates. The executive body returns to its original position when the piston of the hydraulic cylinder is reversed.

Недостатком известного механизма является низкий КПД. А встроенный в канал для шариков гидроцилиндр увеличивает габариты, усложняет конструкцию и обеспечивает относительно небольшой угол поворота.A disadvantage of the known mechanism is the low efficiency. And the hydraulic cylinder integrated in the ball channel increases the dimensions, complicates the design and provides a relatively small angle of rotation.

В предлагаемом поворотном двигателе, предназначенном для преобразования поступательного движения шариков, обладающих механической энергией, в круговое возвратно-поступательное движение рычага, жестко закрепленного на рабочем валу и создающего на нем крутящий момент, при этом корпус имеет вид незамкнутой кольцевой трубы с пазом во внутренней стенке для прохода рычага, на конце которого установлен поршень, размещенный во внутренней полости трубы, на обоих концах трубы жестко установлены одинаковые крышки, по краю которых расположены отверстия, способствующие беспрепятственному выходу шариков из корпуса, согласно изобретению на внутреннем торце крышки расположены равномерно распределенные по окружности, в необходимом количестве, конусные углубления с диаметром основания конуса, равным или большим двум максимальным диаметрам применяемых шариков, с углом раскрытия конуса, равным 30°÷90°, а с наружного торца крышки на той же окружности, что и конусные углубления, со смещением от вершин конусов по длине окружности, равным половине максимального диаметра применяемых шариков, навстречу углублениям сделаны сквозные каналы, диаметром соответствующие максимальному диаметру применяемых шариков, наружные концы которых имеют организованные места крепления патрубков для присоединения трубопроводных магистралей подвода и отвода шариков.In the proposed rotary engine, designed to convert the translational motion of balls having mechanical energy into a circular reciprocating motion of a lever rigidly mounted on the working shaft and creating torque on it, the housing has the form of an open annular pipe with a groove in the inner wall for the lever passage, at the end of which a piston is installed, located in the inner cavity of the pipe, identical caps are rigidly installed at both ends of the pipe, along the edge of which are located holes to facilitate the unhindered exit of the balls from the housing, according to the invention, on the inner end of the lid there are conical recesses uniformly distributed around the circumference, in the required quantity, with a diameter of the base of the cone equal to or greater than two maximum diameters of the balls used, with an opening angle of the cone of 30 ° ÷ 90 °, and from the outer end of the lid on the same circumference as the conical recesses, with a displacement from the tops of the cones along the circumference equal to half the maximum diameter of the balls used s, toward the recesses are made through channels with a diameter corresponding to the maximum diameter of the beads used, the outer ends of which are arranged nozzles attachment points for attachment pipework supply and discharge of balls.

На Фиг 1 показан вид сверху. 1 is a plan view.

На Фиг. 2 - поперечный разрез. In FIG. 2 is a transverse section.

На Фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1. Figure 3 is a section bB in figure 1.

На Фиг. 4 - разрез В-В на фиг.3.In FIG. 4 - section bb in figure 3.

Поворотный двигатель состоит из цилиндра 1, имеющего вид незамкнутой кольцевой трубы преимущественно круглого сечения, но может иметь и другие (квадратное, прямоугольное, овальное и др.) сечения, с пазом во внутренней стенке. Цилиндр установлен на основании 5 имеющего вид диска при помощи кронштейнов 7, служащих одновременно ребрами жесткости цилиндра. Кронштейны равномерно распределены по длине окружности цилиндра. В центре основания 5 установлен корпус подшипникового узла 6. Рычаг 2 на одном конце имеет ступицу, при помощи которой рычаг жестко устанавливается на рабочий вал 3. На другом конце рычаг имеет поршень, преимущественно круглого сечения, с диаметром, соответствующим внутреннему диаметру цилиндра 1, но может иметь и другие (квадратное, прямоугольное, овальное и др.) повторяющие контур внутренней полости корпуса цилиндра 1 и расположенный во внутренней полости цилиндра 1. Передняя поверхность поршня, внутренняя стенка цилиндра 1 и крышка 8 образуют рабочую камеру цилиндра 1, другая рабочая камера образована тыльной стороной поршня, внутренней стенкой цилиндра 1 и противоположной крышкой 8. Наружу рычаг выходит через паз, расположенный на внутренней стенке цилиндра. Обод 4 препятствует выходу шариков через паз цилиндра 1. Диск 9 является ребром жесткости ободу 4 и связывает в единое целое рычаг 2 и обод 4. На торцах цилиндра 1 закреплены крышки 8 с каналами для входа-выхода шариков. В центре крышки находится прямое сквозное отверстие, имеющее фаску для свободного прохождения шариков. По краю крышки расположены отверстия, способствующие беспрепятственному выходу шариков из цилиндра (Фиг. 3, Фиг. 4). На внутреннем торце крышки 8, равномерно распределенные по окружности, располагается необходимое количество конусных углублений с диаметром основания конуса D, равным или большим двум максимальным диаметрам применяемых шариков (2d_ш) с углом раскрытия конуса, преимущественно, α=30°÷90°. С наружного торца крышки на той же окружности, что и конусные углубления, со смещением по длине окружности ε≈0,5 d_ш навстречу углублениям сделаны сквозные каналы диаметром d_ш. Наружные концы отверстий имеют организованные места крепления патрубков для присоединения трубопроводных магистралей подвода и отвода шариков. Все детали поворотного двигателя изготавливаются из прочных и износостойких материалов (различные стали, сплавы, металлы, композитные материалы и др.).The rotary engine consists of a cylinder 1 having the form of an open annular pipe of predominantly circular cross-section, but may also have other (square, rectangular, oval, etc.) sections, with a groove in the inner wall. The cylinder is mounted on the base 5 having the form of a disk using brackets 7, which simultaneously serve as the stiffening ribs of the cylinder. The brackets are evenly distributed along the circumference of the cylinder. In the center of the base 5, the housing of the bearing assembly 6. is mounted. The lever 2 at one end has a hub with which the lever is rigidly mounted on the working shaft 3. At the other end, the lever has a piston, mainly of circular cross section, with a diameter corresponding to the inner diameter of cylinder 1, but may have other (square, rectangular, oval, etc.) repeating the contour of the inner cavity of the cylinder 1 housing and located in the inner cavity of the cylinder 1. The front surface of the piston, the inner wall of the cylinder 1 and the cover 8 in the image m working chamber of the cylinder 1, the other working chamber is formed by the rear side of the piston, the inner wall of the cylinder 1 and an opposite lid 8. Outward arm exits through the slot located on the inner wall of the cylinder. The rim 4 prevents the exit of the balls through the groove of the cylinder 1. The disk 9 is a stiffener of the rim 4 and connects the lever 2 and the rim 4. The caps 8 are connected to the ends of the cylinder 1 with channels for the balls to enter and exit. In the center of the lid is a straight through hole having a chamfer for free passage of the balls. Along the edge of the lid are openings that facilitate the unhindered exit of the balls from the cylinder (Fig. 3, Fig. 4). At the inner end of the lid 8, uniformly distributed around the circumference, there is a necessary number of conical recesses with a cone base diameter D equal to or greater than two maximum diameters of the used balls (2d _Ш ) with a cone opening angle, mainly α = 30 ° ÷ 90 °. Through the outer end of the lid on the same circumference as the conical recesses, with displacement along the circumference of ε≈0.5 d _w towards the recesses, through channels with a diameter of d _{w are made} . The outer ends of the holes have organized attachment points for connecting pipes for connecting the supply lines and balls. All parts of the rotary engine are made of durable and wear-resistant materials (various steels, alloys, metals, composite materials, etc.).

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Внешний подаватель (не показано) своим рабочим органом придает шарикам механическую энергию и подает шарики, по трубопроводным магистралям, через каналы одной из двух торцевых крышек 8, в одну из рабочих камер цилиндра 1. Шарики воздействуют на поршень рычага 2, находящийся внутри кольцевой трубы, имеющей паз на внутренней стенке. В паз входит рычаг 2, на конце которого поршень жестко закреплен. Другим концом рычаг 2 жестко установлен на рабочем валу 3, который в свою очередь установлен в подшипниковом узле 6 основания 5, жестко установленного на раме автомобиля. На выступающем верхнем конце вала 3 жестко установлена поворотная платформа (не показано). Шарики, воздействуя на поршень, сдвигают его, что приводит к повороту рычага 2, рабочего вала 3 и платформы жестко на нем установленной. Одновременно отработавшие шарики, находящиеся в камере на противоположной стороне поршня, выталкиваются им через каналы торцевой крышки 8, закрывающей противоположный конец трубы. Поворот платформы в противоположную сторону осуществляется подачей шариков, обладающих механической энергией, с противоположного торца трубы, включив привод подавателя в реверсивный режим.An external feeder (not shown) with its working body gives the balls mechanical energy and delivers the balls through the pipelines through the channels of one of the two end caps 8 to one of the working chambers of the cylinder 1. The balls act on the piston of the lever 2 located inside the annular pipe, having a groove on the inner wall. The lever 2 enters the groove, at the end of which the piston is rigidly fixed. At the other end, the lever 2 is rigidly mounted on the working shaft 3, which, in turn, is installed in the bearing assembly 6 of the base 5, rigidly mounted on the frame of the car. At the protruding upper end of the shaft 3, a rotary platform (not shown) is rigidly mounted. The balls, acting on the piston, shift it, which leads to the rotation of the lever 2, the working shaft 3 and the platform rigidly mounted on it. At the same time spent balls located in the chamber on the opposite side of the piston are pushed out through the channels of the end cap 8, which covers the opposite end of the pipe. The platform is rotated in the opposite direction by supplying balls with mechanical energy from the opposite end of the pipe, turning on the feed drive in reverse mode.

Поскольку на поршень рычага 2 воздействует одновременно сразу несколько шариков, обладающих механической энергией, то усилие, действующее на поршень, равно сумме усилий отдельных шариков, следовательно, двигатель имеет большую мощность и высокий КПД. Большое плечо рычага 2 значительно увеличивает крутящий момент на валу 3.Since the piston of the lever 2 is affected simultaneously by several balls with mechanical energy, the force acting on the piston is equal to the sum of the efforts of the individual balls, therefore, the engine has great power and high efficiency. The large arm of the lever 2 significantly increases the torque on the shaft 3.

Claims

A rotary engine designed to convert the translational motion of balls with mechanical energy into a circular reciprocating motion of a lever rigidly mounted on the working shaft and creating torque on it, while the housing has the form of an open annular pipe with a groove in the inner wall for passage of the lever , at the end of which a piston is installed, located in the inner cavity of the pipe, identical caps are rigidly mounted at both ends of the pipe, along the edge of which holes are located, which allow the unobstructed exit of the balls from the housing, characterized in that on the inner end of the lid there are conical recesses uniformly distributed around the circumference, in the required quantity, with a base diameter of the cone equal to or greater than two maximum diameters of the balls used, with a cone opening angle of 30 ° ÷ 90 °, and from the outer end of the lid on the same circumference as the conical recesses, with a shift from the vertices of the cones along the circumference equal to half the maximum diameter of the balls used, towards through-holes were made to the recesses, with diameters corresponding to the maximum diameter of the balls used, the outer ends of which have organized attachment points for the nozzles for connecting the pipeline supply and withdrawal lines of the balls.