обратимый поршневой насос-пневмогидродвигатель

Формула изобретения

ОБРАТИМЫЙ ПОРШНЕВОЙ НАСОС-ПНЕВМОГИДРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий цилиндр с поршнем, закрепленную на одном из торцов цилиндра головку с клапанами и вал, установленный в подшипниках с возможностью вращения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов и снижения уровня возникающих при работе поперечных виброускорений, он снабжен второй идентичной головкой цилиндра с клапанами, закрепленной на противоположном торце цилиндра, поршень выполнен с днищами с обоих торцов, внутренние поверхности головок цилиндра и наружные поверхности обоих днищ поршня выполнены в виде идентичных участков сферы одного радиуса, центр которой смещен относительно оси цилиндра, а образующиеся при пересечении поверхностей сферы и цилиндра линии ориентированы так, что на поршне все точки одной линии расположены эквидистантно на заданном расстоянии от точек другой линии, а на цилиндре характерные точки обеих линий, принадлежащие головкам и имеющие минимальный угол между нормалями к поверхностям сферы и цилиндра, расположены на таком же расстоянии, представляющем собой минимальное расстояние между лежащими на одной образующей цилиндра точками этих линий, поршень и головки выполнены тонкостенными, по их продольной оси в головках выполнены круглые, а в днищах поршня - квадратные отверстия, а вал выполнен квадратного поперечного сечения в средней части и круглого - на концах и установлен в отверстии поршня с возможностью поступательного перемещения, а в отверстия головок - с возможностью вращения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к преобразователям давления жидкости или газа в крутящий момент на валу и обратно и может быть использовано в качестве насоса или пневмогидродвигателя в условиях, когда на габариты устройства накладываются ограничения по диаметру корпуса.

Известен обратимый радиально-поршневой насос-пневмогидродвигатель, содержащий не менее трех цилиндров с поршнями, многопозиционную звездообразную головку с золотниковыми клапанами, в которой закреплены по осям лучей звезды цилиндра, вал, установленный в подшипниках с возможностью вращения и соединенный со звездообразной головкой, и установленное эксцентрично относительно оси вала неподвижное опорное кольцо, предназначенное для взаимодействия со свободными концами поршней [1]

Однако такой насос-пневмогидродвигатель имеет большую массу и габариты вследствие радиального расположения цилиндров и поршней относительно вала, а при работе поршней, движущихся по радиусам, возникают существенные поперечные виброускорения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является обратимый поршневой насос-пневмогидродвигатель, содержащий не менее трех цилиндров с поршнями, размещенных по образующим цилиндрической поверхности, проходящей через их оси симметрии, закрепленную на торцах цилиндров многопозиционную головку с клапанами в виде торцовых золотников и осью вращения с подшипниками, совпадающей с осью симметрии цилиндрической поверхности, вал, установленный в подшипниках под углом к оси вращения головки с возможностью вращения, диск, закрепленный на валу, и сферические подшипники скольжения по числу цилиндров, каждый из которых закреплен двумя крепежными элементами соответственно на диске и на свободном конце соответствующего поршня [2]

Этот насос-пневмогидродвигатель имеет большую массу и габариты вследствие расположения цилиндров по образующим цилиндрической поверхности, а при работе поршней, движущихся под углом к оси вращения вала, возникают поперечные виброускорения.

Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов и снижение уровня возникающих при работе поперечных виброускорений.

Цель достигается тем, что обратимый поршневой насос-пневмогидродвигатель, содержащий цилиндр с поршнем, закрепленную на одном из торцов цилиндра головку с клапанами, и вал, установленный в подшипниках с возможностью вращения, снабжен второй идентичной головкой цилиндра с клапанами, закрепленной на противоположном торце цилиндра, поршень выполнен с днищами с обоих торцов, внутренние поверхности головок цилиндра и наружные поверхности обоих днищ поршня выполнены в виде идентичных участков сферы одного радиуса, центр которой смещен относительно оси цилиндра, а образующиеся при пересечении поверхностей сферы и цилиндра линии ориентированы так, что на поршне все точки одной линии расположены эквидистантно на заданном расстоянии от точек другой линии, а на цилиндре характерные точки обеих линий, принадлежащие головкам и имеющие минимальный угол между нормалями к поверхностям сферы и цилиндра, расположены на таком же расстоянии, представляющем собой минимальное расстояние между лежащими на одной образующей цилиндра точками этих линий, поршень и головки выполнены тонкостенными, по их продольной оси в головках выполнены круглые, а в днищах поршня квадратные отверстия, а вал выполнен квадратного поперечного сечения в средней части и круглого на концах и установлен в отверстия поршня с возможностью поступательного перемещения, а в отверстия головок с возможностью вращения.

На чертеже представлен обратимый поршневой насос-пневмогидродвигатель, разрез.

Обратимый поршневой насос-пневмогидродвигатель содержит цилиндр 1 с установленными в нем с возможностью поступательного перемещения и вращения поршнем 2, две закрепленные на противоположных торцах цилиндра 1 головки 3 и 4 с клапанами впуска и выпуска рабочего тела (не показаны) и вал 5, установленный в подшипниках 6 и 7 с возможностью вращения. Поршень 2 выполнен с днищами 8 и 9 с обоих торцов. Внутренние поверхности головок 3 и 4 и наружные поверхности обоих днищ 8 и 9 поршня 2 выполнены в виде идентичных участков сферы одного радиуса, центр которой смещен относительно оси цилиндра 1.

Поршень 2 и головки 3 и 4 цилиндра 1 выполнены тонкостенными. По их продольной оси, совпадающей с осью вала 5, в головках 3 и 4 выполнены круглые, а в днищах 8 и 9 поршня 2 квадратные отверстия. Вал 5 выполнен квадратного поперечного сечения в средней части и круглого на концах и установлен в отверстии поршня 2 с возможностью поступательного перемещения, а в отверстия головок 3 и 4 с возможностью вращения.

При изготовлении поршня 2 образующиеся при пересечении сферы и цилиндра линии, представляющие собой границы поверхностей днищ 8 и 9, ориентированы так, что на поршне 2 все точки одной линии расположены эквидистантно на заданном расстоянии от точек другой линии, если измерять это расстояние по образующей цилиндра 1. При сборке цилиндра 1 с головками 3 и 4 линии пересечения сферы и цилиндра, представляющие собой границы внутренних торцовых поверхностей головок 3 и 4, ориентированы так, чтобы характерные точки обеих линий, принадлежащие головкам 3 и 4 и имеющие минимальный угол между нормалями к поверхностям сферы и цилиндра, лежали на одной образующей цилиндра 1, а расстояние между ними равнялось расстоянию между эквидистантными точками на поршне 2.

Обратимый поршневой насос-пневмогидродвигатель работает следующим образом.

После сборки образовавшиеся рабочие объемы камер между головкой 3 и днищем 8 поршня 2 и между днищем 9 поршня 2 и головкой 4 заполняют рабочим телом газом или воздухом для пневмонасоса или пневмодвигателя и соединяют эти объемы с магистралями всасывания и нагнетания через клапаны, размещенные в головках 3 и 4. Эти клапаны, совпадающие по конструкции с аналогичными клапанами прототипа, переключают каждую из камер на ту или иную магистраль в зависимости от того, уменьшается объем камеры при вращении вала 5 в заданном направлении или он увеличивается. Изменение объема камер происходит в результате поворота поршня 2 вместе с валом 5 одновременно со скольжением поршня 2 по средней части вала 5 квадратного поперечного сечения в осевом направлении. При взаимодействии кромок поршня 2 с кромками головок 3 и 4 в точках их контакта получившийся кулачковый механизм определяет положение поршня 2 в осевом направлении в зависимости от угла поворота вала 5 для насоса или, наоборот, угол поворота вала 5 в зависимости от осевого перемещения поршня 2 для пневмогидродвигателя.

Благодаря наличию одного цилиндра и одного поршня габариты устройства определяются в радиальном направлении только диаметром самого цилиндра, вследствие малого значения радиуса, на котором находятся наиболее удаленные от оси вала 5 вращающиеся неуравновешенные массы днищ 8 и 9 поршня 2, центробежные силы, возникающие при этом, также незначительны, что приводит к малым значениям поперечных виброускорений.

Использование изобретения в сервоприводах приборов и технологических устройств, а также в компактных малогабаритных насосах позволяет уменьшить габариты и снизить уровень шума и вибраций таких комплексов.