способ работы силовой установки и силовая установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ работы силовой установки, при котором передачу механической энергии между механизмом с колеблющимся звеном и механизмом с вращающимся звеном и наоборот осуществляют при помощи текучей среды посредством перемещения ее путем одновременного вытеснения каждым из подвижных звеньев за один такт на всем протяжении линии передачи энергии в одном направлении, а за другой - в противоположном, отличающийся тем, что передачу механической энергии между подвижными звеньями механизмов осуществляют непрерывно.

2. Силовая установка, включающая, по меньшей мере, один механизм с вращающимся звеном и, по меньшей мере, один механизм с колеблющимся звеном, соединенные линией передачи механической энергии, выполненной в виде каналов с текучей средой, при этом механизм с вращающимся звеном выполнен в виде статора с, по меньшей мере, двумя распределительными устройствами и каналами для подвода и отвода текучей среды и, по меньшей мере, одного закрепленного на валу ротора, снабженного, по меньшей мере, двумя впадинами, образующими совместно со статором рабочие полости, отличающаяся тем, что расстояние между распределительными устройствами и между соседними впадинами выбрано равным длине хорды впадины ротора.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к области машиностроения и могут быть использованы в частности в силовых приводах различных стационарных и самоходных машинах.

Известен способ работы силовой установки машины, в котором тепловую энергию рабочих газов превращают в механическую энергию колеблющегося звена (возвратно-поступательно перемещающегося) механизма и передают затем эту энергию с помощью текучей среды (гидравлической энергии "сжатой" жидкости), при этом часть энергии расходуется для сжатия воздуха, подаваемого в цилиндр двигателя (патент РФ 2117788, МПК F 02 В 71/04, опубл. 20.08.98, бюлл. 23).

Однако указанный способ не позволяет осуществлять непрерывную передачу механической энергии в прямом и обратном направлении.

Известен силовой привод с двигателем внутреннего сгорания, содержащий механизм с колебательным звеном в виде свободнопоршневого двигателя с цилиндром с двумя камерами сгорания и поршнем двухстороннего действия, выполненный за одно целое с плунжером гидронасоса, передающим возвратно-поступательное движение текучей среды и далее посредством магистралей с распределительными устройствами механизму с вращающимся звеном в виде турбины (силовому мотору). К силовому мотору подключается аккумулятор энергии в виде ресивера (патент СССР 1600638, МПК F 02 В 71/00, 15.10.90, бюлл. 38).

Недостатком известного устройства является отсутствие жесткой кинематической связи между подвижными звеньями.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу и устройству является обратимый гидравлический преобразователь движения (авторское свидетельство СССР 158187, Е.Ф. Волков, 25.08.1963 г.), в котором передачу механической энергии между механизмом с колеблющимся звеном и механизмом с вращающимся звеном и наоборот осуществляют при помощи текучей среды, посредством перемещения ее путем одновременного вытеснения каждым из подвижных звеньев за один такт на всем протяжении линии передачи энергии в одном направлении, а за другой - в противоположном.

При этом силовая установка включает по меньшей мере один механизм с вращающимся звеном и по меньшей мере один механизм с колеблющимся звеном, соединенные линией передачи механической энергии, выполненной в виде каналов с текучей средой, при этом механизм с вращающимся звеном выполнен в виде статора по меньшей мере с двумя распределительными устройствами и каналами для подвода и отвода текучей среды и по меньшей мере одного закрепленного на валу ротора, снабженного по меньшей мере двумя впадинами, образующими совместно со статором рабочие полости.

Однако это техническое решение не обеспечивает непрерывную передачу механической энергии между подвижными звеньями механизмов ввиду того, что после завершения одного или другого рабочего такта, в процессе которого осуществляется передача энергии между подвижными звеньями механизмов, следует длительный промежуточный такт, при котором рабочая жидкость вытесняется из одной рабочей камеры гидромашины и перемещается в другую рабочую камеру этой же гидромашины, не выполняя при этом никакой работы, а каналы доступа жидкости в одну из полостей гидроцилиндра перекрыты. При выполнении этого такта кинематическая связь между подвижными звеньями механизмов прерывается, взаимодействие между ними не осуществляется и длительное время поршень гидроцилиндра находится в покое при вращающихся роторах гидромашины, поэтому указанный преобразователь не может быть использован в механизмах предназначенных для передачи работы.

Задачей, решаемой предлагаемым способом и устройством, является осуществление непрерывной передачи механической энергии в прямом и обратном направлениях и установление жесткой кинематической связи между подвижными звеньями механизмов.

Для решения поставленной задачи в способе работы силовой установки, при котором передачу механической энергии между механизмом с колеблющимся звеном и механизмом с вращающимся звеном и наоборот осуществляют при помощи текучей среды, посредством перемещения ее путем одновременного вытеснения каждым из подвижных звеньев за один такт на всем протяжении линии передачи энергии в одном направлении, а за следующий - в противоположном, при этом передачу механической энергии между подвижными звеньями механизмов осуществляют непрерывно.

За каждый такт объем текучей среды, вытесняемой в одном механизме, равен объему текучей среды, поглощаемому в другом механизме.

Для решения этой же задачи в силовой установке, включающей по меньшей мере один механизм с вращающимся звеном и по меньшей мере один механизм с колеблющимся звеном, соединенные линией передачи механической энергии, выполненной в виде каналов с текучей средой, при этом механизм с вращающимся звеном выполнен в виде статора по меньшей мере с двумя распределительными устройствами и каналами для подвода и отвода текучей среды и по меньшей мере одного закрепленного на валу ротора, снабженного по меньшей мере двумя впадинами, образующими совместно со статором рабочие полости, при этом расстояние между распределительными устройствами и между соседними впадинами выбрано равным длине хорды впадины ротора.

Колеблющееся звено жестко связано по меньшей мере с одним поршнем, размещенным в гидроцилиндре двухстороннего действия.

Кроме того, механизм с колеблющимся звеном может быть выполнен в виде свободнопоршневого двигателя.

Кроме того, объем каждой рабочей полости равен рабочему объему гидроцилиндра, а расстояние между распределительными устройствами и между соседними впадинами выбрано равным длине хорды впадины рабочей полости ротора.

Кроме того, каждое распределительное устройство снабжено каналами впуска и выпуска рабочей среды, перекрываемыми подпружиненным золотником.

На фиг.1 изображена схема, поясняющая способ работы силовой установки;

на фиг.2 - конструктивная схема силовой установки;

на фиг.3 - конструкция распределительного устройства.

Устройство для осуществления способа содержит механизм 1 с колеблющимся звеном 2, механизм 3 с вращающимся звеном 4, соединенные между собой линией 5 передачи механической энергии, установленные на механизме с вращающимся звеном два распределительных устройства 6 с золотниками 20.

Способ работы силовой установки включает передачу механической энергии между механизмом 1 с колеблющимся звеном 2 и механизмом 3 с вращающимся звеном 4 по линии передачи энергии 5 с помощью текучей среды, посредством перемещения ее путем вытеснения подвижными звеньями 2 и 4. Отличие способа состоит в том, что перемещение текучей среды осуществляют каждым звеном одновременно за один такт на всем протяжении линии передачи энергии в одном направлении, а за следующий за ним - в противоположном направлении, при этом за каждый такт объем текучей среды, который вытесняется в одном механизме, равен объему текучей среды, поглощенному в другом механизме. Таким образом, создается жесткая силовая линия (т. к. жидкость несжимаема) направленной передачи механической энергии от механизма с колеблющимся звеном к механизму с вращающимся звеном и наоборот.

Способ может быть реализован устройством в соответствии со схемой (фиг. 1). Устройство, реализующее способ, включает механизм 1 с колеблющимся звеном 2, механизм 3 с вращающимся звеном 4, соединенные между собой линией передачи механической энергии 5 с распределительными устройствами 6.

При пуске двигателя, в качестве которого может выступать механизм 1 с колеблющимся звеном 2, жидкость вытесняется из одной полости гидроцилиндра колеблющимся звеном 2 и по линии передачи 5 (магистрали) через распределительное устройство 6 попадает в одну часть рабочей полости механизма 3, разделенной золотником 20 распределительного устройства 6. В этой части повышается давление и ротор начинает вращаться, вытесняя текучую среду, находящуюся в другой части рабочей полости механизма 3, в освобождающуюся с другой стороны плунжера полость механизма 1. По завершении одного такта, плунжер механизма 1 переместится в одну сторону, а текучая среда, находившаяся в этой части, будет помещена в рабочую полость механизма 3, при этом вращающееся звено 4 (ротор), повернувшись относительно золотника 20 на всю величину рабочей полости и вытеснив ранее находившуюся в ней текучую среду в другую полость механизма 1, выведет рабочую полость из зоны действия одного распределительного устройства 6 и переместит ее в зону действия другого распределительного устройства 6.

Следующие такты непрерывно чередуясь, протекают аналогично описанному. Силовая установка для осуществления способа включает (фиг.2) по меньшей мере один механизм 1 с колеблющимся звеном 2, механизм 3 с вращающимся звеном 4, соединенными между собой линией 5 передачи механической энергии, выполненной в виде магистралей и каналов для текучей среды по меньшей мере два распределительных устройства 6 размещены на статоре 7 механизма 3 с вращающимся звеном. Механизм 1 с колеблющимся звеном 2 выполнен в виде свободнопоршневого двигателя с поршнем, совершающим возвратно-поступательные перемещения и жестко связанным с поршнем 8 гидроцилиндра 9. Двигатель содержит магистраль 10 для слива текучей среды из дренажных устройств в расходный бак 11. Механизм 3 с вращающимся звеном 4 содержит статор 7 по меньшей мере один ротор, закрепленный на валу 12. На валу 12 может устанавливаться также синхронизатор 13 положения впадин 15 роторов относительно положения колеблющегося звена 2 и маховик 14, который используется в качестве аккумулятора кинетической энергии.

Ротор снабжен по меньшей мере двумя впадинами 15, образующими совместно со статором 7 рабочие полости, расположенные с возможностью соединения с каналами впуска 16 и выпуска 17 текучей среды, перекрываемыми подпружиненным пружиной 19 золотником 20.

Объем каждой рабочей полости равен рабочему объему гидроцилиндра, а расстояние между распределительными устройствами и между соседними впадинами выбрано равным длине хорды впадины ротора.

Силовая установка работает следующим образом. С помощью одного из известных устройств для запуска двигателя, например стартера, приводится во вращение вал 12 механизма 3 с вращающимся звеном 4, при этом ротор, вращаясь и попеременно вытесняя текучую среду из рабочих полостей, генерирует колебательное движение текучей среды с амплитудой, необходимой для перемещения поршня 8 или блока поршней на всю величину рабочего хода. Колебательное перемещение текучей среды передается поршню или блоку поршней и при совмещении начала их рабочего хода с положением начала рабочей впадины 15 ротора по отношению к золотнику 20 распределительного устройства 6, происходит поджиг рабочей смеси в газовой среде свободнопоршневого двигателя, под действием давления горящих газов блок поршней начинает перемещаться, вытесняя текучую среду в одну из рабочих полостей механизма 3 с вращающимся звеном 4, под действием давления текучей среды ротор, вращаясь относительно золотника 20 и вытесняя ранее находившуюся в рабочей полости текучую среду в другую полость гидроцилиндра 9, выводит впадину 15 из зоны действия одного распределительного устройства 6 и устанавливает ее в зону действия другого распределительного устройства 6. Далее такты работы двигателя чередуются непрерывно, при этом блок поршней, совершая непрерывные возвратно-поступательные перемещения, воздействует на ротор через текучую среду, заставляя его вращаться при отключенном стартере.

Таким образом, в результате решения поставленной задачи достигнут новый технический результат, заключающийся в создании способа и силовой установки, обеспечивающих жесткую кинематическую связь и непрерывную передачу механической энергии между подвижными звеньями механизмов.