Гідромотор

Реферат: Винахід належить до гідравлічних крокових приводів з використанням технічної води під тиском. Гідромотор має циліндр, поворотний поршень з зубцями з похилими поверхнями на його торцях. Поворотний поршень надітий на вихідний вал з можливістю осьового ковзання. В циліндрі передбачені гідравлічні вводи в корпус з двох сторін поршня, до яких одночасно підведена робоча рідина під тиском, та один гідравлічний вихід. В циліндрі з обох боків поворотного поршня є зубці з похилими поверхнями на повернутих до поршня торцях двох дисків. Зубці одного диска зміщені по колу на півкроку відносно зубців іншого диска. Поршень має осьові отвори з клапаном, який складається із шайб, розміщених з обох сторін поршня, з'єднаних між собою через осьові отвори в поршні штоками з пружинами. В крайніх положеннях поворотного поршня клапан, набігаючи на опори, поперемінно з'єднує порожнини з обох сторін поршня зі зливом. При цьому поршень під тиском робочої рідини рухається зворотнопоступально, зубці з похилими поверхнями рухаються в один бік і поршень обертає вихідний вал. Винахід сприяє виконанню прямого і зворотного ходу поршня від джерела постійного тиску. UA 104238 C2 (12) UA 104238 C2 UA 104238 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до машинобудування, а саме до гідравлічних приводів, в яких як робоча рідина переважно використовується технічна вода під тиском. Це можуть бути фільтри для технічної води та інші елементи водопідготовки промислових підприємств. Відомий радіально-поршневий гідромотор багаторазової дії (аналог), який включає радіально розміщені в блоці циліндрів поршні, які взаємодіють з профільованою напрямною з виступами (зубцями) з похилими поверхнями, завдяки яким блок циліндрів при радіальному переміщенні поршнів обертається [Патент України на винахід № 53036. Промислова власність, опубл. 27.09.2010, Бюл. № 18, 2010р.]. Недоліком цього гідромотора є складність конструкції та низька надійність при роботі на технічній воді, бо це багатопоршневий гідромотор, який для надійної роботи потребує тонкоочищеної робочої рідини. Відомий також гідромотор (безшатунний двигун внутрішнього згоряння) за патентом РФ на винахід № 2117172, опубл. 10.08.1998р., який має циліндр з отворами для робочої рідини, поворотний поршень, який взаємодіє з циліндром, та встановлений на вал поворотного поршня з можливістю осьового переміщення та обертання разом з ним. Недоліком цього гідромотора є складність його використання, зумовлена необхідністю застосування маховика для забезпечення зворотного руху поворотного поршня та необхідністю використання для його роботи джерела робочої рідини з перемінним тиском. В основу винаходу поставлена задача спростити використання гідромотора шляхом забезпечення зворотного ходу поворотного поршня під тиском робочої рідини та забезпечення його роботи без використання джерела робочої рідини з перемінним тиском. Для вирішення поставленої задачі пропонується гідромотор, який включає циліндр з отворами для робочої рідини, поворотний поршень, який взаємодіє з циліндром, та встановлений на вал поворотного поршня з можливістю осьового переміщення та обертання разом з ним Крім того, циліндр має два вхідні отвори для робочої рідини з обох боків поворотного поршня і один вихідний отвір, а на обох торцях поворотного поршня, а також на повернутих до нього торцях двох дисків, які жорстко закріплені в циліндрі з обох сторін поворотного поршня, виконані зубці з похилими поверхнями, причому зубці одного диска зміщені по колу на півкроку відносно зубців іншого диска. Крім того, поворотний поршень має осьові отвори і оснащений клапаном, який складається із шайб, розміщених з обох сторін поворотного поршня, з'єднаних між собою через осьові отвори в ньому штоками з можливістю переміщення кожної шайби між упорами на штоках, та пружин стискування, встановлених між шайбами. При цьому на циліндрі з обох сторін поворотного поршня встановлені упори для шайб, а принаймні один осьовий отвір в поворотному поршні з'єднаний з вихідним отвором в циліндрі. Спільними з прототипом є суттєві ознаки: циліндр з отворами для робочої рідини, поворотний поршень, який взаємодіє з циліндром, та встановлений на вал поворотного поршня з можливістю осьового переміщення та обертання разом з ним. Відмінними від прототипу є суттєві ознаки: циліндр має два вхідні отвори для робочої рідини з обох боків поворотного поршня і один вихідний отвір, а на обох торцях поворотного поршня, а також на повернутих до нього торцях двох дисків, які жорстко закріплені в циліндрі з обох сторін поворотного поршня, виконані зубці з похилими поверхнями, причому зубці одного диска зміщені по колу на півкроку відносно зубців іншого диска, крім того поворотний поршень має осьові отвори і оснащений клапаном, який складається із шайб, розміщених з обох сторін поворотною поршня, з'єднаних між собою через осьові отвори в ньому штоками з можливістю переміщення кожної шайби між упорами на штоках, та пружин стискування, встановлених між шайбами, при цьому на циліндрі з обох сторін поворотного поршня встановлені упори для шайб, а принаймні один осьовий отвір в поворотному поршні з'єднаний з вихідним отвором в циліндрі. При здійсненні винаходу досягається новий технічний результат: спрощується використання, гідромотора, бо забезпечується зворотний хід поворотного поршня під тиском робочої рідини та забезпечується його робота без використання джерела робочої рідини з перемінним тиском. Суть винаходу ілюструється графічними матеріалами. На фіг. 1 показаний поздовжній розріз гідромотора; на фіг. 2 показаний поперечний розріз гідромотора; на фіг. 3 схематично показана взаємодія зубців поворотного поршня та дисків, коли поворотний поршень знаходиться в нижньому положенні; на фіг. 4 схематично показана взаємодія зубців поворотного поршня та дисків гідромотора, коли поворотний поршень знаходиться в верхньому положенні; на фіг. 5 показана гідравлічна схема підключення гідромотора; на фіг. 6 показаний поздовжній розріз через клапан в нижньому положенні поворотного поршня; на фіг. 7 показаний поздовжній розріз 1 UA 104238 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 через клапан в верхньому положенні поворотного поршня; на фіг. 8 показаний поздовжній розріз через клапан в положенні поворотного поршня, коли він уже рухається зверху вниз. Гідромотор (фіг. 1, 2) має циліндр 1, поворотний поршень 2 із зубцями 3 з похилими поверхнями - на обох торцях поворотного поршня (фіг. 1, 3, 4). В циліндрі 1 на підшипниках 4 і 5 встановлений вал 6 поворотного поршня зі шпонкою 7. Вал 6 поворотного поршня зі шпонкою 7 проходить через осьовий отвір 8 зі шпонковим пазом 9 поворотного поршня (див. фіг. 2). При цьому поворотний поршень 2 може вільно ковзати на валу 6 поворотного поршня та через шпонковий паз і шпонку передавати йому обертання. З обох сторін поворотного поршня 2 в циліндрі жорстко закріплені верхній диск 10 та нижній диск 11. На торцях обох дисків, повернутих до поворотного поршня 2, виконані зубці 12 з похилими поверхнями В (див. фіг. 3 та 4). При цьому похилі поверхні зубців поворотного поршня можуть контактувати з похилими поверхнями зубців дисків при русі поворотного поршня вниз (див. фіг. 3) чи вверх (див. фіг. 4). Зубці поворотного поршня та дисків виконані з кроком Г по колу (див. фіг. 4). Зубці 12 верхнього диска 10 та зубці 12 нижнього диска 11 зміщені по колу на півкроку одні відносно інших, тобто, на величину Г/2 (див. фіг. 4). Зміщення зубців зафіксовано штифтами 13 (див. фіг.1). На поворотному поршні закріплене ущільнення 14 з поліаміду (див. фіг, 1), яке утворює кільцеву порожнину 15. Ущільнення 14 має три радіальні отвори 16, які виходять в кільцеву порожнину 15. Кільцева порожнина 15 в любому положенні поршня 2 має вихід на злив через зливний штуцер 17 (див. фіг.1). В поворотному поршні виконано шість наскрізних осьових отворів 18, три з них радіальними отворами 19 через радіальні отвори 16, кільцеву порожнину 15 зв'язані зі зливним штуцером 17, введеним у отвір для води в циліндрі, який у відповідності зі схемою підключення (див. фіг. 5) зв'язаний зі зливом (див. також фіг. 2). Крім того, поворотний поршень оснащений клапаном 20 (див. фіг. 1), що складається із двох шайб - верхньої шайби 21 та нижньої шайби 22, які розміщені з обох сторін поворотного поршня і з'єднані між собою через три осьових отвори 18 в поворотному поршні штоками 23. Штоки 23 (фіг. 6, 7, 8) мають внутрішні упори 24 і зовнішні упори 25 для верхньої шайби 21 та внутрішні упори 26 і зовнішні упори 27 для нижньої шайби 22. На штоки 23 між верхньою шайбою 21 та нижньою шайбою 22 надіті пружини стискування 28. Довжина Д кожного рухомого штока 23 між внутрішніми опорами виконана більшою за довжину Ε поворотного поршня в місці установки верхньої і нижньої шайб. В гідромоторі на валу 6 поворотного поршня насаджені та закріплені верхня втулка 29 і нижня втулка 30, торці яких створюють упори для шайб - верхній упор С та нижній упор Ж (див. фіг. 6), в які упираються відповідно верхня шайба 21 та нижня шайба 22 у верхньому та нижньому положенні поворотного поршня 2. Поворотний поршень 2 утворює в циліндрі 1 верхню порожнину 31 і нижню порожнину 32, в які через отвори для води введені гідравлічні вводи 33 і 34. Гідромотор підключається до напірної лінії 35 води за схемою на фіг. 5. Напірна лінія 35 одночасно з'єднана з гідравлічними вводами 33 і 34, а штуцер зливу 17 з'єднаний зі зливом 36 через клапан 37, який або відкривається на злив і тоді гідромотор включається і працює, або закривається - і тоді гідромотор виключається і не працює. Така конструкція спрощує використання гідромотора, бо забезпечується зворотний хід поворотного поршня не використанням маховика, а під тиском робочої рідини, а також відпадає потреба у використанні джерела робочої рідини з перемінним тиском, бо вбудований в поворотний поршень клапан забезпечує зниження тиску поперемінно з одної та з іншої сторони поворотного поршня. Гідромотор працює так. В нижньому положенні поворотного поршня 2, показаному на фіг. 1 і 3, для початку роботи гідромотора клапан 37 (див. фіг. 5) відкривають на злив - вручну чи за допомогою автоматики системи, в якій використовується гідромотор. При цьому вода під тиском одночасно надходить в обидві порожнини, утворені поворотним поршнем 2 в циліндрі 1 - у верхню порожнину 31 та у нижню порожнину 32. Якщо поворотний поршень 2 в початковий період роботи гідромотора буде у верхньому положенні чи в проміжному, одна із шайб 21 чи 22 буде притиснута до поршня, в проміжному положенні - через нестійку рівновагу під дією пружин та під тиском води на шайби. Тому в принципі опис переміщення поворотного поршня в любому випадку не буде відрізнятись від описаного тут, коли поворотний поршень розпочинає свій рух знизу. 2 UA 104238 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При нижньому положенні поворотного поршня 2 (див. фіг. 6) верхня шайба 21 та нижня шайба 22 віджаті пружинами 28 до зовнішніх упорів 25 і 27 штоків 23. Нижня шайба 22 притиснута до поворотного поршня, вона закриває всі осьові отвори 18 в поворотному поршні 2. Верхня шайба 21 віджата від торця поворотного поршня 2 пружинами 28 так, що між нею і торцем поршня є щілина 11 (див. фіг. 6). Через щілину 11 вода з верхньої порожнини 31 перетікає в осьові отвори 18 поршня 2 і через радіальні отвори 19 в поворотному поршні, радіальні отвори 16 в 14 в ущільненні, кільцеву порожнину 15 і штуцер зливу 17 на злив. В результаті цього тиск води в порожнині 31 падає. Тиск води в порожнині 32 залишається високим, бо нижня шайба 22 притиснута до поршня 2 і перекриває вихід води через осьові отвори в поршні на злив. Під піском води в нижній порожнині 32 поворотний поршень 2 перемішається вверх, його зубці 3 входять в контакт з зубцями 12 (див. фіг. 1) верхнього диска 10. При цьому вершина К (див. фіг. 3) кожного зубця 3 поршня 2 торкнеться відповідної точки К' на похилій поверхні В диска 10 і похила поверхня В кожного зубця 3 поршня 2 частково ляже на похилу поверхню В відповідного зубця 12 верхнього диска 10. При подальшому переміщенні під дією води поршня 2 вверх похилі поверхні В зубців поршня 2 і верхнього диска 10 будуть в контакті, при цьому похила поверхня В кожного зубця поворотного поршня 2 буде ковзати по нерухомій похилій поверхні верхнього диска 10 і вершина Д кожного зубця 3 поворотного поршня 2 з точки К' переміститься в точку К" (див. фіг. 4). Поворотний поршень 2 займе верхнє положення, повернувшись за стрілкою Л одночасно з рухом вверх на половину кроку Г між зубцями, тобто на величину Г/2 (див. фіг. 4). Коли верхня шайба 21 разом з поворотним поршнем 2 дійде до упора Е (див. фіг. 7), вона зупиниться, а поворотний поршень 2 разом зі штоками 23 і нижньою шайбою 22 продовжить рух вверх. Через це щілина Н буде зменшуватись, аж поки не зникне (див. фіг. 7). Ще до зникнення щілини при русі поворотного поршня вверх штоки упруться внутрішніми упорами 24 у верхню шайбу 21, а нижня шайба 22 упреться у внутрішні упори 26 штоків 23. Через те, що довжина кожного штока F·між внутрішніми упорами 24 і 26 більша за товщину поршня Ε в місці установки шайб 21 і 22, внизу між нижньою шайбою 22 і поворотним поршнем 2 утвориться щілина Τ (див. фіг. 7), яка завдяки дії пружин 28, які відштовхнуть нижню шайбу до зовнішнього упора 27 штоків, швидко збільшиться до величини Н (див. фіг. 8), як це було між верхньою шайбою 21 і штоком 2 на початку руху поворотного поршня 2 вверх. Зв'язок порожнини 31 зі зливом зникне, в порожнині 31 тиск води підвищиться до тиску води, яка подається в гідромотор. Через щілину Η нижня порожнина 32 одержить зв'язок зі зливом, як це описано вище для порожнини 31, тиск в порожнині 32 впаде і поршень 2 під дією тиску води в порожнині 31 буде рухатись вниз. При цьому вершина Μ кожного зубця 3 поворотного поршня 2 торкнеться відповідної точки М' (див. фіг. 4) на похилій поверхні В нижнього диска 11 і похила поверхня В кожного зубця 3 поворотного поршня 2 частково ляже на похилу поверхню її відповідного зубця 12 нижнього диска 11. В такому ж порядку, як це описано вище, вершина кожною зубця 3 поворотного поршня 2 переміститься з точки М' в точку М". Поворотний поршень 2 знову займе нижнє положення, повернувшись одночасно з рухом вниз за стрілкою Л на половину кроку Γ між зубцями, тобто, на величину Г/2. Таким чином, за один хід поворотного поршня вверх і вниз він повернеться за стрілкою Е на один крок між зубцями. При подальшому русі поворотного поршня вверх-вниз в описаному вище порядку він одночасно буде повертатись за стрілкою Л і може зробити необмежену кількість обертів в одну і ту сторону. При русі поршня вверх і вниз він буде ковзати по валу 6 поворотного поршня зі шпонкою 7, а при повороті поворотного поршня за стрілкою Л вал 6 поворотного поршня через шпонку буде повертатись разом з поршнем. При цьому вал 6 поворотного поршня є одночасно і вихідним валом гідромотора. В описаній конструкції поворотний поршень буде рухатись в обидві сторони під тиском води, що виключає необхідність використання маховика. Крім того, такий гідромотор не потребує джерела робочої рідини з перемінним тиском. 3 UA 104238 C2 5 Таким чином, розв'язано задачу спрощення використання гідромотора шляхом забезпечення зворотного ходу поворотного поршня під тиском робочої рідини та забезпечення його роботи без використання джерела робочої рідини з перемінним тиском. Розроблені креслення на гідромотор, на черзі - його виготовлення для привода фільтра для одного з металургійних заводів України. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 Гідромотор, який включає циліндр з отворами для робочої рідини, поворотний поршень, який взаємодіє з циліндром та встановлений на вал поворотного поршня з можливістю осьового переміщення та обертання разом з ним, який відрізняється тим, що циліндр має два вхідні отвори для робочої рідини з обох боків поворотного поршня і один вихідний отвір, а на обох торцях поворотного поршня, а також на повернутих до нього торцях двох дисків, які жорстко закріплені в циліндрі з обох сторін поворотного поршня, виконані зубці з похилими поверхнями, причому зубці одного диска зміщені по колу на півкроку відносно зубців іншого диска, крім того поворотний поршень має осьові отвори і оснащений клапаном, який складається із шайб, розміщених з обох сторін поворотного поршня, з'єднаних між собою через осьові отвори в ньому штоками з можливістю переміщення кожної шайби між упорами на штоках, та пружин стискування, встановлених між шайбами, при цьому на циліндрі з обох сторін поворотного поршня встановлені упори для шайб, а принаймні один осьовий отвір в поворотному поршні з'єднаний з вихідним отвором в циліндрі. 4 UA 104238 C2 5 UA 104238 C2 6 UA 104238 C2 7 UA 104238 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8