Поршнева кулісна машина

Пропонуємий винахід відноситься до техніки загального та холодильного машинобудування, зокрема, до двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) та компресорів з кулісним приводом. Відомі об'ємні поршневі машини: компресори та ДВЗ, які мають куліси, жорстко з'єднані з поршнями, розташованими в робочих циліндрах, та повзуни куліс, кінематично зв'язані з кривошипом приводного валу, див. наприклад [1]-[11]. Однопоршневі кулісні машини [1]-[3] компактні та, за рахунок само-установлення деталей при зборці, високотехнологічні, однак мають низьку рівномірність моменту, що крути ть, і погану врівноваженість. Відомі також багатопоршневі кулісні машини [4]-[10]. При послідовному розташуванні повзунів куліс на кривошипі та розміщенні циліндрів у паралельних площинах [4]-[6] менші радіальні габарити, проте збільшена довжина машини вздовж осі вала. В пласких механізмах поршневих кулісних машин [7]-[9] - менша довжина вздовж осі вала, однак збільшені радіальні габарити. У плоскому дворядному пристрої [10], що використовує в поршні додатковий компенсаційний вкладиш сухар, за рахунок самоустановлення деталей при зборці, поєднуються велика продуктивність і рівномірність моменту, що крутить, багагопоршневої машини, з високою технологічністю одно-поршневої. Найближчим прототипом до заявленого технічного рішення є механізм поршневої машини, описаний у авторському свідоцтві СРСР № 1627770 [10]. Він містить корпус з розташованими в двох рівнобіжних площинах блоків робочих циліндрів, осі яких утворять багатокутник (трикутник), описаний навколо приводного вала. У циліндрах установлені поршні з поперечним отвором для приводного пальця, рівнобіжним осі вала. Між блоками циліндрів розміщена хрестовина, яка посаджена на кривошип вала і складається з радіально орієнтованих повзунів, розташованих у к улісах. Приводні пальці куліс орієнтовані паралельно кривошипу і вставлені в поперечні отвори поршнів. Причому, у поршнях, розташованих в одному з блоків (задньому), уздовж осей отворів виконані прямолінійні пази, у яких встановлені сухарі з внутрішнім отвором для розміщення пальця куліси. Число сухарів дорівнює числу к уліс. Циліндри розташовані симетрично щодо осі корінних опор вала, а конструкція куліси така, що пальці жорстко" з'єднані з нею як одне ціле, осі пальців збігаються між собою і перетинають вісь повзуна, утворюючи так званий центральний (чи недезаксіальний) механізм приводу поршня. Між одним з поршнів переднього блоку і відповідним пальцем куліси встановлений стопорний пристрій від проворота - шпонка. Однак, через перетинання осей робочих циліндрів і взаємний вплив розмірів торцевих кришок, симетричне розташування циліндрів обумовлює значне видалення осі робочого поршня від приводного вала. Це збільшує навантаження на хрестовину в місці закріплення повзуна, обумовлюючи необхідність збільшення його діаметра і, у результаті, - погіршує масогабаритні характеристики машини. Крім того, виконання спеціального стопорного пристрою від проворота і трьох компенсаційних вкладишів ускладнює конструкцію, знижуючи технологічність. Таким чином, недоліками прототипу є: погана компактність і низька технологічність пристрою. В основу винаходу поставлене завдання створити такий механізм приводу поршневої кулісної машини, в якому нове розміщення робочих циліндрів, а також нова форма виконання куліси і її пальців дозволили б підвищити компактність і технологічність пристрою. Це досягається тим, що пальці куліс розташовані дезаксіально повзуну, дезаксаж (зміщення осі) пальця щодо повзуна складає розмір у межах від половини до трьох величин радіуса кривошипа. Циліндри розміщені асиметрично щодо вала, а асиметрія циліндрів щодо центральної осі корінних опор вала, відповідно, дорівнює дезаксажу. Причому, приводні пальці, що належать одній кулісі, виконані не співвісними один одному, а знаходяться по різні сторони від осі повзуна (щодо площини, проведеної через цю вісь паралельно валу). Кількість з'єднань, що використовують у прямолінійному пазу компенсаційний вкладиш (сухар), у загальному випадку дорівнює величині, на одиницю меншої числа повзунів, при цьому для однієї куліси - не більш одного. Крім того, один із пальців куліси зроблений знімним у вигляді стрижня з прямолінійним і круглим шипами, у кулісі виконаний прямолінійний паз, у якому розміщений прямолінійний шип знімного пальця, причому круглий шип пальця розташований у круглому отворі поршня, а число куліс зі знімним пальцем зазначеної форми в загальному випадку дорівнює величині, на одиницю меншої числа повзунів. Сутність пропозиції пояснюється кресленнями, на яких показаний приклад виконання поршневої кулісної машини, відповідно, на фіг. 1 - вертикальний розріз А-Л по осях циліндрів переднього блоку (у площині, перпендикулярній осі приводного вала), на фіг. 2 - вертикальний розріз Б-Б по осі корінних опор приводного вала, на фіг. З - горизонтальний розріз В-В у площині розташування осей верхньої пари циліндрів, на фіг. 46 - форма виконання деталей механізму із сухарем у вигляді знімного пальця куліси. Заявлена поршнева кулісна машина містить корпус 1 з розташованими в двох рівнобіжних площинах блоками 2, 3 робочих циліндрів. У першому (передньому) блоці 2 циліндри 4 і в другому (задньому) блоці 3 циліндри 5 розташовані таким чином, що їхньої осі утворять багатокутник (трикутник), описаний навколо приводного вала 6. У циліндрах 4 і.5 установлені робочі поршні, відповідно, 7 і 8. Між блоками робочих циліндрів розміщена хрестовина 9, яка посаджена на кривошип 10 вала 6 і складається з радіально орієнтованих повзунів 11, розташованих у кулісах 12. Приводні пальці 13 і 14 куліси 12 вставлені в поперечні отвори поршнів, відповідно, 7 і 8. Пальці 13 і 14 розташовані дезаксіально повзуну 11. Дезаксаж (зміщення осей) "АГ' складає розмір у межах від половини до трьох величин радіуса кривошипа "R". Оптимально - Χ=(1...2)Έ . Подальше збільшення обмежене впливом конкретних кінцевих розмірів деталей механізму (траєкторія руху кривошипа наближається до осі циліндра і, у свою чергу, може приводити до збільшення габаритів), зменшення - знижує ефективність пропозиції. Зміщення пальців куліси щодо осі повзуна може здійснюватися в двох напрямках: як у ту ж саму сторону, коли вони можуть виконуватися співвісними один одному (дзеркальне виконання блоків 2 і 3 - такий приклад у заявці не розглядається як менш ефективний), так і в протилежні сторони, коли пальці розташовані в різних площинах (рівнобіжних повзуну), а вісь повзуна куліси розміщена між ними (однотипне виконання блоків 2 і 3 фіг. 1-3). Тобто, у розглянутому варіанті реалізації пропозиції, приводні пальці не мають спільну вісь, а знаходяться по різні сторони від осі повзуна (або від рівнобіжної кривошипу площини, що проходить через вісь повзуна). Якщо при співвісному виконанні пальців (через наявність обертальної пари між поршнем і кулісою навколо спільної осі пальця) аналогічно прототипу [10] потрібно стопорний пристрій від провороту, то при виконанні пальців 13 і 14 неспіввісними відбувається фіксація просторової позиції куліси щодо площини, утвореної положенням незбіжних осей її пальців, і, отже, обертальна пара є відсутньою. Тобто, виключається можливість взаємного розвороту куліси і поршня, а значить і відпадає необхідність у стопорному пристрої, чим досягається додатковий позитивний ефект пропозиції. Така форма виконання механізму має перевагу через відносне спрощення конструкції - однотипні, а не дзеркальні блоки циліндрів, простіше обробка пальців куліси (без переналагодження інструмента), не потрібно стопорний пристрій. Циліндри 4 і 5 розміщені асиметрично щодо вала. Асиметрія циліндрів "Е" - зміщення площини симетрії 15 (рівновіддаленої від торцевих кришок опозитних циліндрів) щодо центральної площини 16 (що проходить через вісь корінних опор вала) - дорівнює дезаксажу: Е=Х (див. Додаток 1). При зборці машини з'єднання куліс 12 із трьома поршнями 7 переднього блоку 2 і верхнім поршнем 8 другого (заднього) блоку 3 здійснюється шляхом розміщення пальця куліси (13, 14) безпосередньо в круглому отворі поршня. При цьому для стикування двох нижніх куліс з відповідними нижніми поршнями другого блоку додатково використовується компенсаційний вкладиш - сухар, розташовуваний у прямолінійному пазу. Форми виконання сухаря можуть мати різні варіанти, включаючи той, котрий використаний у прототипі (див. Додаток 1). Відносною перевагою користується конструкція, в якій сухар виконаний у виді знімного стрижня (пальця) 17 (фіг. 4), один кінець якого - круглий шип 18 встановлений у круглому отворі звичайного поршня 8 (фіг. 5), а другий , прямолінійний шип 19, - у прямолінійному пазу 20 куліси 21 (фіг. 6). Таким чином, у даному варіанті реалізації пропозиції всі шість поршнів щільно з'єднані з круглим шипом приводного пальця, а компенсаційний прямолінійний паз виконаний у кулісі. Оскільки з'єднання верхньої пари поршнів при зборці з кулісою самовс-тановлюється і не має потребу в компенсаторі, то в загальному випадку, для механізму з неспіввісними пальцями кількість компенсаційних з'єднань типу сухар-прямолінійний паз - повинно дорівнювати величині, на одиницю меншої числа повзунів куліс, при цьому, для однієї куліси - не більш одного. Заявлена поршнева кулісна машина працює у такий спосіб. При обертанні приводного вала 6 хрестовина 9 пересувається разом із кривошипом 10 і кожен повзун 11, прослизаючи у своїй кулісі 12, рухається плоско-паралельно так, що його вісь переміщається паралельно своєму первісному положенню. Рухаючись в кулісі, повзун штовхає її разом з поршнями 7 і 8 у напрямку, обумовленому осями циліндрів 4 і 5. З метою зниження механічних утрат на тертя, між кулісою 12 і повзуном 11 може бути встановлений лінійний підшипник 22 кочення (фіг. 2), наприклад, із сепаратором, що плаває. Зміщення осей пальців 13, 14 куліси щодо осі повзуна 11 і розміщення циліндрів 4, 5 асиметрично валу дозволило зменшити відстань "L" від осей поршнів 7, 8 до осі корінних опор приводного вала 6 і, таким чином, знизити навантаження на повзун куліси. Зниження навантаження на хрестовину підвищує міцність і поліпшує компактність пристрою. Виконання пальців куліси неспіввісними виключає необхідність у стопорному пристрої і зменшує на один необхідну кількість компенсаційних вкладишів, - у підсумку підвищуючи те хнологічність конструкції. Цій якості також сприяє виконання пальців куліси" знімними і перенесення прямолінійного шипа компенсаційного вкладиша з поршня в кулісу, оскільки дозволяє виготовляти всі шість поршнів однотипними, а кулісу - з набору уніфікованих деталей. Обґрунтування достатності використаної кількості робочих ланок у заявленому пристрої і розрахунок рухливості (числа ступенів свободи) механізмів при різних варіантах реалізації конструкції, а також інші форми виконання компенсаційного вкладиша (сухаря) показані в Додатку 1. Джерела інформації 1. Пат. ФРН № 1171448, кл. 17 а, 16 (F 25В). 2. Пат. Франції № 2055643, кл. F 04В, F 16Н. 3. Заявка Японії №60-85278, кл. F 04В. 4. Пат. США №3695786, кл. 417/437 (F 04В). 5. Пат. США №4373876, кл. 417/534 (F 04В). 6. Заявка Японії № 58-20395, кл. F04B. 7. Пат. США №3093301, кл. 230/206 (F 04В). 8. Пат. США №4352640, кл. 417/273 (F04B). 9. Авт. свідоцтво СРСР № 1566056,' кл. F 01В, F 02В, F 04В. 10. Авт. свідоцтво СРСР № 1627770, кл. F 16Н. 11. Якобсон В.Б. Малые холодильные машины. - Μ.: Пищевая пром., 1977.