CS259212B1 - Jednorotorový zubový agregát - Google Patents

Abstract

Učelom riešinia je kvalitatívna náhrada viacerých tekutinových objemových strojov, najma hydraulických čerpadiel, kompresorov, pneumatických motorov, hydraulických motorov a vývev jediným objemovým agregátom, pri súčasnej niekolkonásobnej úspoře materiálov, zmenšenia počtu uloženi, zmenšenia třecích strát, úspoře priestoru, za súčasného rozšírenia oblastí využitia. Uvedeného účelu sa dosiahne axiálným usporiadaním zubov v obojstranné otvorených vedeniach v rotore jednorotorového agregátu s mechanickým a tekutinovým ovládáním přesunu zubov, konštantnými prierezmi komór a vypínacími kanálmi pre zuby. Rotor má prierez v tvare písmena "T" a okolo jeho ramien sú usporiadané vo vekách a plášti trojaké samostatné komory, predná komora, vonkajšia komora a vnútorná komora.

Description

Vynález sa týká jednorotorového zubového tekutlnostatlckého agregátu.

Najbližšie známe riešenie, založené na principe lamelových objemových strojov majú vyšší počet lamiel ktoré vlastným objemom nepriaznivo ovplyvňujú účinný objem komčr, zvyšujú trenia a opotrebenie, čo výrazné znižuje ich účinnost a životnost. Ako hydraulické motory sú pre obtiažne vysúvanie lamiel málo účinné preto, že vysúvanie lamiel v slepých drážkách je spojené s velkým odporom a značnými energetickými stratami. Vysúvanie lamiel možno aj pri nižších otáčkách zaručit pomocou pružin, ale pri tomto riešení neúnosné vzrastá trenie pri zasúvaní lamiel. Kosákovitý tvar komĎr s premenlivým prierezom a nesúmernými sacími a výtlakovými kanálmi nevyhovuje nestlačitelným tekutým médiám, respektívne neumožňuje inverznú funkciu tekutinového mechanizmu pri oboch zmysloch otáčania sa rotora.

Aj v praxi používané lamelové pneumatické motory sú málo účinné a málo spolahlivé, lebo lamely v pokoji a pri malých otáčkách rotora zapadajú do drážok a nedostatočne sa vysúvajú, čo má za následok aj zlyhávanie týchto motorov.

Uvedené nedostatky lamelových objemových strojov sú odstránené v konštrukcií jednorotorového zubového tekutinostatického agregátu s mechanickým vačkovým a tekutinovým tryskovým ovládáním přesunu zubov. V priestore vačiek sú umiestnené vypinacie kanály pre zuby. Prierez funkčnej dlžky komůr je konštantný.

Zuby sú uložené v rotore v obojstranne otvorenom axiálnom vedení, bez možnosti radiálneho pohybu zubov. Prierez rotora má tvar písmena ^MT”. Na prednej straně rotora v axiálnom smere v plášti a druhom veku je vytvořená najmenej jedna samostatná predná komora, striadavo na opačnej straně rotora v axiálnom smere v plášti a veku je vytvořená najmenej jedna samostatná vonkajšia komora a samostatná vnútorná komora, obe vzájomne oddělené středným ramenom rotora.

Hlavné výhody tekutinostatického jednorotorového zubového agregátu spočívajú v konštrukčnej i výrobněj jednoduchosti a malého počtu konštrukčných prvkov. Pri klznom uložení rotora je zostavený agregát len z dvoch vík, jednej skrine, jedného rotora, jednej hriadele, troch zubov a niekolkých spojovacích skrutiek, nahradí však tri spriahnuté rotačně objemové tekutinové mechanizmy, například trojitý zubový hydrogenerátor. Jednotlivé části agregátu sú univerzálně, luvovolne jednotlivo využitelné ako motory i ako generátory, spojené mechanickou vazbou pomocou rotora.

Obr. č. 1 znázorňuje nárys zubového agregátu v řeze rovinou A-A. Obr. č. 2 znázorňuje zubový agregát v řeze a tiež aj prierez jednotlivých komčr. Obr. č. 3 znázorňuje zubový agregát v řeze cez vačky, plniace kanály a vypinacie.kanály, so zvýrazněním ich návaznosti na jednotlivé komory. Obr. č. 4 znázorňuje prierez T rotora, ktorý najlepšie vyniká pri radiálnej alternativě vyhotovenia rotora. Prierez T je vyšrafovaný. Obr. č. 5 znázorňuje přechod mezdi radiálnou a axiálnou verziou rotora.

Prierez rotora v tvare T je opat vyšrafovaný. Obr. č. 6 znázorňuje v polovičnom řeze viacnásobné vyhotovenie agregátu, v konkrétnom případe trojnásobné vyhotovenie, v zhodnom řeze s obr. č. 1, celkove s tri krát troma komorami. Obr. č. 7 znázorňuje alternativně vyhotovenie zdvojeného rotora z dvoch prierezov T” + T spojených na ležato. Spojené prierezy T sú vyšrafované. Obr. č. 8 znázorňuje zjednodušené rozvinuté schéma zubového agregátu. Pre lepšie pochopenie sú vynechané vnútorné komory a středné rameno rotora, Obr. č. 9 znázorňuje samotný rotor v kosouhlom premietani, časť zubov pracujúcich vo vonkajšej komoře, časť zubov pracujúcich vo vnútornej komoře a výslednú odstredivú silu zubov.

Obr. č. 10 v kosouhlom premietani znázorňuje rotor, časť zubov pracujúcich v prednej komoře a výslednicu odstredivej sily rotora. Obr. č. 11 znázorňuje v kosouhlom premietani rotor s 90 stupňovým výrezom, so zvýrazněním prierezu v tvare T a s vyznačením reakčných sil. Obr. č. 12 znázorňuje alternativně vyhotovenie rotora z dvoch dielov. Obr. č. 13 znázorňuje celkový vonkajší pohlad na jednorotorový zubový agregát. ,

Rotor s prierezom tvaru písmena T“ má vyhotovené axiálně vedenie 10 pre přesuvné uloženie zubov 5. Odstředivé sily F a F' zubov 5 sú takto už vo vedení 10 v plnej miere zachytené výslednými reakčnými silami Fř a Fr'. Skriňa 2 s vekom 2 a druhým vekom 2a tvoria obal rotora 2·

Predná komora 2 je vytvořená v axiálnom smere po jednej straně rotora, vonkajšia komora T_ s vnútornou komorou 8 sú vytvořené v axiálnom smere po druhej straně rotora.

Pravá vonkajšia vačka 22 a prvá vnútorná vačka 28 sú umiestnené v axiálnom smere oproti druhej prednej vačke 18. Druhá vonkajšia vačka 25 a durhá vnútorná vačka 31 sú umiestnené v axiálnom smere oproti prvej prednej vačke 14 a zabezpečujú v axiálnom smere vysúvanie zubov 2 z rotora 3, respektivne zasúvanie zubov do rotora. Uvtedené vačky ,sú umiestnené mimo funkčnej dlžky 2 komor, preto funkčná dížka 2 prednej komory £, vonkajšej komory 7_ vnútornej komory 2 majú nemenný prierez, vid obr. č. 2.

Přesun zubov 5 je riadený súčasne aj prvou ovládacou tryskou 32 a druhou ovládacou tryskou 33, v ktorých sa přetlak respektivne podtlak vytvoří ako dĎsledok přesunu zubov, respektivne přetlak a podtlak sa dosiahne pomocou přídavného zariadenia ktoré nie je predmetom riešenia a preto sa neuvádza. Prvá ovládacia tryska 32 ústi k strednému ramenu 3a rotora 3 medzi prvou vonkajšou vačkou 22 a prvou vnútornou vačkou 28.

Druhá ovládacia tryska 33 ústi k strednému ramenu 3a rotora 2 medzi druhou vonkajšou vačkou 25 a druhou vnútornou vačkou 22· Priestor vederiia 10 v strednom ramene 3a rotora představuje súčasne pomocnú komoru 21/ sekundárného lineárneho motor-generátora, ktorého piesty tvoria samotné zuby 5. Přetlakové hrdlo 35 s přetlakovým kanálom 34 slúžia jednak pre potřeby mazania, súčasne však přetlak pomocnej tekutiny v pretlakovom kanáli 34 pritláča zuby v axiálnom smere na příslušné steny vonkajšej komory 2 a vnúrotnej komory

2, za účelom zlepšenia těsnosti zubov 5 v týchto komorách.

Bočné a obvodové utesnenie rotora 2 možno previesť niektorým zo známých a osvědčených spósobov, napr. tesniacimi krúžkami, labyrintom a podobné, v závislosti na vlastnostiach použitých pracovných tekutin. Pri samomazných pracovných tekutinách sa osobitné utesnenie rotora nepředpokládá, pdobne ako u zubových čerpadlách. SpĎsob utesnenia preto nie je predmetom riešenia. Tekutinový okruh prednej komory 6 začina prvým predným plniacim kanálom 12./ nadvSzuje na prvý predný vypínací kanál 13 ktorý s prvým predným pomocným vypínacím kanálom 15 obklopujú z dvoch stráň prvú prednú vačku 14.

Náběhovými hranami 36 začina a na druhom konci aj končí vlastná funkčná dížka 2 prednej komory 6, a na jej druhom konci druhů prednú vačku 18 obklopujú z dvoch stráň druhý predný vypínací kanál 17 s druhým predným pomocným vypínacím kanálom 19, ^s vonkajším vyústěním v druhom prednom plniacom kanáli 22· Tekutinový okruh vonkajšej komory 7 začina prvým vonkajším plniacim kanálom 20, pokračuje prvým vonkajším vypínacím kanálom 21 vedla prvej vonkajšej vačky 22, nadvSzuje na vonkajšiu komoru 2/ ^na jej druhom konci vedla druhej vonkajšej vačky 25 pokračuje druhým vonkajším vypínacím kanálom 24 a druhým vonkajším plniacim kanálom 21 vyúsťuje z agregátu.

Tekutinový okruh vnútornej komory 2 vedie paralelné s tekutinovým okruhom vonkajšej komory 2 ^a začina prvým vnútorným plniacim kanálom 26, pokračuje prvým vnútorným vypínacím kanálom 2J_ vedla prvej vnútornej vačky 28, nadvSzuje na vnútornú komoru 2/ ^na jej druhom konci vedla druhej vnútornej vačky 31 pokračuje druhým vnúrotným vypínacím kanálom 30, a druhým vnútorným plniacim kanálom 29 vyúsťuje z agregátu. Zuby 2 ^v prednej komoře 2/ ako aj vo vonkajšej komoře T_ a vnútornej komoře 2 majú zhodnú funkciu ako zuby zubových čerpadiel tradičného prevedenia, konštantný je aj prierez uvedených komór i medzizubových priestorov v jednotlivých komorách.

Poloměr ťažiska prierezu prednej komory r6, poloměr ťažiska prierezu vonkajšej komory r7 a poloměr ťažiska prierezu vnútornej komory r8 predstraujú konštantnú veličinu pre každú komoru, a zodpovedajú rozstupovej kružnici ozubených kolies zubových čerpadiel.

Geometrický objem jednotlivých komór představuje priestor medzi náběhovými hranami 36, rotačný objem týchto komór je podstatné vSčší, a rovná sa objemu takmer celého rotačného prstenca, z ktorého komory sú výsekom, samozřejmé bez objemu příslušných častí zubov ktoré sa v týchto komorách počas jedného otočenia sa rotora vystriedajú, a bez případných strát netesnosťou,

Hriadel 4 móže byí s rotorom 3 spojená běžným spósobom, připadne móže byť vyrobené z jedného celku, napr. odliatku alebo výkovku. Montáž a uchytenie agregátu v priestore možno previest'spojovacími skrutkami cez otvory Q. Podobné ako u známých objemových strojoch, možno aj zubový agregát vyhotovit vo viacnásobnom, dvojitom, trojitom atd. převedení, čím sa dosiahne zvýšenie počtu o druhů vnútornú komoru 8b, tretiu vnútornú komoru 8c připadne dalšie, úměrné zvýšenie počtu vonkajších komór o druhů vonkajšiu komoru 7b, tretiu vonkajšiu komoru 7c připadne dalšie a súhlasné zvýšenie počtu aj predných komór 6.

Zvýšením počtu komór sa dosiahne niekolkonásobné využitie zastaveného priestoru, čo umožňuje dosiahnut doteraz najpriaznivejší poměr súčtu objemov jednotlivých komór k celkovému objemu telesa agregátu, zásluhou najmS malého počtu zubov a konštantného prierezu komór. Prierez rotora má tvar písmena T, podlá toho jednotlivé ramená rotora možno označit ako středné rameno 3a, vonkajšie rameno 3b a vnútorné rameno 3c.

Kvóli určitým výhodám možno vyrábať rotor 3 s objímkou 3d, ktorá móže byť na rotor nalisovaná. Zadná vonkajšia časť 5/7 zubov 2 ^sa vysúva do vonkajšej komory T_, zadná vnútorná časť 5/8 zubov 2 je přitom vysunutá vo vnútornej komoře, avšak pri zasunutej zadnej vonkajšej časti a zadnej vnútornej časti zubov do rotora, je vysunutá predná část 5/6 zubov 2 v prednej komoře 8.

Zuby 2 ³³ pohybu jú v priestoroch prednej komory 6, vonkajšej komory ]_ a vnútornej komory 2 úud mechanickým pósobením rotora 2» respektívne pri inverznom využití sa zuby pohybujú pósobením tlakovej energie tekutin v komorách. Tlaková energia pracovnej tekutiny, ktorá sa privedie napr. do prvého predného plniaceho kanála 12, preniká do prvého predného· vypínacieho kanála 1_3 ^a do prednej komory Q, kde pósobí na prednú časť 5/6 zuba 2 ^a tlačí zub 2 ^v Komoře smerom k druhej prednej vačke 2®· Ke3 zub dosiahne nábehovú hranu 32, dostane sa do priestoru druhého predného vypínacieho kanála 17, kde sa tlak pracovnej tekutiny vyrovná před aj za prednou častou 5/6 zuba 2i následkom toho sa zub vypíná, vyraóuje zo záběru. Pracovná tekutina uniká cez druhý predný vypínací kanál 17 a druhý predný plniaci kanál 16. Predná část 5/6 zuba 2 je druhou prednou vačkou 18 zatláčená spSť do vedenia 10 v rotore 2 za súčasného vysúvania zadnej vonkajšej časti 5/7 a zadnej vnútornej časti 5/8 zubov na zadnej straně rotora.

Skór, ako predná časť 5/6 zuba dosiahne druhý predný vypínací kanál 17, nahradí ju predná část iného zuba, ktorý po opuštění prvého predného vypínacieho kanála 13 za náběhovou hranou 36 zařadí do záběru v prednej komoře 2« ^a cyklus sa opakuje. Na základe funkcie motora možno odvodit aj funkciu čerpadla, čiže generátora. Funkcia prednej časti 5/6 zubov 2 ^v prednej komoře je obdobná, ako funkcia zadnej vonkajšej časti 5/7 zubov vo vonajkšej komoře _7_, respektívne ako funkcia zadnej vnútornej časti 5/8 zubov vo vnútornej komoře 2·

Každá z komór móže byť zapojená podlá uváženia a potřeby ako čerpadlo i ako motor, respektívne o funkcii čerpadla či motora rozhodnú parametre veličin pri preVádzke. Možno dosiahnut aj rovnovážný stav. Tekutinové ovládanie zubov nie je nutné použit najma v oblasti nižších otáčok rotora, respektívne jednotlivé-ovládacie trysky možno použit tiež'na účely mazania. Zdroj tlakovej energie na ovládanie přesunu a přítlaku zubov móže byť zvolený pódia praktických potrieb dostupným a známým spósobom, táto problematika preto nie je predmetom riešenia.

Konštrukcia zubového agregátu nahradí v praxi tri zubové čerpadlá pri podstatnou! znížení výrobných nákladov a •-.načnej úspoře materiálu i priestoru.

V úžitkových automobiloch vybavených aj pneumatickým systémom jeden zubový agregát nahradí olejové čerpadlo a súčasne aj dvojstupňový připadne i viacstupňový kompresor, pričom zároveň je schopný plniť aj funkciu pneumatického Startéra. Zubový agregát je schopný plniť funkciu čerpadla, hydraulického motora, kompresora, pneumatického motora, vývěvy, parného stroja* tekutinového statického prevodnika a kombinácie uvedených funkcil.

Počet kombinácií rozdielnych možných zapojení u základného trojkomorového agregátu dosahuje s kvapalnými pracovným! médiami devStnásť, s plynnými a parnými pracovnými médiami až dvadsaťtri. Z toho sedem rozdielnych zapojení připadá na samotné zapojenie lubovolnej komory, paralelné zapojenia dvojic komór a paralelné zapojenie trojice komór do kvapalinového obvodu. Balších dvanásť rozdielnych zapojení do dvoch kvapalinových obvodov představuje zapojenie jednej z komór do primárného kvapalinového obvodu oproti obdobnému zapojeniu zvyšných komór do sekundárného obvodu.

V případe prevodníkov pracujúoich so stlačitelnými málo viskóznymi tekutinami sa počet možných rozdielnych zapojení rozšíri o Salšie, konkrétné o sériové zapojenie dvojíc komór a trojice komór, spolu štyri zapojenia. Aj z týúhto štyroch sériových zapojení možno tri sériové zapojenia dvojíc komór oproti sólo zapojeniu zvyčnej tretej komory obmieňať v primárnom a sekundárnom obvode, čo Sálej zvyšuje počet kombinácií zapojenia. Viacnásobné vyhotovenie zubového agregátu poskytuje Saleko vyšší počet kombinácií zapojení.

Vonkajší objem telesa zubového agregátu a celková hmotnosť zubového agregátu predstavujú len niekolko desatín z hmotnosti a celkového vonkajšieho objemu porovnatelných hydromotorov a čerpadiel, preto je velmi vhodný vo funkcii motorgenerátora na priame vstavanie do kolies aj velmi lahkých vozidiel, s výhodou pohonu všetkých kolies, akumulácie pri brzdění, obmSdzení používania trecej brzdy len pri parkování, vylúčení potřeby homokinetických klbov, diferenciálov, medzinápravových diferenciálov a třecích spojok.

Zuby agregátu sú hlavně vo vonkajšej a vnútornej komoře schopné znášať niekolkonásobne vSčšie zaťaženie ako lamely obdobných lamelových objemových strojov.

Claims (2)

1. Jednorotorový zubový agregát s mechanickým a tekutinovým ovládáním přesunu zubov, s konštantným prierezom komór, vybavený vypínacími kanálmi pre zuby, vyznačený tým, že zuby /5/ sú uložené v obojstranne otvorenom axiálnom, vedení /10/ v rotore /3/, rotor má prierez v tvare písmena T, na jednej straně rotora je vytvořená najmenej jedna samostatná predná komora /6/, na opačnej straně rotora je vytvořená najmenej jedna samostatná vonkajšia komora /7/ a samostatná vnútorná komora /8/, obe vzájomne oddělené středným ramenom /3a/ rotora /3/.