Поршневая машина

 

Машина может быть использована в двигателях внутреннего сгорания, насосах и компрессорах. Машина содержит по меньшей мере два цилиндра, поршни со штоками, составляющие цилиндропоршневую группу, два параллельных коленчатых вала, расположенных в перпендикулярной плоскости симметрично относительно оси цилиндров и связанных между собой с возможностью вращения в противоположных направлениях при помощи механизма передачи с передаточным числом, равным 1, траверсу, соединенную со штоками поршней, и два шатуна, имеющих шейки, каждый из которых одним концом шарнирно соединен с соответствующим коленчатым валом, а другим - с траверсой. Траверса установлена горизонтально, выполнена в виде планки, оба ее конца имеют прорези для размещения в них шатунов и снабжены отверстиями для пальцев, соединяющих шатуны с траверсой, при этом оси установленных в них пальцев смещены относительно осей коленчатых валов вовнутрь. Предлагаемая конструкция позволяет повысить надежность механизма преобразования вращательного движения коленчатых валов в возвратно-поступательное движение поршней и повысить экономичность поршневой машины. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, насосах и компрессорах.

Известно техническое решение двигателя внутреннего сгорания /1/, содержащего картер с установленным на нем цилиндром с системой газового распределения, поршень, соединенный штоком с кулисой, снабженной направляющими, два коленчатых вала с добавочными противовесами, размещенных в картере параллельно один другому и кинематически связанные между собой для синхронного вращения в противоположные стороны и два ползуна, установленные на кривошипных шейках коленчатых валов и перемещающихся по направляющим кулисы в плоскости вращения валов. Кулиса выполнена полой в виде цилиндрического стержня, а ползуны снабжены цилиндрическими отверстиями, в которых размещен стержень.

Недостатком данного известного технического решения является наличие кулисы с ползунами, представляющих собой механизм преобразования вращательного движения коленчатых валов в возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре. В данном механизме один конец ползуна воспринимает нагрузку от коленчатого вала не только вдоль оси, но и в поперечном направлении, что может привести к заклиниванию ползуна на кулисе и, тем самым снизить надежность работы узла, а следовательно и всего механизма.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является поршневая машина /2/, содержащая по меньшей мере один цилиндр, поршень со штоком, два параллельных коленчатых вала, расположенных симметрично относительно оси цилиндра и связанные между собой с возможностью вращения в противоположные стороны при помощи механизма передачи с передаточным числом, равным 1, траверсу, соединенную со штоком поршня, и два шатуна, каждый из которых одним концом шарнирно соединен с коленчатым валом, а другим - с траверсой. Поршневая машина снабжена дополнительным механизмом поворота шатунов относительно траверсы на равные углы, выполненным в виде входящих в зацепление зубчатых секторов, установленных на шатунах соосно шарнирам, соединяющим шатуны с траверсой, при этом шток поршня соединен с траверсой шарнирно.

Данное известное техническое решение имеет существенный недостаток, заключающийся в сложности конструкции механизма поворота шатунов относительно траверсы. В подобном механизме шатуны и траверса разнесены друг от друга на сравнительно большое расстояние и составляют большое плечо относительно оси цилиндра и поршня, что значительно увеличивает нагрузку на механизм преобразования вращательного движения коленчатых валов в возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре, повышая потери тепла на преобразование вращательного движения коленчатых валов в возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре и наоборот при незначительном повышении экономичности такой поршневой машины. Кроме того, наличие зубчатых секторов становится лишним и не совсем оправданным в случае необходимости работы известной поршневой машины на больших нагрузках, поскольку при перемещении траверсы к нижней мертвой точке (н.м.т.) поршня угол между секторами будет увеличиваться, а жесткость узла при этом будет снижаться, что, в конечном счете, повлияет на надежность механизма поворота и потребует не только увеличения линейных размеров траверсы, но и значительного увеличения размеров в поперечном сечении для того, чтобы выдерживать большие нагрузки, а также, вследствие увеличения потерь тепла, может привести к значительному снижению экономичности такой поршневой машины.

Целью изобретения является создание поршневой машины, которая бы за счет упрощения конструкции механизма преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение, обеспечила бы повышение надежности этого механизма и, в конечном счете, повышение экономичности поршневой машины.

Поставленная цель достигается тем, что в известной поршневой машине, содержащей по крайней мере два цилиндра, два параллельных коленчатых вала, расположенных в перпендикулярной плоскости симметрично относительно оси цилиндров и связанных между собой с возможностью вращения в противоположных направлениях при помощи механизма передачи с передаточным числом, равным 1, траверсу, соединенную со штоками поршней и два шатуна, имеющих шейки, каждый из которых одним концом шарнирно соединен с соответствующим коленчатым валом, а другим - с траверсой, согласно изобретению, траверса установлена горизонтально, выполнена в виде планки, оба конца которой имеют прорези для размещения в них шатунов и снабжены отверстиями для пальцев, соединяющих шатуны с траверсой, при этом оси установленных в них пальцев смещены относительно осей коленчатых валов вовнутрь.

Установка траверсы горизонтально и выполнение ее в виде планки позволяет существенно повысить жесткость конструкции механизма преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение, что, в свою очередь, позволяет воспринимать повышенные нагрузки как со стороны коленчатых валов на поршень, так и со стороны цилиндро-поршневой группы на коленчатые валы, что, в свою очередь, позволяет обеспечить уменьшение тепловых потерь на трение и на привод данного механизма передачи, и следовательно, в конечном счете, обеспечить повышение экономичности поршневой машины.

Выполнение с обеих сторон траверсы прорезей, снабженных отверстиями для пальцев, позволяет обеспечить компактность и симметричность узла соединения шатунов со штоками на соответствующих шарнирах и, тем самым, повысить надежность работы узла.

Смещение осей пальцев относительно осей коленчатых валов вовнутрь, позволяет обеспечить устойчивость траверсы во время работы механизма преобразования движений и, тем самым, уменьшить нагрузку на направляющие, а следовательно повысить надежность работы механизма, особенно в случае работы цилиндро-поршневой группы, связанной с соответствующей траверсой в разных тактах режима работы поршневой машины.

Сопоставление признаков заявляемого технического решения с признаками прототипа позволяет установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других технических решений, известных в данной области техники, отличающие признаки заявляемого технического решения от признаков прототипа, не выявлены, поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Осуществление заявляемого технического решения поршневой машины поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена схема варианта поршневой машины, в поперечном разрезе.

Поршневая машина 1, содержащая по меньшей мере два цилиндра 2, 3, поршни 4, 5 со штоками 6, 7, составляющих цилиндропоршневую группу, два параллельных коленчатых вала 8, 9, расположенных в перпендикулярной плоскости симметрично относительно оси цилиндров 2, 3 и связанных между собой с возможностью вращения в противоположных направлениях при помощи передаточного механизма с передаточным числом, равным 1, траверсу 10, соединенную со штоками 6, 7 поршней 4, 5 и два шатуна 11, 12, имеющих шейки 13, 14. Каждый шатун одним концом 15, 16 шарнирно соединен с соответствующей шатунной шейкой коленвала 8, 9, а другим концом 17, 18 - с траверсой 10. Траверса 10 установлена горизонтально и выполнена в виде планки. Оба конца 19, 20 траверсы 10 имеют прорези 21, 22 для размещения в них шатунов 11, 12 и снабжены отверстиями 23, 24 для пальцев 25 и 26, соединяющих шатуны 11 и 12 с траверсой 10. Пальцы 25 и 26 смещены относительно осей коленчатых валов 8 и 9 вовнутрь.

Поршневая машина в режиме две работает следующим образом.

Во время запуска двигателя вращение коленчатых валов 8, 9 через шатуны 11 и 12 приводит во возвратно-поступательное движение траверсу 10 и через штоки 6, 7 поршни 4 и 5 в цилиндрах 2 и 3. При этом топливно-воздушная смесь сжимается, затем после воспламенения топливно-воздушной смеси происходит расширение газов и осуществляется рабочий ход поршней 4 и 5. Усилие через штоки 6, 7 поршней 4, 5 передается на траверсу 10, она опускается вниз, в результате чего усилие поршней 4, 5 через траверсу 10 передается шатунам 11 и 12, которые приводят во вращение валы 8 и 9. По мере вращения коленчатых валов 8 и 9 шатуны 11 и 12 описывают окружность вместе с шейками 13, 14 коленчатых валов 8 и 9. При этом, вследствие того, что оси пальцев 25 и 26 на траверсе 10 смещены относительно осей коленчатых валов 8 и 9 вовнутрь, шатунные шейки 13 и 14 во время вращения коленчатых валов 8 и 9 будут занимать различные положения на наклонных линиях в крайних положениях поршней 4, 5. Угол наклона этих линий относительно осей цилиндров 2 и 3 составляет 3-5^o.

Так, в положении поршней 4 и 5 в в.м.т. шатунные шейки 13, 14 коленчатых валов 8 и 9 будут находиться на наклонных линиях снаружи по отношению к осям цилиндров 2 и 3, при этом расстояние между шейками 13 и 14 обоих коленчатых валов 8 и 9 будет меньше, чем расстояние между осями коленчатых валов 8 и 9. В положении поршней 4, 5 в н.м.т. шатунные шейки 13, 14 коленчатых валов 8, 9 будут находиться на наклонных линиях также снаружи по отношению к осям цилиндров 2 и 3, но расстояние между шейками 13 и 14 коленчатых валов 8 и 9 будет больше, чем расстояние между осями коленчатых валов 8 и 9 на такую же величину.

Данная особенность конструкции должна учитываться при сборке, а также в процессе ремонтных работ, для того, чтобы обеспечить синхронную работу коленчатых валов с распределительными валами, а также согласованность с работой впускных и выпускных клапанов.

Предлагаемая конструкция поршневой машины может быть использована для любого двс, работающего как по двухтактному рабочему циклу, так и по четырехтактному рабочему циклу. Если количество цилиндров кратно двум, по отношению тактов рабочего цикла двс, то цилиндропоршневые группы, связанные с соответствующей траверсой могут работать в одном такте. Это позволяет снизить нагрузку на кинематическую часть передаточного механизма, обеспечивающего синхронность вращения коленчатых валов.

Поршневая машина в режиме компрессора работает следующим образом.

Усилие вращения от коленчатых валов 8 и 9 через шатуны 11 и 12 передается на траверсу 10, которая перемещается вверх и вниз и через штоки 6, 7 обеспечивает движение поршней 4, 5 в цилиндрах 2 и 3 и нагнетание рабочего тела.

Предлагаемая конструкция поршневой машины для применения в качестве компрессора позволяет надежно обеспечить соосное движение поршней в цилиндрах, исключив необходимость крецкопфов, обладающих по своей сущности большой массой и создающих большое трение, а следовательно и большие потери тепла.

Источники информации: 1. А.с. СССР N 1281700, кл. F 02 B 75/32, 07.01.87.

2. А. с. СССР N 1224415, кл. F 01 B 9/02, F 02 B 75/32, 15.04.86 - прототип.

Формула изобретения

Поршневая машина, содержащая по меньшей мере два цилиндра, поршни со штоками, составляющие цилиндропоршневую группу, два параллельных коленчатых вала, расположенных в перпендикулярной плоскости симметрично относительно оси цилиндров и связанных между собой с возможностью вращения в противоположных направлениях при помощи механизма передачи с передаточным числом, равным 1, траверсу, соединенную со штоками поршней, и два шатуна, имеющих шейки, каждый из которых одним концом шарнирно соединен с соответствующим коленчатым валом, а другим - с траверсой, отличающаяся тем, что траверса установлена горизонтально, выполнена в виде планки, оба конца которой имеют прорези для размещения в них шатунов и снабжены отверстиями для пальцев, соединяющих шатуны с траверсой, при этом оси установленных в них пальцев смещены относительно осей коленчатых валов вовнутрь.

РИСУНКИ

Рисунок 1