МОТОР-КОЛЕСО

Изобретение относится к области машиностроения, а также может быть использовано и в автомобилестроении, тракторостроении, например, в гидростатических трансмиссиях колесных и гусеничных транспортных средств. Кроме того, изобретение может быть использовано в любой области, где требуется и возможно к применению подобное устройство. Известно (патент RU 2114011, опубликовано 27.06.1998 г.) мотор-колесо транспортного средства, содержащее пластинчатую гидромашину и ступицу, опирающуюся посредством подшипников на ось с фланцем, причем ротор с пластинами гидромашины соединен со ступицей, а расположенный внутри ротора профилированный статор соединен с осью, выполненной с маслоканалами подвода и отвода рабочей среды, характеризующееся тем, что оно снабжено стояночным тормозом, расположенным внутри мотор-колеса между фланцем оси и ступицей и включающим в себя блокирующие диски, соединенные внутренними зубьями с осью, и блокируемые диски, соединенные наружными зубьями со ступицей и зажатые между упорной и нажимной шайбами тарельчатыми пружинами, а растормаживающий силовой кольцевой гидроцилиндр размещен в теле оси.

Кроме того, согласно конструкции мотор-колеса соединение статора с осью может быть выполнено в виде многогранника, по углам которого расположены зубья передачи крутящего момента, а на плоских гранях вокруг маслоканалов выполнены кольцевые канавки, в которых размещены уплотнительные кольца. Это устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатками этого устройства являются:

Пластинчатые насосы могут быть использованы в режиме гидромотора только в случае, если в пространстве под пластинами имеются пружины, прижимающие пластины к статору. Ротор прототипа является внешним ротором, и пластины с пружинами установлены в нем. При такой конструкции пластины прижимаются к статору только под действием силы упругости пружин, при этом центробежная сила является противодействующей. Этим ограничивается скорость вращения ротора, а соответственно и ступицы. Кроме того, пластинчатая гидромашина не способна выдерживать высокие рабочие давления, для пластин гидромашины возможно залипание при низких температурах. Сложность конструкции предопределяет низкую ремонтопригодность. Следствием вышеперечисленного являются высокий расход рабочего тела и соответственно низкий КПД.

Кроме того, тормоз мотор-колеса является только стояночным и не способен функционировать в качестве рабочего по следующим причинам: элементы стояночного тормоза расположены внутри мотор-колеса, между фланцем оси и ступицей, тормозным элементом является и сама ступица. При таком конструктивном решении для деталей тормозного механизма существенно затруднено охлаждение;

однако если все-таки использовать тормоз устройства в качестве рабочего, то ступица, подшипники, ротор и другие детали устройства будут подвержены существенному нагреву, также нагреву подвергнется и рабочее тело;

расположение стояночного тормоза внутри мотор-колеса усложняет, утяжеляет конструкцию, делает ее трудно-ремонтопригодной.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание мотор-колеса, функционирующее посредством жидкости или газа в качестве рабочего тела при предельно минимальном расходовании последнего либо без такого расходования, при этом обладающего возможностью выдерживать высокие рабочие давления, соответственно развивать более высокие скорости вращения, обладающего в том числе долговременно и автономно функционировать при различных температурах, как низких, так и высоких, и по замкнутому циклу. Кроме того, конструкция должна предусматривать возможность использования с ней средств, обеспечивающих остановку и предотвращение вращения мотор-колеса.

Техническая задача решается за счет обеспечения возможности концентрации давления на каждую последующую лопасть ротора со стороны входного канала при отсутствии сопротивления за лопастями, а также за счет обеспечения возможности регулировки скорости потока, следствием чего является возможность поддержания высокой разности давлений при их оптимальных значениях. Кроме того, предусмотрена возможность использования внешней поверхности ступицы и оси для размещения на них элементов тормозных механизмов. Имеется возможность эффективного отвода тепла, возникающего в результате трения при торможении.

Задача достигается тем, что согласно изобретению мотор-колесо, содержащее ось с фланцем, выполненную с каналами подвода и отвода рабочего тела соосно, на оси с фланцем установленный статор, каналы подвода и отвода рабочего тела которого связаны с соответствующими каналами подвода и отвода рабочего тела оси с фланцем, опирающуюся посредством подшипников на ось с фланцем ступицу, отличается от прототипа тем, что со ступицей соединен ротор с лопастями и по меньшей мере один канал отвода рабочего тела снабжен редукционным клапаном.

Кроме того, в статоре каналы подвода текучей среды могут быть выполнены тангенциально к оси статора.

Кроме того, на ступице, соосно, может быть установлен тормозной барабан либо тормозной диск, а механизм, обеспечивающий поддержку и движение тормозных колодок и соответственно прижатие их к тормозному барабану либо к тормозному диску, установлен на оси с фланцем или другом любом элементе, жестко соединенном с этой осью.

Кроме того, мотор-колесо может быть снабжено резервуаром для хранения рабочего тела под давлением выше атмосферного.

На фиг. 1 показана конструкция мотор-колеса; на фиг. 2 - разрез А-А.

Мотор-колесо содержит ось 1. Ось 1 выполнена с фланцем, в котором имеются отверстия, обеспечивающие возможность установки и крепления оси 1 на требуемую поверхность размещения. Конструкцией оси могут быть предусмотрены и другие средства обеспечения неподвижности этой оси относительно поверхности, предназначенной для установки мотор-колеса. Статор 2 посредством шлицевого соединения установлен на оси 1. Ось 1 имеет каналы 3 подвода и каналы 4 отвода рабочего тела к внутренней полости статора 2 и соответственно от нее. Для перекрытия каналов 3, последние могут быть снабжены запорными клапанами. Внутренняя полость статора 2 посредством каналов 5 (фиг. 2), выполненных тангенциально к оси статора, связана с рабочей камерой ротора 6, а именно с объемом этой камеры, ограниченной внешней поверхностью статора 2 и лопастями ротора 6. В одном из каналов 4 отвода рабочего тела установлен редукционный клапан 7. В зависимости от требований к частоте вращения ротора 6 редукционный клапан 7 может иметь соответствующие настройки для открытия и закрытия. Устройства, функционирующие в качестве турбины, имеют динамические потери и ограничения на скорость потока. Небольшой поток (нагрузка) дает высокий КПД, а сильный поток увеличивает потери в турбине и снижает его. Редукционный клапан 7 регулирует силу потока, поддерживая разность давлений на необходимом уровне. Посредством подшипников качения на оси 1 установлена ступица 8. Конструктивно ступица 8 содержит две части, между которыми с помощью элементов крепления, например винтов, зажат ротор 6. Для обеспечения герметичности конструкции между валом 1 и ступицей 8 предусмотрены кольцевые уплотнения. Соосно на ступице 8 может быть установлен маховик. Для хранения рабочего тела (жидкости, газа) под давлением, превышающим атмосферное, мотор-колесо может иметь резервуар, конструктивно совмещенный с ним, а также может использоваться источник рабочего тела, например, гидро- или газа-аккумулятор или другое подобное устройство, связанный с каналами 3 вала 1 посредством шланга, трубы и т.п. устройства. Конструкцией мотор-колеса предусмотрена возможность установки на него тормозного механизма барабанного типа или тормозного механизма дискового типа. Для этого тормозной барабан либо тормозной диск соосно устанавливается на ступице 8 посредством винтового или болтового соединения. Механизм, обеспечивающий поддержку и движение тормозных колодок и соответственно прижатие их к тормозному барабану или тормозному диску, устанавливается на оси 1 или другом любом элементе, жестко соединенном с осью 1. Для нескоростных вариантов мотор-колеса в качестве тормоза может использоваться ленточный тормоз. В этом случае внешняя поверхность ступицы имеет поверхность, обеспечивающую возможность использования с ней прижимной ленты тормоза. Мотор-колесо функционирует следующим образом.

Рабочее тело (газ или жидкость) под давлением, превышающим атмосферное, подается в каналы 3 оси 1. Далее по каналам 3 рабочее тело попадает во внутреннюю полость статора 2. Через каналы 5, выполненные тангенциально к оси статора, рабочее тело попадает в рабочую камеру ротора 6, соответственно оказывая давление на лопасти ротора 6. Ротор 6 приводится во вращение. Соответственно вращается связанная с ротором 6 ступица 8. Посредством редукционного клапана 7 в рабочей камере ротора 6 на требуемой величине поддерживается давление рабочего тела. Если требуется остановить вращение ступицы 8, то приводят в действие тормозной механизм, прекращают подачу рабочего тела к каналам 3, перекрывая запорные клапаны. Наиболее эффективное торможение достигается при одновременном использовании тормозного механизма и прекращении подачи рабочего тела.