压缩空气驱动的托盘活塞式摇摆发动机头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及压缩空气驱动的托盘活塞式摇摆发动机头，其摇摆活塞片角行程往复摇摆的范围为O?150°左右，本发动机利用高压流体驱动活塞并通过摇摆托盘带动扭矩输出轴反复摇摆；本发动机驱动活塞的最适宜流体是气体，特殊情况下可以是液体。
【背景技术】
[0002]现有公开的发动机有透平式、叶片式和活塞发动机等，透平式发动机的驱动流体的压力在较小流量时难以满足透平机必需的较高转速的要求，尽管负载往往需要较低转速和较大的扭矩，以至于还需要用减速机构来完成工作负载机械的要求；柱塞栗和活塞发动机输出动力过程中发生的元件应力强度呈现从小到大的数倍级的峰谷值变化，作为最高应力承载零件的连杆和活塞上的销轴等成为影响寿命的薄弱环节，此外，由于需要满足较大的峰值应力的强度要求，许多零件基本采用金属材料，而金属材料的防腐性能明显低于有机复合材料；这些机械的零件种类较多，结构复杂、成本较高，且机械工作效率较低。
【发明内容】
[0003]针对以上种种缺陷，本发明提出了解决存在问题的托盘活塞式摇摆发动机头的技术方案:
[0004]一种压缩空气驱动的托盘活塞式摇摆发动机头，包括固定支撑架、托盘活塞式摇摆执行装置、流体进排通道系统和驱动力发生系统；流体进排通道系统包括流体通道、管口和阀，流体通道与工作腔室连通；托盘活塞式摇摆执行装置包括至少一个固摇托盘组、连接机构、动力进出键合结构、润滑系统和密封结构；设有2个固摇托盘组的托盘活塞式摇摆执行装置包括对夹摇摆托盘活塞式摇摆执行装置或是对夹分体摇摆托盘活塞式摇摆执行装置；驱动力发生系统为流体压力驱动活塞作用于机械负载的系统；流体压力驱动活塞作用于流体负载的系统为流体压力驱动双作用活塞作用于流体负载单向压送流体的系统；
[0005]驱动力发生系统包括压力流体动力源、压力流体动力源管路；所述的流体进排通道系统是在活塞缸体活塞组的独立的工作腔室(Sc)的左右旋向两端部分别设有并连通一组进排压送流体通道，每组进排压送流体通道设有一路进流体通道^a)和一路排流体通道(6b)，该路进流体通道^a)和该路排流体通道^b)通过配气控制系统与压力流体动力源连接；所述的配气控制系统包括多位换向阀和压力流体动力源管路，多位换向阀采用二位四通换向阀，每个活塞缸体活塞组设置的二位四通换向阀安装在固定托盘上，所述的二位四通换向阀为摇摆式二位四通换向阀，二位四通换向阀包括阀体、阀芯、阀芯法兰和机械驱动机构；阀体内部为圆柱形空心腔体，该圆柱形空心腔体设置在固定托盘和静止活塞片上，阀芯安装在该圆柱形空心腔体内并构成动密封啮合结构，阀芯在机械驱动机构作用下可以左右往复旋转；阀芯设在阀芯法兰的内轴向端面，在阀体的圆柱形空心腔体的外轴侧端部设有轴向限位的可拆卸的阀芯法兰，阀芯法兰固设在固定托盘上；所有托盘活塞式摇摆执行装置的每个固摇托盘组的每个工作腔室中围绕回转中心轴线的左转向角行程范围或右转向角行程范围相等。
[0006]本文中的单固摇托盘组的托盘活塞式摇摆执行装置，该装置的基础原型为《机械驱动活塞作用于流体负载的托盘活塞式摇摆驱动机》申请号CN201410058100.X中总体实施例6 ;本文中的对夹摇摆托盘活塞式摇摆执行装置和对夹分体摇摆托盘活塞式摇摆执行装置，在《对夹摇摆托盘活塞摇摆驱动机》申请号CN201410092706.5中均表达为对夹摇摆托盘活塞摇摆执行装置和对夹分体摇摆托盘活塞摇摆执行装置，这三种类型根据采用不同的活塞片与摇摆托盘的结构关系和布局可以构成许多进一步细分技术方案。本托盘活塞式摇摆发动机头根据上述三种类型的托盘活塞式摇摆执行装置数个技术方案构成单固摇托盘组的托盘活塞式摇摆发动机头、对夹摇摆托盘活塞式摇摆发动机头和对夹分体摇摆托盘活塞式摇摆发动机头。
[0007]作为托盘活塞式摇摆发动机头的进一步方案，二位四通换向阀的一种技术方案为旋转二位四通换向阀A，旋转二位四通换向阀A包括阀体A、阀芯A和机械驱动机构，阀体A内部为圆柱形空心腔体A，该圆柱形空心腔体A设置在固定托盘和静止活塞片上，阀芯A安装在该腔体内并构成动密封啮合结构，阀芯A在机械驱动机构作用下可以左右往复旋转；在阀体A的圆柱形空心腔体A内设有四个阀口，其中第一阀口和第II阀口的中心线位于同一个平面A上，平面A与N-N剖面重合，第一阀口为进压缩空气口，该进压缩空气口与固定托盘上外接压缩空气动力源接口的进流体通道连通；第II阀口与静止活塞片相邻的工作腔室左旋向的进排流体通道连通；第III阀口和第四阀口的中心线位于同一个平面B上，第II阀口与静止活塞片相邻的工作腔室右旋向的进排流体通道连通；第四阀口与固定托盘上外泄的排流体通道连通；平面A与固定托盘凹槽的回转中心轴线平行且横切静止活塞片，平面B平行于平面A ;平面B位于平面A与回转中心轴线之间，平面与平面A的间距为b ;第一阀口和第II阀口位于平面A的竖直位置，第一阀口设置在阀体A的圆柱形空心腔体A上部，第III阀口设置在阀体A的圆柱形空心腔体A下部；第III阀口和第四阀口位于平面B的竖直位置，第四阀口设置在阀体A的圆柱形空心腔体A上部，第II阀口设置在阀体A的圆柱形空心腔体A下部；
[0008]阀芯A为与阀体A内部的圆柱形空心腔体A紧密配合的圆柱体，在该圆柱体的圆周面上开有四个互不连通的独立的通道1、通道I1、通道III和通道IV，通道I和通道II是在该圆柱体的圆周面上开有两个独立的透孔I和透孔II，通道I的透孔I的中心线位于平面A上，通道II的透孔II的中心线位于平面B上，通道III和通道IV均包括各自的盲孔和螺旋槽，在该圆柱体的圆周面上设有四个盲孔，其中盲孔I和盲孔II的中心线穿过圆柱体轴线位于平面A上，盲孔I和盲孔II分别设置在阀芯A圆柱体上部和下部；盲孔III和盲孔IV的中心线穿过圆柱体轴线位于平面B上，盲孔IV和盲孔III分别设置在阀芯A圆柱体上部和下部；在通道III的盲孔I与盲孔III之间的开口通过沿阀芯的圆周面上开有旋向180度螺旋槽III连通，在通道IV的盲孔II与盲孔IV之间的开口通过沿阀芯A的圆周面上开有旋向180度螺旋槽IV连通，通道III和通道IV的螺旋槽的旋向相同；盲孔与透孔的中心线的空间角度Θ为75。?105° ;
[0009]在阀芯A的透孔和盲孔的开口处设有环绕阀芯轴线的局部导槽段；阀芯A连接机械驱动机构；阀芯A在初始位置第一阀口通过通道I和第II阀口连通，第四阀口通过通道II和第III阀口连通；阀芯A旋转角度Θ位置后，Θ =75°?105°，第一阀口通过通道III和第II阀口连通，第四阀口通过通道IV和第III阀口连通；
[0010]阀芯A通过机械驱动机构与驱动轴连接而左右旋转，并满足阀芯A上的通道与左右旋向相邻的活塞缸体活塞组的工作腔室分位连通要求。
[0011]作为托盘活塞式摇摆发动机头的进一步方案，二位四通换向阀的又一种技术方案为旋转二位四通换向阀B，旋转二位四通换向阀B包括阀体B、阀芯B和机械驱动机构，阀体B内部为圆柱形空心腔体B，阀芯B安装在该圆柱形空心腔体B内并构成动密封啮合结构，阀芯B在驱动机构作用下可以左右往复旋转；
[0012]在阀体B的圆柱形空心腔体B内设有四个阀口，其中第一阀口、第二阀口和第三阀口的中心线位于同一个平面A上，第一阀口为进压缩空气口，该进压缩空气口与固定托盘上外接气源接口的进流体通道连通；第四阀口与固定托盘上外泄的排流体通道连通，第一阀口位于平面A的竖直位置，平面A与G-G剖面重合，该第一阀口中心线与空心腔体中心线构成铅锤横截面，铅锤横截面与平面A相互垂直；第二阀口和第三阀口分别位于第一阀口的左右两侧，且第二阀口和第三阀口对称于第一阀口的中心线，第二阀口与第三阀口中心线的夹角Θ I为150°?210°，阀体B设置在邻近静止活塞片处的固定托盘上部，第二阀口和第三阀口分别与固定托盘上通过静止活塞片的左右旋向相邻的活塞缸体活塞组的工作腔室的通道孔连通；
[0013]阀芯B为与阀体B内部的圆柱形空心腔体B紧密配合的圆柱体，在该圆柱体的圆周面上开有两个互不连通的独立的通道A和通道B，通道A和通道B分别包括环向盲槽A和环向盲槽B，设在圆柱体的轴向带两个轴向侧边的环向盲槽A的轴向外侧边和环向盲槽B轴向外侧边的宽度接近一致；阀芯B上面的环向盲槽A的中心线与平面A重合，环向盲槽A的朝上开口角为ε?，开口角ε I小于Θ 1，通道A的第一阀芯口和第二阀芯口是利用环向盲槽A在平面A上的左右两个端部构成；当环向盲槽A的开口角ε I使阀芯B处在任何旋转位置时，环向盲槽A的第一阀芯口和第二阀芯口都不能使第二阀口与第三阀口连通；通道B包括第三阀芯口、第四阀芯口和轴向通道，在环向盲槽B内的圆柱体上轴向的内侧边上的孔为第三阀芯口，环向盲槽B的朝下开口角为ε 2 ;环向盲槽Α、环向盲槽B、第一阀口、第二阀口和第三阀口的开口轴向最大宽度均接近一致；环向盲槽A和环向盲槽B的开口角左右方向的中位线重合且开口方向相反，环向盲槽B在圆柱体上轴向的内侧边的第三阀芯口与圆柱体的轴侧端面的第四阀芯口之间设有轴向通道，环向盲槽B通过轴向通道与第四阀芯口连通，第四阀口中心线设置在与平面A平行的平面B上，第四阀芯口是围绕阀芯销轴中心线形成的环状槽沟，阀芯销轴是在阀芯B的圆柱体中设置的细杆，阀芯销轴的外径小于阀芯外径；
[0014]阀体B空心腔体内部设有的第一阀口与第二阀口或第三阀口通过阀芯B上通道A上设有的环向盲槽A连通，同时平面A的剩余阀口与通道B的环向盲槽B连通；阀芯B旋转Θ角度后，阀体B空心腔体内部设有的第一阀口与刚才剩余阀口通过阀芯B上通道A上设有的环向盲槽A连通，同时平面A的其余阀口与通道B的环向盲槽B连通，第四阀芯口与其外侧的阀体上设有的第四阀口一直连通；
[0015]阀芯B通过机械驱动机构与驱动轴连接而左右旋转，并满足阀芯B上的通道与左右旋向相邻的活塞缸体活塞组的执行器工作腔室分位连通要求。
[0016]作为旋转二位四通换向阀(即上述二位四通换向阀A和旋转二位四通换向阀B)的进一步方案，机械驱动机构为偏心驱动机构，偏心驱动机构包括偏心销、阀芯法兰和凸轮轴，在阀体(阀体A或阀体B，以下相同)的圆柱形空心腔体的外轴侧端部设有轴向限位的可拆卸的阀芯法兰，阀芯法兰固设在固定托盘上，在阀芯(阀芯A或阀芯B，以下相同)的内轴侧端部的构成轴承盘，在轴承盘的轴侧面上固设偏心销，偏心销的轴向中心线与阀芯的圆柱中心轴线相互平行并且偏心一定距离，轴承盘与阀体的圆柱形空心腔体啮合且构成动密封结构；凸轮轴与驱动轴为一体并设置在阀芯轴向内侧的摇摆托盘回转中心线上，偏心销与凸轮轴的轴线相互垂直，在凸轮轴圆周面上设有一段轴向的凸轮槽，从阀体圆柱形空心腔体内轴侧端面孔伸出的偏心销插入凸轮槽中并啮合，阀芯的外轴向被阀芯法兰的轴向端面约束，偏心销端部的圆周轮廓面与凸轮轴的凸轮槽啮合，凸轮槽使阀芯在Θ范围左右旋转；当旋转凸轮槽处于首尾两个极限位置中的中间位置时，凸轮槽在平面A的投影是竖直槽或V型槽或圆弧槽，偏心销外径与凸轮槽在凸轮轴旋转中心的圆周方向的间隙设有一定的框量。推荐采用竖直槽或圆弧槽。
[0017]上述偏心驱动机构的工作原理是:当偏心销与处于造成阀芯的二位四通换向的凸轮槽左旋向和右旋向的首尾两个极限位置中的任何一个极限位置时，阀芯处于压缩气流二位四通的一个换向的基准位置，摇摆托盘上的摇摆活塞片处于执行器工作腔室中摇摆位置的起点，随即摇摆