Відцентровий пристрій для пересування транспортних засобів

Реферат: Відцентровий пристрій для пересування транспортних засобів містить корпус, силовий вал, вантажі й вал, на якому встановлені вантажі з можливістю їх радіального переміщення під впливом відцентрових сил. Силовий вал кінематично зв'язаний з валом, на якому встановлені вантажі, і на ньому закріплений барабан, на циліндричній поверхні якого виконані канавки від однієї торцевої поверхні до іншої з однаковим кутовим кроком між ними, а вантажі на валу встановлені в площині обертання паралельної осі силового вала з однаковим кутовим кроком між ними й з можливістю пересування по циліндричній поверхні. UA 76789 U (54) ВІДЦЕНТРОВИЙ ПРИСТРІЙ ДЛЯ ПЕРЕСУВАННЯ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ UA 76789 U UA 76789 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі транспортного машинобудування, а точніше до відцентрового пристрою для пересування транспортних засобів, й може бути використана як у наземних, так і у водних видах транспортних засобів. Відомий ексцентриковий вібратор, який містить корпус, неврівноважений вантаж у вигляді ексцентрика, вал, на якому встановлений ексцентрик і двигун [1]. У цьому пристрої при обертанні вала неврівноважений вантаж створює відцентрову силу, що впливає на корпус. Цей вплив спрямований уздовж будь-якої осі, що проходить в площині обертання вантажу й через вісь вала, у вигляді імпульсу відцентрової сили, що змінюється за законом синуса. Діючи по колу на корпус, цей імпульс сили дозволяє використовувати цей пристрій як вібратор кругової дії для ущільнення бетону й ґрунту. Загальними ознаками відомого й пристрою, що заявляється, є наявність у них корпусу, вантажу й вала, на якому встановлений вантаж. По своїй технічній суті цей відомий пристрій - ексцентриковий вібратор, подібний до корисної моделі, що заявляється, однак критеріям призначення результату, що й досягається, не відповідає. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого є відомий відцентровий пристрій для пересування транспортних засобів [2]. Він містить двигун, корпус, каретку, дебаланси (вантажі у вигляді кульок), вал, на якому встановлені вантажі з можливістю їх радіального переміщення під впливом відцентрових сил, циліндри у вигляді кілець, по внутрішній поверхні яких пересуваються вантажі, силовий вал, магнітні муфти зворотного ходу, які установлені на силовому валу, шатуни одним кінцем закріплені на ведучих ланках магнітних муфт, а іншим кінцем у вигляді вилки охоплюють циліндри із двох сторін, коробці передач, через яку силовий вал пов'язаний з колесами транспортного засобу, і пристрій зміни напрямку дії постійної складової відцентрових сил і пересування транспортного засобу. При обертанні вала вантажі у вигляді кульок, які встановлені на валу попарно, у різних площинах обертання й так, що кожна пара вантажів розташована навколо вала з однаковим кутовим кроком і з можливістю пересування по внутрішніх поверхнях циліндрів, впливають відцентровими силами на них і перекочують циліндри по внутрішній циліндричній поверхні каретки. При цьому циліндри впливають на шатуни й змушують їх гойдатися як маятник. Оскільки створювані вантажами відцентрові сили діють у всіх напрямках як імпульси, що змінюються за законом синуса, то діючи на шатуни в одному напрямку, вони передаються на ведучі ланки магнітних муфт і при робочому їхньому ході від геометричної суми цих імпульсів одержують постійну силу, яка створює на силовому валу крутний момент, що передається через коробку передач на колеса транспортного засобу. В іншому ж, протилежному напрямку, ця постійна сила, при холостому ході магнітних муфт, діє безпосередньо на каретку й через неї на корпус і на транспортний засіб, створюючи прискорення й тягову силу для його пересування. У всіх інших напрямках ці сили діють на каретку в протилежних напрямках і взаємно знищуються. Загальними ознаками прототипу й пристрою, що заявляється, є наявність корпусу, силового вала, вантажів й вала, на якому встановлені вантажі з можливістю їх радіального переміщення під впливом відцентрових сил. До недоліків відомого пристрою-прототипу необхідно віднести те, що у його конструкції не передбачене відключення тягової сили, діючої безпосередньо на корпус транспортного засобу при запуску двигуна, на холостому його ходу, при гальмуванні, при перемиканні передач і при включенні передачі заднього ходу, що може привести до аварійних ситуацій при його експлуатації. Крім цього, відомий пристрій має велику кількість конструктивних елементів і вузлів, неперевірених на практиці й, як наслідок, низьку надійність. Особливо це стосується магнітних муфт зворотного ходу, у яких імпульсні сили, що створюють крутний момент на силовому валу, передаються шляхом взаємодії однойменних полюсів постійних магнітів. Загальними ознаками пристрою по прототипу й пристрою, що заявляється, є наявність у них корпусу, силового вала, вантажів і вала, на якому встановлені вантажі з можливістю їх радіального переміщення під впливом відцентрових сил. Цей пристрій подібний по своїй технічній суті корисній моделі, що заявляється, і подібно за критеріями призначення результату, що досягається. Задача корисної моделі є створення відцентрового пристрою для пересування транспортних засобів з можливістю відключення тягової сили, одержуваної від відцентрових сил, що й впливає безпосередньо на корпус, при запуску двигуна, на холостому його ходу, при гальмуванні й при включенні передачі заднього ходу, а також підвищення надійності відцентрового пристрою. Це дозволить поліпшити швидкісні характеристики транспортних засобів й, що немаловажне для наземного транспорту, їх прохідність за рахунок впливу частини тягової сили безпосередньо на корпус транспортного засобу, а при збереженні їх колишніх швидкісних характеристик дозволить зменшити потужності двигунів як мінімум у два рази, що, 1 UA 76789 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відповідно, зменшить і кількість споживаного палива або електроенергії й, пов'язаного із цим, викиду в атмосферу газів, що створюють парниковий ефект. Поставлена задача вирішується тим, що у відцентровому пристрої для пересування транспортних засобів, що містить корпус, силовий вал, вантажі й вал, на якому встановлені вантажі з можливістю їх радіального переміщення під впливом відцентрових сил, згідно з корисною моделлю, силовий вал кінематично зв'язаний з валом, на якому встановлені вантажі, і на ньому закріплений барабан, на циліндричній поверхні якого виконані канавки від однієї торцевої поверхні до іншої з однаковим кутовим кроком між ними, а вантажі на валу встановлені в площині обертання паралельної осі силового вала з однаковим кутовим кроком між ними й з можливістю пересування по циліндричній поверхні, виконаної в корпусі, та плавного переходу із цієї поверхні на бічні поверхні канавок на барабані й виходу із цих канавок, причому вихід кожного вантажу з канавки на барабані збігається з моментом входу чергового вантажу в наступну за нею канавку, а кривизна бічної поверхні кожної канавки на барабані виконана з можливістю пересування по ній вантажів без зміни радіуса їх траєкторії, при цьому в корпусі встановлена плита з виконаною в ній циліндричною поверхнею, радіус якої дорівнює радіусу циліндричної поверхні в корпусі й установлена вона так, що її циліндрична поверхня сполучена із циліндричною поверхнею в корпусі, крім цього, в корпусі встановлений кулачковий механізм із можливістю впливу на плиту й її переміщення у два фіксовані положення уздовж осі, яка розташована як у площині плити, так і в площині, що перпендикулярна осі силового вала, причому в одному фіксованому положенні плити вантажі мають можливість плавного переходу із циліндричної поверхні в корпусі на бічні поверхні канавок на барабані, а в іншому фіксованому положенні плити - тільки на циліндричну поверхню плити й пересування по ній. У результаті використання корисної моделі, що заявляється, забезпечується одержання технічного результату, що полягає в підвищенні надійності відцентрового пристрою за рахунок спрощення конструкції та можливості відключення тягової сили, одержуваної від відцентрових сил, що й впливає безпосередньо на корпус пристрою. Між суттєвими ознаками, що заявляються, і технічним результатом, який досягається, існує такий причинно-наслідковий зв'язок. Скорочення кількості конструктивних елементів і вузлів і спрощення їх конструкції у порівнянні із прототипом дозволяє підвищити надійність відцентрового пристрою. А установка в корпусі відцентрового пристрою плити й кулачкового механізму з можливістю їх взаємодії між собою й іншими конструктивними елементами дозволяє забезпечити відключення тягової сили, одержуваної від відцентрових сил, що й впливає безпосередньо на корпус пристрою, при запуску двигуна, на холостому його ходу, при гальмуванні й при включенні передачі заднього ходу. Суть корисної моделі й один з можливих варіантів його конструктивного рішення пояснюється кресленнями, де: на фіг. 1 зображений загальний вигляд зверху відцентрового пристрою для пересування транспортних засобів; на фіг. 2 - переріз А-А фіг. 1; на фіг. 3 - вид Б фіг. 1; на фіг. 4 - переріз В-В фіг. 1; на фіг. 5 - переріз Г-Г фіг. 1; на фіг. 6 - переріз Д-Д фіг. 1; на фіг. 7 - приведена схема впливу відцентрових сил і її складових на бічні поверхні канавок на барабані й на циліндричну поверхню в корпусі відцентрового пристрою. Відцентровий пристрій містить (див. фіг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7): 1 - корпус; 2 - силовий вал; 3 вантажі, що виконані у вигляді циліндрів; 4 - вал, на якому встановлені вантажі; 5 - кінематичний зв'язок між силовим валом 2 і валом 4; 6 - барабан; 7 - кулачковий механізм; 8 - підшипникова опора, яка виконана в корпусі 1 для вала 4; 9 - підшипникова опора, що установлена в корпусі 1 для силового вала 2; 10 - підшипникова опора, що установлена в корпусі 1, загальна для силового вала 2 і кінематичного зв'язку 5; 11 - опорне кільце, яке встановлене в корпусі 1; 12 циліндрична поверхня, що виконана на опорному кільці 11; 13 - диск, який закріплений на валу 4, за допомогою якого на ньому встановлені вантажі 3 з можливістю їх радіального переміщення; 14 - радіальні пази на диску 13 для установки в них вантажів 3; 15 - циліндричне зубчасте колесо, яке входить у кінематичний зв'язок 5 і встановлено на силовому валу 2; 16 циліндричне зубчасте колесо, яке входить у кінематичний зв'язок 5 і встановлено на загальній підшипниковій опорі 10; 17 - проміжний вал, що входить у кінематичний зв'язок 5 і встановлений на загальній підшипниковій опорі 10; 18 - циліндричне зубчасте колесо, яке входить у кінематичний зв'язок 5 і встановлено на проміжному валу 17; 19 - конічне зубчасте колесо, яке входить у кінематичний зв'язок 5 і встановлено на проміжному валу 17; 20 - конічне зубчасте колесо, яке входить у кінематичний зв'язок 5 і встановлено на валу 4; 21 - канавки, які виконані на барабані 6; 22 - бічні поверхні канавок 21 на барабані 6; 23 - кулачок, який входить у кулачковий механізм 7; 24 - важіль кулачкового механізму 7; 25 - вісь, на якому повертається кулачок 23; 26 - плита; 27 - нерухливі напрямні, по яких переміщається плита 26; 28 - пази в плиті 26, по яких переміщається вона по напрямних 27; 29 - циліндрична поверхня, яка 2 UA 76789 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 виконана в плиті 26; 30 - отвір у плиті 26 для установки в нього кулачка 23; 31 - кінець проміжного вала 17 для приєднання до нього двигуна; 32 - кінець силового вала 2 для приєднання до нього навантаження; 33 - проточка на вантажах 3, якими вони входять у радіальні пази 14 на диску 13; 34 - верхній кільцевий виступ, на вантажах 3, що має кульову поверхню; 35 - нижній кільцевий виступ на вантажах 3, що має кульову поверхню. Відцентровий пристрій для пересування транспортних засобів, що заявляється, працює таким чином. Установлюють відцентровий пристрій на транспортний засіб. До кінця 31 проміжного вала 17 приєднують двигун, а кінець 32 силового вала 2 з'єднують із коробкою передач для автомобілів або з валом гребного гвинта для водного транспорту. Важіль 24 кулачкового механізму 7 з'єднують із приводом будь-якого типу, який установлюють на транспортному засобі й роботу якого синхронно зв'язують із перемиканням коробки передач або із пристроєм з'єднання вала гребного гвинта із силовим валом 2. Важіль коробки передач або пристрій з'єднання вала гребного гвинта із силовим валом 2 установлюють у нейтральне положення. При цьому одночасно спрацьовує привод і через важіль 24 кулачкового механізму 7 повертає кулачок 23 на осі 25, який впливаючи на стінки отвору 30 у плиті 26, переміщає її по нерухливих напрямних 27 у фіксоване положення, коли вантажі 3 мають можливість плавного переходу із циліндричної поверхні 12 опорного кільця 11 на циліндричну поверхню 29 у плиті 26. Запускають двигун, який обертає проміжний вал 17 і через кінематичний зв'язок 5 і вхідні в неї циліндричні зубчасті колеса 15, 16, 18 обертає силовий вал 2 і встановлений на ньому барабан 6, а через конічні зубчасті колеса 19, 20 обертає вал 4, на якому закріплений диск 13 із установленими на ньому вантажами 3. Вантажі 3, які виконані у вигляді циліндрів, мають на циліндричній поверхні проточку 33 і по два кільцеві виступи 34 і 35 з кульовою поверхнею й установлені в радіальні пази 14 на диску 13. При обертанні вала 4 разом з диском 13 вантажі 3 пересуваються по циліндричних поверхнях 12 і 29 і впливають на них відцентровими силами: на циліндричну поверхню 12 - кульовою поверхнею нижнього кільцевого виступу 35, а на циліндричну поверхню 29 - кульовою поверхнею верхнього кільцевого виступу 34. Оскільки поверхні 12 і 29 виконані відповідно на опорному кільці 11, закріпленому в корпусі 1, і в плиті 26, зафіксованої щодо корпуса 1, то створювані вантажами 3 відцентрові сили, діючи на корпус у протилежних напрямках, взаємно знищуються. При цьому вантажі 3 проходять при цьому в канавках 21 на барабані 6, не торкаючись їх бічних поверхонь 22 і не створюючи крутного моменту на силовому валу 2, тому й двигун і відцентровий пристрій при вищевказаному фіксованому положенні плити 26 працюють на холостому ходу. У це ж положення плита 26 переводиться приводом, установленим на транспортному засобі, і при перемиканні передач, і гальмуванні, і при включенні передачі заднього ходу. Далі включають одну з передач переднього ходу. При цьому одночасно спрацьовує привод транспортного засобу й через важіль 24 кулачкового механізму 7 повертає кулачок 23, який, впливаючи на стінки отвору 30 у плиті 26, переміщає її в інше фіксоване положення, коли вантажі 3 мають можливість плавного переходу із циліндричної поверхні 12 опорного кільця 11 на бічні поверхні 22 канавок 21 на барабані 6, впливаючи на них відцентровими силами за допомогою кульової поверхні нижнього кільцевого виступу 35 і створюючи крутний момент на силовому валу 2. Цей крутний момент передається через коробку передач і трансмісію на ведучі колеса транспортного засобу й створює тягову силу для його пересування. У цей же момент часу вантажі 3, що пересуваються щодо осі обертання вала 4 із протилежної сторони від барабана 6, у секторі з кутом  (див. фіг. 7), впливаючи відцентровими силами за допомогою кульової поверхні нижнього кільцевого виступу 35 на циліндричну поверхню 12 опорного кільця 11 і через нього на корпус 1, і при відсутності протилежно спрямованих відцентрових сил від вантажів 3, які впливають у цей момент часу на бічні поверхні 22 канавок 21 на барабані 6 і створюють крутний момент на силовому валу 2, пересувають транспортний засіб у тому ж напрямку, що й тягова сила від крутного моменту на силовому валу 2. При цьому вантажі 3, що пересуваються по циліндричній поверхні 12 опорного кільця 11, поза сектором з кутом , впливають відцентровими силами на корпус 1 у протилежних напрямках і взаємно знищуються. На фіг. 7 наведена схема впливу відцентрових сил Fц від вантажів 3 і їх складових сил Fc1, Fc2, Fс3, Fc4 на циліндричну поверхню 12 опорного кільця 11 і на бічні поверхні 22 канавок 21 на барабані 6. На схемі умовно не показаний диск 13, у радіальні пази 14 якого встановлюють вантажі 3, а плита 26 показана в положенні, коли вантажі 3 мають можливість плавного переходу із циліндричної поверхні 12 на бічні поверхні 22 канавок 21 на барабані 6. Одержання крутного моменту на силовому валу 2 забезпечується в пропонованому відцентровому пристрої для пересування транспортних засобів за рахунок впливу відцентрових сил Fц від вантажів 3 на бічні поверхні 22 канавок 21 на барабані 6 тільки при постійному радіусі 3 UA 76789 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 їх траєкторії, тобто при постійному радіусі обертання вантажів 3 навколо осі вала 4. Це можна одержати тільки за рахунок виконання канавок 21 і їх бічних поверхонь 22 з певною їхньою кривизною й кутом їх підйому () щодо траєкторії пересування вантажів 3. За рахунок кривизни й кута підйому  поверхонь 22 вантажі 3 впливають на них кульовою поверхнею нижнього кільцевого виступу 35 не самої відцентрової силою F ц, а її складової силою Fc1 з кутом між ними рівним куту підйому , який дорівнює куту між дотичною до траєкторії пересування вантажів 3 у точці її перетинання з лінією дії відцентрової сили Fц і дотичної до кривої лінії на бічній поверхні 22, по якій пересуваються вантажі 3, у точці їх впливу відцентрової складової силою F c1 кульовою поверхнею нижнього кільцевого виступу 35. При цьому відцентрова сила F ц є геометричною сумою її складових сил Fc1 і Fc2. Складова сила Fc2, діючи перпендикулярно силі Fc1 і зустрічно пересуванню вантажів 3, вимагає певних зусиль для її подолання при обертанні вала 4, а складова сила F c1 у свою чергу складається із двох складових сил F c3 і Fc4, одна з яких Fc4 діє уздовж осі силового вала 2 i нейтралізується підшипниковою опорою 9, друга ж складова сила Fc3 діє перпендикулярно осі силового вала 2 і створює на ньому крутний момент сили. Як відцентрова сила Fц від вантажів 3, так і всі її складові сили є імпульсними силами, що змінюються за законом синуса. Імпульси сил, що впливають у секторі з кутом  як на циліндричну поверхню 12 опорного кільця 11, так і на бічні поверхні 22 канавок 21 на барабані 6, мають прямі передні й задні фронти й випливають один за одним без тимчасового проміжку між ними, тому що в момент виходу одного з вантажів 3 з канавки 21 на барабані 6 черговий вантаж входить у наступну за нею канавку, створюючи загальну від усіх вантажів 3 силу, що полягає з постійної сили й імпульсів сил, що складаються із вершин синусоїд. При різких змінах навантаження на силовому валу 2 для забезпечення плавного й без збоїв переходу вантажів 3 на бічні поверхні 22 канавок 21 барабана 6 і плавного виходу з них, у пристрої передбачений зворотний зв'язок між силовим валом 2 і валом 4 у вигляді кінематичного зв'язку 5. Розрахунки показали, що при кривизні бічних поверхонь 22, що мають кут підйому не більш 10 градусів (≤10°), і при певних розмірах діаметра барабана й радіуса обертання вантажів 3, а також при певній масі вантажів 3, крутний момент на силовому валу 2 може бути рівним по величині крутного моменту від двигуна на проміжному валу 17 з однаковою частотою їх обертання. Це значить, що після подолання моменту інерції й розгону всіх обертових конструктивних елементів у відцентровому пристрої й створення відцентрової сили F ц від вантажів 3, крутний момент від двигуна використовується повністю тільки на подолання складової відцентрової сили Fc2, на подолання сил тертя катання вантажів по поверхнях 12 і 22, а також на подолання сил тертя об повітря, а крутний момент на силовому валу 2 створюється складовою відцентрової сили Fc3. Оскільки крутний момент із силового вала 2 передається через коробку передач і трансмісію на ведучі колеса із втратами порядку 10 %-:-20 %, то тягова сила, що діє на корпус транспортного засобу за рахунок взаємодії коліс із дорожньою поверхнею, буде менше, ніж тягова сила від відцентрових сил, що діє безпосередньо на корпус 1, у секторі з кутом . Тому сумарна тягова сила, що впливає на транспортний засіб, буде як мінімум у два рази більше, чим тягова сила, створювана від двигуна без використання пропонованого відцентрового пристрою. Застосування пропонованого відцентрового пристрою для пересування транспортних засобів дозволить поліпшити їхні швидкісні характеристики й, що немаловажне для наземного транспорту, їх прохідність за рахунок впливу частини тягової сили безпосередньо на корпус транспортного засобу. А при збереженні їх колишніх швидкісних характеристик дозволить зменшити потужності двигунів як мінімум у два рази, що, відповідно, зменшить і кількість споживаного палива або електроенергії й, пов'язаного із цим, викиду в атмосферу газів, що створюють парниковий ефект. За даними екологів, більш 70 % викиду в атмосферу парникових газів створює наземний транспорт і це без обліку водного, особливо морського, транспорту. Пропонована корисна модель може знайти застосування у всіх видах наземного й водного транспорту, у яких для їхнього пересування використовуються як двигуни внутрішнього згоряння, так і електродвигуни, а також інші механічні приводи, наприклад, на велосипедах. Джерела інформації: 1. Кожевников С.М. и др. Механизмы. М.: Машиностроение, 1976. - С. 665-670, 11.1а. 2. Деклараційний патент України на винахід № 63113А, МПК В60F1/00, від 29.12.2002 г. (прототип). 4 UA 76789 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 Відцентровий пристрій для пересування транспортних засобів, що містить корпус, силовий вал, вантажі й вал, на якому встановлені вантажі з можливістю їх радіального переміщення під впливом відцентрових сил, який відрізняється тим, що силовий вал кінематично зв'язаний з валом, на якому встановлені вантажі, і на ньому закріплений барабан, на циліндричній поверхні якого виконані канавки від однієї торцевої поверхні до іншої з однаковим кутовим кроком між ними, а вантажі на валу встановлені в площині обертання паралельної осі силового вала з однаковим кутовим кроком між ними й з можливістю пересування по циліндричній поверхні, виконаної в корпусі, та плавного переходу із цієї поверхні на бічні поверхні канавок на барабані й виходу із цих канавок, причому вихід кожного вантажу з канавки на барабані збігається з моментом входу чергового вантажу в наступну за нею канавку, а кривизна бічної поверхні кожної канавки на барабані виконана з можливістю пересування по ній вантажів без зміни радіуса їх траєкторії, при цьому в корпусі встановлена плита з виконаною в ній циліндричною поверхнею, радіус якої дорівнює радіусу циліндричної поверхні в корпусі й установлена вона так, що її циліндрична поверхня сполучена із циліндричною поверхнею в корпусі, крім цього, в корпусі встановлений кулачковий механізм із можливістю впливу на плиту й її переміщення у два фіксовані положення уздовж осі, яка розташована як у площині плити, так і в площині, що перпендикулярна осі силового вала, причому в одному фіксованому положенні плити вантажі мають можливість плавного переходу із циліндричної поверхні в корпусі на бічні поверхні канавок на барабані, а в іншому фіксованому положенні плити - тільки на циліндричну поверхню плити й пересування по ній. 5 UA 76789 U 6 UA 76789 U 7 UA 76789 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8