Механізм для вирівнювання кутової швидкості вала

Винахід відноситься до машинобудування і може бути використаний для зменшення змінювання кутової швидкості головних валів механізмів і машин у режимі їхнього усталеного руху. Відомо механізм для вирівнювання кутової швидкості вала, що містить щільно закриту кришкою, нерухомо з'єднану з валом циліндричну коробку з рядом концентричних виїмок, частково заповнених рідиною (див. Артоболевский И. И. Ме ханизмы в современной технике, том V. - М.: На ука, 1976. -848с., с.111). Цей механізм вирівнювання кутової швидкості вала обрано за прототип. Недоліком відомого пристрою є його низька ефективність. Вирівнювання кутової швидкості вала при його використанні відбувається лише за рахунок інерційності і в'язкості рідини, якою частково заповнені концентричні виїмки циліндричної коробки. Момент інерції пристрою при зміні кутової швидкості вала практично залишається постійним. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення механізму для вирівнювання кутової швидкості вала шляхом забезпечення автоматичної зміни його власного моменту інерції, а саме, збільшення моменту інерції при зростанні кутової швидкості вала і зменшення моменту інерції при зниженні кутової швидкості вала. Це дозволить істотно підвищити ефективність роботи механізму для вирівнювання кутової швидкості вала. Поставлена задача досягається тим, що в механізмі для вирівнювання кутової швидкості вала, що містить щільно закриту кришкою, нерухомо з'єднану з валом циліндричну коробку з рядом концентричних виїмок, частково заповнених рідиною, відповідно до винаходу, у нерухомо з'єднаній з валом циліндричній коробці виконано наближену до вала концентричну виїмку і віддалену від вала концентричну виїмку з однаковими об'ємами, причому наближена до вала концентрична виїмка цілком заповнена рідиною, виїмки з'єднані між собою двома радіальними каналами, при цьому в одному з каналів виконано нормально закритий клапан, що відкривається при деякому розрахунковому зростанні тиску рідини в наближеній до вала концентричній виїмці, а в іншому каналі виконано нормально закритий клапан, що відкривається при деякому розрахунковому зростанні тиску рідини у віддаленій від вала концентричній виїмці, причому у віддаленій від вала концентричній виїмці жорстко закріплена на її стороні меншого радіуса радіальна пластинчаста перегородка, яка частково перекриває виїмку за шириною і розташована з врахуванням напряму обертання вала за клапаном, що спрацьовує на розрахункове зростання тиску рідини перед цією перегородкою. Завдяки ознакам, властивим винаходу, що заявляється, у механізмі для вирівнювання кутової швидкості вала є можливість автоматичного регулювання його моменту інерції в результаті перетікання рідини з наближеної до вала концентричної виїмки у віддалену від вала концентричну виїмку при зростанні кутової швидкості вала і зворотного перетікання рідини при зниженні кутової швидкості вала, а також практично повного повернення рідини в наближену до вала концентричну виїмку при зупинці вала. Сутність винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг.1 зображено механізм для вирівнювання кутової швидкості вала в торцевому перерізі, на фіг.2 - те ж саме, в осьовому перерізі. З валом 1 нерухомо з'єднана циліндрична коробка 2, у якій виконано наближену до вала 1 концентричну виїмку 3 і віддалену від вала 1 концентричну виїмку 4. Об'єми виїмок 3 і 4 однакові. Циліндрична коробка 2 щільно закрита кришкою 5. Виїмка 3 цілком заповнена рідиною. Виїмки 3 і 4 з'єднані між собою радіальними каналами 6 і 7. У каналі 6 виконано нормально закритий клапан 8, що відкривається при деякому розрахунковому зростанні тиску рідини у виїмці 3. У каналі 7 виконано нормально закритий клапан 9, що відкривається при деякому розрахунковому зростанні тиску рідини у виїмці 4. З урахуванням напряму обертання вала 1 безпосередньо за клапаном 9 у виїмці 4 на стороні її меншого радіуса жорстко закріплена радіальна пластинчаста перегородка 10, яка частково перекриває виїмку за шириною. Ме ханізм для вирівнювання кутової швидкості вала працює наступним чином. При розбігу вала 1 до середньої кутової швидкості усталеного руху клапани 8 і 9 залишаються закритими. Внаслідок тертя рідина у виїмці 3 поступово досягає швидкості самої виїмки 3. При цьому тиск рідини, що збільшився за рахунок відцентрових сил, менший за розрахункове значення для відкривання клапана 8. Уся рідина залишається у виїмці 3, а виїмка 4 залишається порожньою. При зростанні кутової швидкості вала 1 вище за середнє значення тиск рідини, що переміщається разом з виїмкою 3, у результаті збільшення діючих на неї відцентрових сил досягає розрахункового значення для відкривання клапана 8. Рідина з виїмки 3 під дією відцентрових сил починає перетікати по каналу 6 у виїмку 4, рівномірно розподіляючись в ній. Чим довше відбувається прискорене обертання вала 1, тим більше рідини перетече з виїмки 3 у виїмку 4, збільшуючи момент інерції механізму для вирівнювання кутової швидкості вала. Надлишкова енергія обертання вала 1 буде витрачатися на збільшення кінетичної енергії рідини, що перетікає з виїмки 3 у виїмку 4, завдяки чому зростання кутової швидкості вала 1 зменшиться або припиниться. За рахунок в'язкості і сил тертя швидкість рідини у виїмці 4 стає рівною швидкості останньої, тобто швидкість руху рідини відносно виїмки 4 при цьому практично дорівнює нулю. При недостатній енергії обертання вала 1 його кутова швидкість стане менше середнього значення. Тиск рідини у виїмці 3 внаслідок зниження відцентрових сил зменшиться. Клапан 8 закриється, а рідина у виїмці 4, що нагромадила кінетичну енергію за час прискореного обертання вала 1, придбає швидкість відносно виїмки 4, оскільки коробка 2 сповільнила своє обертання. Гасячи швидкість відносного руху перед перегородкою 10, рідина створить розрахунковий тиск для відкривання клапана 9, що знаходиться в цій зоні, а це приведе до перетікання рідини з виїмки 4 у виїмку 3. Момент інерції механізму зменшиться, а кінетична енергія рідини, що вивільнилася при її перетіканні з виїмки 4 у виїмку 3, буде сприяти підтримці обертання вала 1 з кутовою швидкістю, близькою до її середнього значення. Перетікання рідини з виїмки 3 у виїмку 4 і назад буде відбуватись автоматично, змінюючи момент інерції механізму вирівнювання кутової швидкості вала синхронно зі змінюванням цієї кутової швидкості, ефективно зменшуючи межі її змінювання, тобто вирівнюючи кутову швидкість вала 1. При зупинці вала 1 швидкість руху рідини відносно виїмки 4 різко зросте і вона, створюючи значний тиск перед перегородкою 10, практично вся перетече через клапан 9 і канал 7 з виїмки 4 у виїмку 3, тобто механізм для вирівнювання кутової швидкості вала прийде у вихідн у позицію. Таким чином, запропонований механізм для вирівнювання кутової швидкості вала виконує, по-перше, роль акумулятора кінетичної енергії, що накопичує її під час переваги на валу рушійного моменту сил і віддає накопичену кінетичну енергію при перевазі на валу моменту сил опору. По-друге, даний механізм для вирівнювання кутової швидкості вала виконує роль пристрою, що збільшує момент інерції обертової системи при зростанні кутової швидкості вала, створюючи тим самим більший опір подальшому розгону вала, і зменшує момент інерції обертової системи при зниженні величини кутової швидкості вала, створюючи тим самим менший опір наступному розгону вала до середнього значення його кутової швидкості.