Інерційний трансформатор

Інерційний трансформатор, що містить корпус, вхідний та вихідний вали, два планетарні механізми зі спільним водилом, кінематично зв'язаним з вхідним валом, кожен із яких включає також центральне колесо, кінематично зв'язане у кожному планетарному механізмі з вихідним валом, зчеплені з центральним колесом проміжні сателіти і зчеплені з останніми основні сателіти, які установлені на водилі співвісно парами різних планетарних механізмів, та установлені на осі основних сателітів неврівноважені вантажі, кожний із яких кінематично зв'язаний за допомогою гвинтового механізму з сателітом першого планетарного механізму та гідрогальмового пристрою з сателітом другого планетарного механізму, передаточне число між основним сателітом та центральним колесом у кожному планетарному механізмі вибране меншим від одиниці, основні сателіти першого планетарного механізму установлені на водилі з можливістю пружних осьових переміщень, кожний гвинтовий механізм, що зв'язує вантаж з сателітом, включає закріплену на одному із останніх гайку, а на іншому - порожнистий гвинт, гвинтові механізми установлені на різних планетарних рядах A (54) ІНЕРЦІЙНИЙ ТРАНСФОРМАТОР 32757 одному із останніх гайку, а на іншому - порожнистий гвинт, гвинтові механізми установлені на різних планетарних рядах зі зміщенням моменту їх заклинювання через рівні кути навколо осі та чергуванням імпульсів різних знаків на суміжних рядах, гідрогальмуючий пристрій включає двоє зчеплених одне з одним зубчатих коліс, розміщених у герметичній камері, яка виконана у тілі вантажу та наповнена робочою рідиною, при цьому одне зубчате колесо зв'язане з сателітом, а інше установлене з можливістю обертання на осі, а вхідна і вихідна порожнини герметичної камери з'єднані між собою за допомогою каналу, на якому установлений обернений клапан, що створює замкнений контур односторонньої циркуляції робочої рідини (а.с. СРСР № 1477970, 1825927, кл. F16Н33/14, 1987; 1991; заявка № 97126401, 1997). У відомому трансформаторі гальмування вихідного валу з робочими органами машини здійснюється за допомогою двигуна або робочого гальма машини, у котрих кінетична енергія при зменшенні обертів вихідного валу перетворюється на теплову енергію з подальшою її передачею в атмосферу, погіршуючи екологію навколишнього середовища. В основу винаходу покладено завдання удосконалення інерційного трансформатора шляхом конструкційних перетворень, що забезпечують акумулювання кінетичної енергії при гальмуванні вихідного валу для повторного використання її у приводі машини. Поставлене завдання вирішується тим, що запропонований інерційний трансформатор обладнаний акумулятором кінетичної енергії, наприклад, маховиком, зубчатим механізмом з проміжним колесом, механізмом вільного ходу, проміжним валом, зубчатими парами і п'ятьма керованими муфтами, із котрих двома за допомогою зубчатих пар водило зв'язане відповідно з маховиком та вихідним валом, які за допомогою третьої та четвертої муфти і зубчатих пар зв'язані також з центральним колесом першого планетарного механізму, котре за допомогою зубчатого механізму з проміжним колесом, п'ятої муфти та зубчатої пари зв'язане з вихідним валом, а центральне колесо другого планетарного механізму за допомогою механізму вільного ходу і зубчатої пари зв'язане з проміжним валом, на якому закріплені ведене колесо механізму з проміжним колесом та ведуча полумуфта п'ятої муфти. Застосування в інерційному трансформаторі маховика та засобів для нових кінематичних зв'язків між його ланками дозволяє використати у приводі машини кінетичну енергію, яка акумулюється маховиком у період гальмування вихідного валу, внаслідок чого значно підвищується економічність трансформатора та поліпшується екологія навколишнього середовища за рахунок зменшення викиду в атмосферу тепла та шкідливих речовин. Суть запропонованого технічного рішення і принцип його роботи пояснюється кресленням. На фіг. 1 схематично зображений інерційний трансформатор, на фіг. 2 - переріз А-А на фіг. 1. Інерційний трансформатор містить корпус 1, розміщені в ньому вхідний 2 та вихідний 3 вали і два планетарні механізми зі спільним для них водилом 4, кінематично зв'язаним з вхідним валом 2. Кожний планетарний механізм включає відповідно центральне колесо 5, 6, кінематично зв'язане у кожному механізмі з вихідним валом 3, зчеплені з ними відповідно проміжні сателіти 7, 8 і взаємодіючі з останніми основні сателіти 9, 10, установлені на водилі співвісно парами, які належать у кожній парі різним планетарним механізмам. На осях основних сателітів установлені неврівноважені вантажі 11, кожний із котрих за допомогою гвинтового механізму зв'язаний з сателітом 9 першого планетарного механізму і за допомогою гідрогальмуючого пристрою з сателітом 10 другого планетарного механізму. Гвинтовий механізм включає установлений на сателіті 9 порожнистий гвинт 12 і закріплену на вантажі 11 гайку 13. Сателіт 9 з боку вантажу взаємодіє з пружним елементом 14 і установлений з можливістю пружних осьових переміщень між гайкою 13 і обмежником 15, закріпленим на водилі 4. Передаточне число між основними сателітами 9, 10 і відповідними центральними колесами 5, 6 вибране меншим від одиниці, наприклад, рівним 0,5, а гвинтові механізми установлені на різних планетарних рядах зі зміщенням моменту їх заклинювання, через рівні кути навколо осі трансформатора і чергуванням імпульсів різних знаків на суміжних планетарних рядах. Гідрогальмуючий пристрій включає два зчеплених одне з одним зубчаті колеса 16, 17, розміщені у герметичній камері, яка виконана у тілі вантажу 11 та наповнена робочою рідиною. Зубчате колесо 16 зв'язане з сателітом 10, а зубчате колесо 17 установлене з можливістю обертання на осі 18. У замкненій камері пристрою виконані вхідна 19 та вихідна 20 порожнини, сполучені між собою каналом 21, в якому розміщений обернений клапан 22, створюючи замкнений контур односторонньої циркуляції робочої рідини. Трансформатор обладнаний маховиком 23, зубчатим механізмом з проміжним колесом, складеним колесами 24-26, механізмом 27 вільного ходу, проміжним валом 28, зубчатими парами, складеними колесами 29-41, та п'ятьма керованими муфтами 42-46. При цьому водило 4 за допомогою зубчатих коліс 29-32 і муфти 43 зв'язане з маховиком 23 і за допомогою зубчатих коліс 29, 33-35 і муфти 44 - з вихідним валом 3. У свою чергу, маховик 23 та вихідний вал 3 зв'язані з центральним колесом 5, перший із яких за допомогою зубчатих коліс 31, 32, 36, 37 і муфти 45, а другий за допомогою муфти 46, а також за допомогою кінематичного ланцюга, що включає зубчатий механізм з проміжним колесом 25, проміжний вал 28, муфту 42 та зубчаті колеса 38, 39. А центральне колесо 6 за допомогою механізму 27 вільного ходу і зубчатих коліс 40, 41 зв'язане з проміжним валом 28, на якому закріплені ведене колесо 24 механізму з проміжним колесом і ведуча полумуфта керованої муфти 42. Кінематичний зв'язок водила 4 з вхідним валом 2 може бути виконаний за допомогою диференціального механізму (на кресленні не показано), який включає з'єднане з вхідним валом водило з сателітами та взаємодіючі з останніми двоє центральних коліс, одне із котрих з'єднане з центральним колесом першого планетарного механізму, а інше - з водилом планетарних механізмів. 2 32757 Існують декілька характерних режимів праці описуваного трансформатора. 1. Для розгону вихідного валу 3 за допомогою приводного двигуна (не показаний) включають муфту 46, яка зв'язує центральне колесо 5 з вихідним валом. При підвищенні обертів вхідного валу 2 і наявності моменту опору на вихідному валі 3 проміжні сателіти 7, 8 обкочують відповідно центральні колеса 5, 6 і рухають основні сателіти 9, 10, а неврівноважені вантажі 11 під дією відцентрових сил, прагнучи зайняти верхнє, найбільш віддалене від центру трансформатора положення, взаємодіють з сателітами 9, 10 відповідно за допомогою гвинтових механізмів і гідрогальмуючих пристроїв, які передають на сателіти імпульси моментів, котрими на центральних колесах 5, 6 формується відповідно позитивний та негативний обертальні моменти. Позитивний момент центрального колеса 5 за допомогою муфти 46 передається на вихідний вал 3, а негативний обертальний момент центрального колеса 6 за допомогою механізму 27 вільного ходу, зубчатих коліс 40, 41, проміжного валу 28, зубчатого механізму з проміжним колесом 25 та центрального колеса 5 перетворюється на позитивний обертальний момент і підсумовується з моментом центрального колеса 5. В результаті вихідний вал 3 приводиться в рух сумарною величиною позитивного моменту, що створений енергією як прямого, так і оберненого імпульсу, а обертальний момент вхідного валу 2 підвищується на вихідному валу у 10 і більше разів. Включення і виключення гвинтових механізмів і гідрогальмуючих пристроїв у визначений час здійснюється автоматично наступним чином. Включення гвинтового механізму відбувається, коли вантаж 11 знаходиться у верхньому положенні після накручування гайки 13 на гвинт 12 і пружного переміщування сателіту 9 в осьовому напрямку до заклинення з гайкою 13, внаслідок чого здійснюється передача позитивного імпульсу моменту від вантажу на сателіт 9 і забезпечується переміщення вантажу із верхнього у нижнє положення. Вантаж 11, проминувши нижнє положення, під дією відцентрової сили знижує кутову швидкість, внаслідок чого гайка 13 розклинюється з сателітом 9, роз'єднуючи вантаж від сателіту. Включення гідрогальмуючого пристрою відбувається у період руху вантажу 11 із нижнього у верхнє положення, коли він намагається випередити сателіт 10, а зубчате колесо 17 (фіг. 2) прагне обкотити зубчате колесо 16 проти годинникової стрілки і перемістити робочу рідину по каналу 21 у напрямку закриття оберненого клапану 22, внаслідок чого зубчаті колеса 16, 17 під дією сили тиску рідини заклинюються, блокуючи вантаж 11 з сателітом 10 і забезпечуючи передачу негативного імпульсу моменту від вантажу на сателіт. З прибуттям вантажу у верхнє положення він під дією відцентрової сили підвищує кутову швидкість, внаслідок чого зубчаті колеса 16, 17 розклинюються, роз'єднуючи вантаж від сателіту 10, тому що зубчате колесо 17 починає обкочувати зубчате колесо 16 по ходу годинникової стрілки і переміщати робочу рідину по каналу 21 у бік відкриття оберненого клапану 22. Далі процес повторюється. При переході трансформатора на режим динамічної муфти гайки 13 гвинтових механізмів припиняють обертання відносно гвинтів 12, внаслідок чого позитивний обертальний момент на центральному колесі 5 формується імпульсами моменту половини вантажів, з'єднаних з сателітами 9, а негативний момент на центральному колесі 6 не формується через знаходження другої половини вантажів у верхньому положенні, при цьому центральне колесо 6 за допомогою механізму 27 вільного ходу від'єднується від зубчатого колеса 40, припиняючи працю гідрогальмуючих пристроїв і знижуючи втрати потужності, що передається, на режимі муфти. 2. Для реверсування вихідного валу 3 після його зупинки муфту 46 виключають, а муфту 42 включають, внаслідок чого негативний обертальний момент центрального колеса 6 буде передаватися на вихідний вал за допомогою механізму 27, зубчатих коліс 40, 41, проміжного валу 28, муфти 42 та зубчатих коліс 38, 39 без зміни свого знаку, а позитивний обертальний момент колеса 5 буде передаватися за допомогою механізму з проміжним колесом 25 на проміжний вал 28, перетворюючись на негативний момент і підсумовуючись з моментом центрального колеса 6. Під дією сумарної величини негативного моменту вихідний вал 3 буде обертатися у протилежному напрямку відносно вхідного валу 2. 3. Для гальмування вихідного валу 3 за допомогою приводного двигуна останній переводять на режим гальма, створюючи на вхідному валу 2 момент опору, який передається на вихідний вал через інерційний ланцюг, зблокований моментом тертя, створеним сателітами 9 і обмежниками 15, і муфту 46 або через водило 4, зубчаті колеса 29; 33 муфту 44 і зубчаті колеса 35, 34. 4. Для гальмування вихідного валу 3 за допомогою маховика 23 муфту 46 виключають, яка від'єднує вихідний вал 3 від центрального колеса 5, і одночасно включають муфти 44, 45, установлюючи механічні зв'язки відповідно між вихідним валом 3 та водилом 4 і між центральним колесом 5 та маховиком 23, а потім приводний двигун плавно переводять на режим холостого ходу, плавно підвищуючи інтенсивність гальмування. Внаслідок цього обертальний момент, створений інерційністю робочих органів машини, передається від вихідного валу 3 на маховик 23 через зубчаті колеса 34, 35, муфту 44, зубчаті колеса 33, 29, водило 4, інерційний ланцюг, центральні колеса 5, 6, зубчаті колеса 40, 41, 24-26, 37, 36, муфту 45 і зубчаті колеса 31, 32. Маховик під дією обертального моменту підвищує оберти, гальмуючи вихідний вал та акумулюючи кінетичну енергію. Після помітного зниження обертів вихідного валу і припинення його сповільнювання муфти 44, 45 виключають і, якщо потрібна зупинка вихідного валу, подальше його гальмування здійснюють за допомогою робочого гальма машини (не показане). Якщо при гальмуванні вихідного валу за допомогою маховика потрібна підтримка визначеної швидкості робочих органів машини, наприклад, швидкості транспортного засобу в умовах руху на довгих схилах доріг, тоді інтенсивність гальмування регулюють змінами у потрібному напрямку навантаження приводного двигуна. Коли при гальмуванні вихідного валу в умовах руху транспортного засобу на довгих і крутих схи 3 32757 лах доріг оберти маховика підвищуються до максимальних і ефективність гальмування знижується, тоді приводний двигун переводять на режим гальма, забезпечуючи подальше гальмування вихідного валу, а муфту 45 виключають, припиняючи розгін маховика. 5. Для розгону вихідного валу за допомогою кінетичної енергії, раніше акумульованої маховиком, двигун працює на режимі холостого ходу і одночасно включають муфти 43 і 46, які установлюють зв'язки відповідно між маховиком 23 та водилом 4 і між центральним колесом 5 та вихідним валом 3. При цьому обертальний момент маховика, який має великі оберти (20-50 тис.хв.-1), передається через зубчаті колеса 32, 31, муфту 43, зубчаті колеса 30, 29, водило 4, інерційний ланцюг, центральні колеса 5, 6, підсумковий механізм, складений зубчатими колесами 40, 41 і 24-26, та муфту 46 на вихідний вал 3 і приводить останній у рух. У міру витрачання маховиком кінетичної енергії його оберти зменшуються і настає період, коли приріст швидкості вихідного валу 3 припиняється, тоді виключають муфту 43 і одночасно підвищують навантаження приводного двигуна. Використання кінетичної енергії акумульованої маховиком в умовах гальмування транспортного засобу на схилах доріг може здійснюватися безпосередньо у післягальмуючий період, наприклад, для подолання підйому дороги шляхом включення муфти 43. При цьому обертальний момент маховика 23 підсумовується на водилі 4 з моментом двигуна, зменшуючи навантаження на останньому. Використанням у приводі машини кінетичної енергії, яка акумулюється на маховику при гальмуванні вихідного валу, значно підвищується (на 40-50%) економічність трансформатора та поліпшується екологія навколишнього середовища за рахунок зниження викиду в атмосферу тепла та шкідливих речовин. 6. Окрім того, на маховику може бути акумульована кінетична енергія, яка надходить від при водного двигуна, шляхом включення муфти 45 при виключених інших муфтах. При цьому обертальний момент вхідного валу 2 передається через водило 4, інерційний ланцюг, центральні колеса 5, 6, зубчаті колеса 36, 37, муфту 45, та зубчаті колеса 31, 32 на маховик 23, внаслідок чого останній підвищує оберти, акумулюючи кінетичну енергію. Після нагромадження маховиком визначеного запасу кінетичної енергії, коли на двигуні знижується навантаження, тоді муфту 45 виключають і одночасно включають муфти 43 і 46 для використання енергії двигуна разом з енергією маховика на розгін вихідного валу при пуску машини. Коли вихідний вал отримує потрібні робочі оберти та зменшується на ньому опір, тоді муфту 43 виключають, яка роз'єднує водило 4 і маховик 23, а трансформатор продовжує використовувати лише енергію двигуна. При черговій зупинці вихідного валу 3 у період його гальмування маховик 23 поновлює запас кінетичної енергії, необхідної для спільного її використання разом з енергією двигуна при наступному запуску машини. Поновлення запасу кінетичної енергії на маховику 23 також може відбуватися у періоди, коли навантаження на вихідному валу 3 значно зменшується, шляхом включення муфти 45, при цьому лишок енергії двигуна акумулюється на маховику. Завдяки акумулюванню на маховику визначеного запасу кінетичної енергії, яка надходить від приводного двигуна, та спільному використанню енергії двигуна та маховика при пуску машини забезпечується можливість для зниження (у 2-3 рази) потужності двигуна. Таке виконання інерційного трансформатора дозволяє підвищити його економічність, зменшити потужність приводного двигуна та поліпшити екологію навколишнього середовища за рахунок застосування маховика та засобів для нових кінематичних зв'язків між його ланками. 4 Фіг. 1 32757 5 32757 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6