МЕХАНИЧЕСКИЙ ПРУЖИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к транспортному и энергетическому машиностроению и может быть использована для приводов электрических генераторов, а также - транспортных средств.
Известен механический пружинный двигатель, используемый для аккумулирования энергии, содержащий вал, многовитковую спиральную пружину, выполненную в виде многослойной резинометаллической ленты, размещенной в барабане, при этом один конец пружины связан с валом, а другим концом пружина закреплена на барабане. При торможении транспортного средства водитель подключает к системе торможения вал, который, вращаясь, закручивает пружину относительно барабана, преобразуя тем самым кинетическую энергию транспортного средства в потенциальную энергию пружины (см. патент РФ №2046226, по кл. F16H 33/06, заявл. 14.05.91, опубл. 20.10.95).
Недостатком известной конструкции является отсутствие функции регулирования равномерности вращения барабана, что не обеспечивает получения энергии постоянной мощности.
Наиболее близким по технической сущности и получаемому эффекту и выбранным в качестве прототипа является механический пружинный двигатель для аккумулирования электрической энергии, содержащий приводной вал, пружинный механизм в виде направляющего цилиндра, в котором установлена винтовая пружина. Одним концом пружина упирается в дно цилиндра, а на другом конце снабжена средствами, преобразующими прямолинейное возвратно-поступательное движение во вращательное.
Преобразование осуществляется при освобождении энергии накопленной предварительно напряженной пружиной. Вращательное движение
передается на выход через приводной вал в виде энергии привода (заявка DE, №19516148 А1, по кл. F03G 1/00, опубл. 11998 г.)
Недостатком известной конструкции является отсутствие регулирования равномерности передачи энергии вращения потребителю - такая конструкция не позволяет использовать ее в качестве привода генератора для получения электроэнергии. Непостоянное за единицу времени раскручивание пружины ведет к тому, что с помощью подобного средства невозможно получить достаточное количество энергии постоянной мощности.
Задачей полезной модели является повышение вырабатываемой энергии постоянной мощности, позволяющей использовать ее в качестве привода генератора для получения электроэнергии.
Техническим результатом является создание оптимального экологически чистого, бесшумного механического двигателя, в котором происходит регулирование равномерности передачи энергии вращения потребителю.
Поставленная цель достигается тем, что в известном механическом пружинном двигателе для выработки электрической энергии, содержащем приводной вал, пружинный механизм и кинематически связанные с ним средства, преобразующие прямолинейное возвратно-поступательное движение во вращательное, согласно полезной модели, приводной вал установлен в цапфах двух стоек, при этом на одном конце вала установлены два диска, наружный - на скользящей посадке, а внутренний - жестко на валу, при этом между ними на валу на скользящей посадке размещена снабженная спицами поворотная шайба, которая жестко связана с наружным диском четырьмя шпильками, с возможностью передачи ему вращательного движения, причем по периферии наружный и внутренний диски соединены четырьмя стяжными шпильками, посредством которых вращение передается внутреннему диску и приводному валу, а пружинный механизм в двигателе выполнен в виде четырех луков, снабженных тетивами в виде стальных полос, с закрепленными на них приводными двойными пружинами, свободные концы которых соединены с натяжными винтами, размещенными
на каждой из четырех шпилек, установленных одним концом на внутреннем диске, а другим концом - в подшипниках, которые размещены в пазах внешнего диска, при этом, каждый пружинный механизм снабжен концевым регулятором скорости, который при гашении последней замыкается соосным с ним наконечником стрелы, перемещающейся возвратно-поступательно по роликам внутри пружинного механизма, причем противоположный конец стрелы выполнен в виде вилки, а кинематически связанные с пружинными механизмами средства включают навешенные на каждую из четырех стяжных шпилек соединенные в пары рычаги-преобразователи, каждый из которой связан с рычагами-преобразователями соседних пар посредством шарниров, на которые при растяжении пружин воздействуют вилки пружинных механизмов, с возможностью приведения рычагов преобразователей в движение, при этом нижние концы всех четырех пар рычагов-преобразователей установлены в пазах спиц поворотной шайбы попеременно, с возможностью приведения ее, а следовательно, и приводного вала во вращательное движение.
Кроме того, в механическом пружинном двигателе, каждая из жестких пружин может быть снабжена соосной с ней внутренней эластичной пружиной, а нижние концы всех четырех пар рычагов-преобразователей могут быть выполнены ограниченными на некотором расстоянии от края, равном высоте пазов спиц, упорами, при этом, каждый пружинный механизм может быть оснащен компенсатором, представляющим собой систему снабженных пружинами четырех рычагов, жестко установленных посредством шпилек на внутреннем диске.
Проведенные исследования по источникам патентной и научно-технической информации показали, что предлагаемая полезная модель неизвестна и не следует явным образом из изученного материала, т.е. соответствует критерию « новизна».
Предлагаемый механический двигатель может найти применение в качестве автономного двигателя в таких отраслях народного хозяйства, как
авиация, автомобиле- и судостроение, а также в других областях народного хозяйства в качестве привода, преобразующего возвратно-поступательное прямолинейное движение во вращательное, которое передается на вал генератора для выработки электрического тока. Он может быть выполнен с использованием оборудования и материалов, изготавливаемых как отечественной, так и зарубежной промышленностью, следовательно, отвечает критерию « промышленная применимость».
Существенными признаками предлагаемой полезной модели являются то, что
- выходное звено механического двигателя представляет собой приводной вал, установленный в цапфах двух стоек, при этом на одном конце вала установлены два диска, наружный - на скользящей посадке, а внутренний - жестко на валу. Кроме этого, между ними на валу также на скользящей посадке размещена снабженная спицами поворотная шайба, которая жестко связана с наружным диском четырьмя шпильками, что позволяет осуществлять передачу наружному диску вращательного движения, заданного поворотной шайбе;
- а соединение по периферии наружного и внутреннего дисков четырьмя стяжными шпильками обеспечивает передачу вращательного движения на жестко сидящий на валу внутренний диск, сообщая тем самым вращение жестко связанному с ним приводному валу, выходному звену механического двигателя;
- выполнение пружинных механизмов в виде четырех луков, каждый из которых снабжен тетивой в виде стальной полосы, с закрепленными на ней приводными двойными пружинами, каждая из которых снабжена внутренней эластичной пружиной, обеспечивает за счет кинетической энергии натянутых пружин, не только преобразование прямолинейного возвратно-поступательного движения пружинного механизма во вращательное движение приводного вала двигателя, но и повышение срока службы пружинного механизма;
- снабжение каждого пружинного механизма концевым регулятором скорости, который при снижении последней замыкается соосным с ним наконечником стрелы, перемещающейся возвратно-поступательно по роликам внутри пружинного механизма, предохраняет пружинный механизм от поломки, а выполнение противоположного конца стрелы в виде вилки обеспечивает соосность со стрелой, перемещение ее по роликам снижает трение, что способствует ее возвратно-поступательному перемещению внутри пружинного механизма;.
- выполнение кинематически связанных с пружинными механизмами средствами в виде навешенных на каждую из четырех стяжных шпилек соединенных в пары рычагов-преобразователей, каждый из которой связан с рычагами-преобразователями соседних пар посредством шарниров, на которые при растяжении пружин воздействуют вилки пружинных механизмов для приведения рычагов-преобразователей в движение, а нижние концы всех четырех пар рычагов-преобразователей размещены в пазах спиц поворотной шайбы попеременно,что обеспечивает превращение прямолинейного возвратно-поступательного перемещения пружинного механизма во вращательное движение приводного вала, выходного звена механического двигателя.
- кроме того, оснащение двигателя четырьмя компенсаторами, представляющими собой систему оснащенных пружинами четырех рычагов, жестко установленных посредством шпилек на внутреннем диске, способствует более плавной, непрерывной и стабильной работе двигателя, а выполнение нижних концов всех четырех пар рычагов-преобразователей ограниченными на некотором расстоянии от края, равном высоте пазов, упорами предохраняет чрезмерное углубление рычагов-преобразователей в пазы спиц, а сами упоры служат для осуществления давления на спицы поворотной шайбы, для сообщения вращения приводному валу двигателя.
Таким образом, совокупность существенных признаков позволяет достичь технического результата, а именно создания оптимального автономного
экологически чистого, бесшумного механического двигателя с регулированием равномерности передачи энергии вращения потребителю.
Предлагаемый механический пружинный двигатель поясняется чертежами, где
- на фиг.1 изображен общий вид двигателя, продольный разрез, вид сбоку;
- на фиг.2 показана схема взаимодействия объединенных кинематической связью всех элементов двигателя;
- на фиг.3 показана схема взаимодействия рычага-преобразователя и компенсатора.
Механический пружинный двигатель содержит вал 1, установленный в цапфах 2, двух стоек 3, при этом на одном конце вала установлены два диска, наружный 4 из которых установлен на валу 1 на скользящей посадке, а внутренний 5 установлен на валу жестко, при этом между ними на валу 1 на скользящей посадке размещена снабженная спицами 6 поворотная шайба 7, которая жестко связана с наружным диском 4 четырьмя шпильками 8, с возможностью передачи ему вращательного движения.
По периферии наружный 4 и внутренний 5 диски соединены четырьмя стяжными шпильками 9, посредством которых вращение передается внутреннему диску 5, жестко связанному с приводным валом 1 для приведения его во вращательное движение.
Механический пружинный двигатель включает также четыре пружинных механизма, выполненных в виде луков, снабженных тетивами 10 в виде стальных полос, с закрепленными на них приводными двойными пружинами 11, другой конец которых соединен с натяжными винтами 12, размещенными на каждой из четырех шпилек 13, установленными одним концом на внутреннем диске 5, а другим концом - в подшипниках, которые размещены в пазах 14 внешнего диска 4.
Каждый пружинный механизм снабжен также концевым регулятором скорости 15, который при гашении скорости замыкается соосным с
ним наконечником стрелы 16, перемещающейся возвратно-поступательно по роликам 17 внутри пружинного механизма, при этом противоположный конец стрелы 16 выполнен в виде вилки 18.
Кинематически связанные с пружинными механизмами средства включают навешенные на каждую из четырех стяжных шпилек 9 соединенные в пары рычаги-преобразователи 19а, 19б, каждый из которой связан с рычагами-преобразователями 19 а и 19б соседних пар посредством шарниров 20, на которые при растяжении приводных двойных пружин 11 давят вилки 18 пружинных механизмов, с возможностью приведения в движение рычагов-преобразователей 19а и 19б, нижние концы которых оснащены упорами 21 и размещены в пазах спиц 6 поворотной шайбы 7 для приведения поворотной шайбы 7, а следовательно, и приводного вала 1 двигателя во вращательное движение по часовой стрелке.
Кроме того, в механическом пружинном двигателе, с возможностью повышения срока службы, каждая из приводных пружин 11 снабжена соосной с ней внутренней эластичной пружиной, (на черт. не показана), а с возможностью более плавной и непрерывной работы механического пружинного двигателя, он оснащен четырьмя компенсаторами, установленными посредством шпилек 22 на внутреннем диске 5, представляющими собой систему четырех рычагов (A.B.C.D), оснащенных связанными с натяжными винтами 12 пружинами 23.
На свободном конце приводного вала 1 двигателя установлен шкив 24 для присоединения генератора, либо муфта сцепления (в зависимости от того, что подключают к двигателю), а в средней части вал 1 снабжен тормозом 25.
Механический пружинный двигатель работает следующим образом.
Приводной вал 1 двигателя предварительно устанавливают на тормоз 25. Через технические отверстия в наружном диске 4 натягивают приводные
двойные пружины 11 пружинного механизма и пружины 23 компенсаторов посредством натяжных винтов 12, установленных на шпильках 13, что создает за счет натяжения пружин запас кинетической энергии. Натянутые двойные пружины 11 тянут тетиву 10 лука к центру, при этом вилки 18 стрел 15 под воздействием кинетической энергии давят на шарниры 20. Шарниры 20 раздвигаются и левыми плечами воздействуют на рычаги-преобразователи 19а, а правыми плечами - на рычаги-преобразователи 19б. На верхние концы связанных шарнирами 20 рычагов-преобразователей 19а и 19б давление направлено в противоположные стороны и взаимно уничтожается. Нижние концы рычагов 19а и 19б воздействуют на восемь спиц 6 поворотной шайбы 7 по часовой стрелке и создают суммарное усилие, приводящее к ее вращению, и далее посредством шпилек 8 к вращению внешнего диска 4. Внешний диск 4, посредством стяжных шпилек 9, приводит во вращение внутренний диск 5, а следовательно, и приводной вал 1.
По мере уменьшения энергии растянутых пружин центробежные силы, преодолевая усилие приводных двойных пружин 11, перемещают вилки 18 стрел 16 от центра и увлекают за собой шарниры 20, которые через свои плечи выводят из зацепления со спицами 6 поворотной шайбы 7 нижние концы рычагов 19а и 19б. Давление на поворотную шайбу 7 прекращается, но вращение ее вместе с приводным валом продолжается по инерции. Приводные двойные пружины 11, сжавшись, снова начинают растягиваться, и цикл повторяется.
Для того, чтобы ограничить ход приводных двойных пружин 11 от центра, в механическом двигателе предусмотрен концевой ограничитель скорости 15, который стопорится наконечником стрелы 16 пружинного механизма.
Расстояние L между наконечником стрелы 16 и концевым ограничителем скорости 15 регулирует выход нижних концов рычагов 19а и 19в с упорами 20 из пазов спиц 6 поворотной шайбы 7, а также - скорость вращения вала 1, - чем меньше L, тем выше скорость.
Для более плавного перехода из состояния вращения вала 1 двигателя по инерции в состояние принудительного вращения подключаются за счет заранее сжатых в первом цикле натяжными винтами 12 пружин 23 компенсаторы, которые во время выхода рычагов-преобразователей 19а и 19б из зацепления со спицами 6 поддерживают вращение приводного вала 1, путем осуществления давления по часовой стрелке на спицы 6 поворотной шайбы 7 посредством нижних концов рычагов Д компенсаторов, а также -давления верхних концов рычагов С, которые тянут вилку 18 вниз по часовой стрелке, создавая давление на правые плечи шарниров 20, при этом движение передается на рычаги-преобразователи 19б, нижние концы которых также осуществляют давление по часовой стрелке на спицы поворотной шайбы, и суммарным давлением на поворотную шайбу поддерживается скорость вращения вала до начала второго цикла.
Предлагаемая полезная модель, по сравнению с прототипом, обеспечивает повышение вырабатываемой энергии постоянной мощности, позволяющей использовать ее в качестве привода генератора для получения электроэнергии.