ТЯГОВАЯ ВИБРОМАШИНА
VIBRATION DRIVE MACHINE

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано для перемещения объектов по поверхности земли, над и под водой, в воздушном пространстве.
Известна тяговая машина - железнодорожный локомотив, где на платформе шарнирно закреплены металлические колеса, на которые передается крутящий момент от двигателя через электротрансмиссию, при этом колеса контактируют с металлическими рельсами. За счет трения между рельсами и нагруженными весом колесами крутящий момент на колесах преобразуется в силу тяги на платформе [Пойда А.А. Механическое оборудование тепловозов. - М., 1987, стр.7]. Недостаток этой тяговой машины заключается в необходимости иметь сложную электротрансмиссию двигатель-генератор-двигатель, что ведет к снижению КПД при разгоне и подъеме локомотива в гору.
Известна также тяговая машина - газовая турбина, в которой сила тяги, как реактивная сила, возникает при истечении газа или другого рабочего тела из некоторого рабочего объема через отверстие - сопло в окружающее пространство [Физические эффекты в машиностроении. Справочник. - М. - 1993. - Стр.59]. Недостатки этой тяговой машины - сложность конструкции и необходимость компенсации расхода газа через сопло для сохранения величины силы тяги.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является лопастной винт, который преобразует энергию вращательного движения в энергию поступательного движения - работу силы тяги [Физические эффекты в машиностроении. Справочник. - М. - 1993. - Стр.24]. Недостатком лопастного винта являются потери энергии за счет трения и лобового сопротивления при вращении лопастей в рабочей среде (вода, воздух).
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении пульсирующей силы тяги одного направления и приложенной к единому основанию. Для достижения указанного результата в предлагаемой тяговой вибромашине на основании установлены четыре вибровозбудителя и приводной двигатель, вал которого связан с входными валами вибровозбудителей конической зубчатой передачей, при этом основание посредством упругой и демпфирующей связей соединено с рамой машины, а в корпусе вибровозбудителя на двух опорах шарнирно установлен входной вал, в котором перпендикулярно его оси размещена ось сателлитов, на концах которой жестко закреплены две неуравновешенные массы, центр тяжести которых находится на определенном расстоянии от оси сателлитов и от оси входного вала вибровозбудителя, при этом два конических зубчатых сателлита расположены на оси сателлитов симметрично от входного вала вибровозбудителя и входят в зацепление с конической шестерней, закрепленной неподвижно на корпусе вибровозбудителя и имеющей число зубьев, равное числу зубьев конических зубчатых сателлитов, причем один из сателлитов установлен шарнирно на оси сателлитов, а другой закреплен жестко на этой оси, при этом неуравновешенные массы в каждом вибровозбудителе установлены синфазно и оппозитно друг к другу.
Предложенная тяговая вибромашина иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-5.
На фиг.1 показан вибровозбудитель в разрезе.
На фиг.2 - траектория центра тяжести неуравновешенной массы за один оборот входного вала вибровозбудителя.
На фиг.3 - вибромашина в сборе с основанием, приводным двигателем и вибровозбудителями.
На фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3.
На фиг.5 - разрез В-В на фиг.3.
Тяговая вибромашина содержит четыре вибровозбудителя (фиг.1), каждый из которых имеет корпус 1, где на двух шарнирных опорах 2 установлен входной вал 3, в котором перпендикулярно его оси на двух шарнирах 4 размещена ось сателлитов 5.
На концах оси сателлитов 5 жестко закреплены две неуравновешенные массы 6, центр тяжести которых находится на расстоянии „R” от оси сателлитов 5 и на расстоянии „А” от оси входного вала 3. На оси сателлитов 5 симметрично от входного вала 3 расположены два конических зубчатых сателлита 7, 8. Они входят в зацепление с конической шестерней 9, закрепленной неподвижно на корпусе 1 вибровозбудителя, при этом число зубьев конических зубчатых сателлитов 7, 8 равно числу зубьев неподвижной конической шестерни 9. Один из сателлитов 8 установлен шарнирно на оси сателлитов 5, а другой сателлит 7 закреплен жестко на оси сателлитов 5. Вибровозбудители 10 (фиг.3) и приводной двигатель 11 (фиг.4, 5) установлены на общем основании 12. Вал 13 приводного двигателя 11 связан с входными валами 3 вибровозбудителей 10 конической зубчатой передачей 15, а основание 12 соединяется с рамой 16 машины посредством упругих 18 и демпфирующих 17 связей. Неуравновешенные массы 6 в каждом вибровозбудителе 10 установлены синфазно и оппозитно друг к другу.
2
x
y
z
x
y
z
Тяговая вибромашина работает следующим образом. Вращение вала 13 приводного двигателя 11 через зубчатую передачу 15 подается на входные валы 3 вибровозбудителей 10 и связанные с ними оси сателлитов 5, при этом конические зубчатые сателлиты 7, 8 перекатываются по неподвижной конической шестерне 9. Вместе с сателлитами 7, 8 вращаются неуравновешенные массы 6, совершая сложное движение (фиг.2) внутри корпуса 1 вибровозбудителя 10. Сателлит 8 уравновешивает сателлит 7, а траектория движения центра тяжести неуравновешенной массы 6 представляет собой замкнутую линию типа цифры восемь, описываемую на одной половине сферической поверхности радиуса „R” (фиг.1). При вращении неуравновешенной массы 6 возникает центробежная сила Fv=mwR; где m - неуравновешенная масса; w - угловая скорость входного вала 3 вибровозбудителя 10; R - радиус вращения центра тяжести неуравновешенной массы 6. Сила Fv приложена к оси сателлитов 5, входному валу 3, корпусу 1 вибровозбудителя 10, при этом сила Fv раскладывается на три составляющие: Fv; Fv; Fv, величины которых изменяются от нуля до максимального значения за 180° поворота входного вала 3 вибровозбудителя 10. Направление составляющих Fv, Fv меняется на противоположное каждые 180° поворота входного вала 3 вибровозбудителя 10, а направление составляющей Fv не изменяется.
x
y
Оппозитное и синфазное положение неуравновешенных масс 6 в противоположно расположенных вибровозбудителях 10 приводит к взаимному уравновешиванию силовых составляющих Fv, Fv в течение всего оборота входных валов 3 вибровозбудителей 10.
x
y
z
z
z
2
x
y
z
Таким образом, из трех силовых составляющих Fv, Fv, Fv остается неуравновешенной только одна силовая составляющая Fv, достигающая своего максимального значения Fv=mwR одновременно у всех четырех вибровозбудителей 10 два раза (через 180°) за один оборот входных валов 3 вибровозбудителей 10, имеющая одно направление - перпендикулярно Fv, Fv. Силовая составляющая Fv является пульсирующей силой тяги, приложена к основанию 12 и через упругую 18 и демпфирующую 17 связи оказывает силовое вибрационное воздействие на раму 16 машины, вызывая перемещение машины.
Совокупность приводного двигателя, четырех вибровозбудителей на общем основании представляет собой тяговую вибромашину.