ЛОДОЧНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ С ПЛАВНИКОМ
BOAT PROPULSION WITH FIN

Изобретение относится к области судостроения, а именно к движительно-двигательному устройству, и может быть использовано в водном транспорте для оснащения маломерных плавучих средств легкого и среднего класса с малым водоизмещением как специального, так и общехозяйственного назначения.
Известен лодочный движитель, содержащий гребной винт, защитный плавник-шпору и руль, установленные на кронштейне за транцем катера, на борту которого установлен двигатель (журнал "Катера и яхты" №4, 1991 год).
Данный тип приводов с гребным вращающимся винтом, достаточно давно достиг своей верхней точки развития и многие годы не претерпевает существенных изменений. При этом, во многих случаях, использование вращающегося приводного винта затруднительно или нецелесообразно, например, на сильно заросших водоемах, где трава быстро наматывается на винт и блокирует его вращение.
Наиболее же близким к предложенному изобретению по технической сущности является патент RU 2412362 С2, 20.02.2011, раскрывающий движитель водного транспорта, содержащий корпус с неподвижно закрепленным цилиндром, в котором расположен цилиндр и поршень имеющий изогнутую форму, а их оси представляют участки окружности, коленчатый вал, якорь, хомут с двумя парами диаметрально расположенных креплений, при этом оси пар креплений перпендикулярны друг другу, и опорный обод, расположенный на основании корпуса, и регулирующую шестерню, расположенную между валом и опорным ободом, находящуюся в зубчатом зацеплении с ними, при этом колено вала расположено под острым углом к оси вала, поршень крепится к хомуту, который закреплен в корпусе при помощи двух обращенных наружу диаметрально расположенных креплений, хомут закреплен с якорем при помощи двух обращенных внутрь диаметрально расположенных креплений, якорь одет на колено вала и одним краем своего основания постоянно касается опорного обода, с которым зацеплен зубьями, расположенными радиально на нижней части основания якоря и верхней части опорного обода, опорный обод расположен горизонтально на роликах корпуса и связан зубьями, расположенными вертикально по внутренней окружности опорного обода, с зубьями регулирующей шестерни, к хомуту вдоль оси крепления хомута прикреплен передаточный вал с закрепленными на оси передаточного вала двумя плавниками и хвостом, при этом плавники располагаются в плоскости хомута, а хвост перпендикулярен плоскости хомута, поршень двигается возвратно-поступательно по участку окружности, качая хомут и якорь, верхняя часть якоря при этом вращает вал, а хомут сообщает колебательные движения через передаточный вал плавникам и хвосту, которые отталкивают воду в направлении, противоположном направлению движения транспорта, двигая транспорт вперед.
Недостатком данного устройства является сложность ее конструкции, поскольку передача движения на приводной вал осуществляется конструктивно сложным узлом двигателя, а также низкая эффективность, поскольку привод передачи энергии включает якорь с опорным ободом, коленчатым валом, хомутом, роликами и прочими узлами, то есть контруктивно механизм передачи энергии совершает множество различных движений для создания выходного нужного импульса на плавник, при этом движение и конструкция самого плавника также не обеспечивают высокую эффективность перемещения, поскольку энергия от плавника-бабочки будет направлена вперед-назад в равной мере.
Основной задачей изобретения является устранение указанных недостатков ближайшего аналога.
Техническим результатом является повышение эффективности работы устройства при одновременном упрощении его конструкции. Дополнительным результатом является повышение ремонтопригодности устройства.
Данный результат достигается конструкцией лодочного движителя, содержащего приводной двигатель, на выходном валу которого установлено кривошипное звено, совершающее вращательное движение вокруг оси выходного вала, на указанном кривошипном звене шарнирно установлен шатун, совершающий колебательные движения, на конце которого закреплено коромысло, шарнирно установленное в опоре и обеспечивающее его качение, при этом на конце коромысла вертикально установлена ось, обеспечивающая возвратно-поступательное перемещение вверх-вниз и имеющая привод ее поворота, а в нижней части оси посредством шарнирного соединения закреплен плоский плавник трапецеидальной формы, совершающий колебательное движение в горизонтальной плоскости.
Шарнирное соединение плавника с осью включает ограничитель его перемещения.
Ограничитель перемещения плавника является пружинным.
Кривошипное звено выполнено в виде коленчатого вала или эксцентрикового диска со смещенной выходной осью, взаимодействующего с шатуном.
Колебательные горизонтальные отклонения плавника осуществляются на угол 15°-45°, предпочтительно на угол около 30°.
Приводной двигатель включает механизм изменения скорости вращения.
Плавник выполнен из жесткого или упругоэластичного материала.
Плавник может дополнительно содержать ребра жесткости, по меньшей мере, на части своей поверхности.
Привод поворота оси обеспечивает поворот плавника на 360° вокруг оси.
Коромысло выполнено с возможностью изменения его длины.
Изменение длины коромысла осуществляется посредством линейного двигателя (актуатора).
Изменение длины коромысла осуществляется посредством гидроцилиндра.
Далее, предложенное изобретение будет подробно рассмотрено с учетом иллюстраций, где на фиг. 1 представлен вид сбоку лодочного движителя, на фиг. 2 - вид сверху лодочного движителя.
Позиции на чертежах:
1 - приводной двигатель;
2 - кривошипное звено;
3 - шатун;
4 - коромысло;
5 -опора;
6 - ось;
7 - привод поворота;
8 - плавник;
9 - узел изменения длины коромысла.
Лодочный движитель включает приводной двигатель 1. Приводной двигатель 1 предпочтительно включает механизм изменения скорости вращения, например, коробку передач, вариатор и прочие механизмы для корректировки скорости вращения выходного вала.
На выходном валу приводного двигателя 1 установлено кривошипное звено 2, совершающее вращательное движение вокруг оси выходного вала. Кривошипное звено 2 выполнено в виде коленчатого вала или эксцентрикового диска со смещенной выходной осью, взаимодействующего с шатуном 3.
На указанном кривошипном звене 2 шарнирно установлен шатун 3, совершающий колебательные движения. Вращательное движение в кривошипном звене 2 обеспечивает передачу колебательного движения шатуну 3.
На конце шатуна 3 закреплено коромысло 4, которое шарнирно установлено в опоре 5. Шатун 3 передает колебательные движения на коромысло 4. Коромысло 4, установленное в опоре 5 обеспечивает его качательное движение. Предпочтительно выполнять коромысло 4 с возможностью изменения его длины соответствующим узлом 9. Для изменения хода длины коромысла в нем выполняется горизонтальная прорезь на соответствующую длину, чтобы обеспечить перемещение длины коромысла 4 вдоль опоры 5. В качестве узла 9 изменения длины коромысла 4 может применяться любое решение, например, регулировочная гайка, однако предпочтительно использовать линейный двигатель (актуатор) или гидроцилиндр, что позволит осуществить изменение длины коромысла 4 непосредственно во время движения плавсредства, что дополнительно может влиять на амплитуду движения плавника 8 и скорость движения плавсредства, что в определенных режимах движения обеспечит повышение эффективности работы устройства.
При этом на конце коромысла 4 вертикально установлена ось 6. Ось 6 обеспечивает возвратно-поступательное перемещение вверх-вниз, получая движение от коромысла 4. Ось 6, в своей верхней части имеет привод 7 ее поворота, выполненный, например, из электропривода с ведущей и ведомой шестернями или иным механизмом, обеспечивающим круговой поворот оси 6. Круговой поворот оси 6 обеспечит возможность управления направлением движения (руление) плавсредством, а также движение плавсредсва задним ходом, обеспечиваемое при развороте плавника 8 на угол 180°.
В нижней части оси 6 посредством шарнирного соединения (например, цилиндрического шарнира) закреплен плоский плавник 8 трапецеидальной формы, совершающий колебательное движение в горизонтальной плоскости. При этом вершина плавника 8 крепится к оси 6.
Качение оси 6 обеспечивает передачу движения в горизонтальной плоскости вокруг шарнира плавника 8 на определенный угол, как правило, на угол 15°-45° относительно горизонтальной поверхности, предпочтительно на угол около 30°, для обеспечения колебательного отклонения плавника 8. Угол больше 45° обеспечит повышенную нагрузку на узлы, а меньше 15° низкую эффективность работы плавника 8.
Предпочтительно, шарнирное крепление плавника 8 к оси 6 включает ограничитель его перемещения. Ограничитель перемещения плавника выполняется, как правило, пружинным, однако может иметь и иную конструкцию, например, шарнир с упорами-ограничителями на конце, ограничивающие поворот плавника 8.
Плавник 8 может быть выполнен из жесткого или упругоэластичного материала, например, стали, алюминия, пвх-пластика и пр. При этом плавник 8, по меньшей мере, на части своей поверхности может дополнительно содержать ребра жесткости для обеспечения повышения его жесткости/прочности для более продолжительной его службы. При этом выполнение плавника 8 из упругоэластичного материала обеспечит ему дополнительный импульс от движения при его дополнительном упруго-возвратном отклонении от нормали (эффект ласты или плавника кита).
За счет использования в конструкции устройства отдельно расположенного узла передачи движения на плавник 8, состоящего из кривошипного звена 2, совершающего вращательное движение вокруг оси выходного вала, шатуна 3, совершающего колебательные движения, коромысла 4, шарнирно установленного в опоре 5 и оси 6 с плоским плавником 8 трапецеидальной формы, обеспечивающей возвратно-поступательное перемещение вверх-вниз, обеспечивается повышение эффективности работы устройства при одновременном упрощении его конструкции, поскольку такая конструкция передачи энергии от двигателя 1 конструктивно проще, а используемый кривошипно-шатунный узел с коромыслом максимально эффективно передает энергию на плавник 8, не затрачивая лишних движений для вращения и перемещения узлов, для передачи энергии на плавник 8. Использование плавника 8 данной формы и передача ему нужного импульса также конструктивно проще и эффективней, поскольку вся энергия от работы плавника 8 направлена в одну сторону от кормы плавсредства. Кроме того, за счет использования в конструкции устройства отдельно расположенного узла передачи движения, дополнительно обеспечивает повышение ремонтопригодности устройства, поскольку заменить в предложенной открытой конструкции поврежденный/изношенный элемент проще и быстрее, чем разбирать данные приводные узлы внутри двигателя.
Принцип действия устройства следующий.
Лодочный движитель устанавливается на плавсредстве.
Приводной двигатель 1 набирает обороты, передавая вращение с выходного вала на кривошипное звено 2, совершающее вращательное движение вокруг оси выходного вала.
Вращение кривошипного звена 2 передается на шатун 3 и далее на коромысло 4, шарнирно установленное в опоре 5, совершающее качательное движение.
С коромысла 4 движение передается на ось 6, обеспечивающую возвратно-поступательное перемещение вверх-вниз.
В нижней части оси 6 посредством цилиндрического шарнира закреплен плоский плавник 8 трапецеидальной формы, совершающий колебательное движение в горизонтальной плоскости на заданный угол.
Плавсредство движется.
Предложенное изобретение обеспечивает повышение эффективности работы устройства при одновременном упрощении его конструкции. Дополнительно достигается повышение ремонтопригодности устройства.