АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПОДСТРОЙКА РЕЗОНАНСА И КОМПЕНСАТОР МЕРТВЫХ ТОЧЕК КРИВОШИПНОГО МЕХАНИЗМА

Полезная модель относится к вибрационной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности.
Уровень техники:
Винтовая пружина растяжения-сжатия для резонансных механических колебательных систем, торцы которой выполнены с возможностью механического присоединения к ним деталей колебательной системы, выполнена витой. RU 2006102775/11, B06B 1/10 реферат, опубликованный 20.08.2007.
К недостаткам данной конструкции можно отнести:
Отсутствие точной регулировки собственной частоты резонатора (пружины).
Из предшествующего уровня техники известен турбонагнетатель с центростремительной турбиной, содержащий направляющий аппарат с сопловыми лопатками, установленный в корпусе, и улитку турбины. RU 2011850, F01D 1/08.
К недостаткам данной конструкции можно отнести:
Возрастания мощности двигателя внутреннего сгорания при использовании турбонагнетателя происходит за счет увеличения расхода топливовоздушной смеси, однако увеличение давления в цилиндре обусловлено преобразованием части поступательно энергии поршня в энергию вращения крыльчатки, которая в свою очередь преобразуется в нарастание давления в цилиндре. Таким образом турбонагнетатель является преобразователем энергии, оказывая сопротивление движению поршня при выталкивании газов тем самым компенсируя верхнюю мертвую точку, но нижняя мертвая точка остается некомпенсированной и часть поступательная энергия поршня при подходе к нижнее мертвой точке переходит в напряжение коленвала, что приводит к снижению кпд.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлено данное техническое решение заключается в увеличении КПД и снижение нагрузки на движущиеся части колебательных механизмов работающих в диапазоне частот.
Данная задача реализуется за счет того, что в качестве резонатора используется источник магнитного поля и колебательный контур. Два полярных магнита устанавливаются на колеблющуюся часть механизма одноименными полюсами к центру по оси катушки индуктивности, таким образом, чтобы при подходе к мертвым точкам один из магнитов вводился в катушку и вырабатывал ток ЭДС индукции, а другой удалялся, после чего ток поступал на конденсатор, при последующей разрядке конденсатора обратно на катушку ее магнитное поле взаимодействовало с выводящимся магнитом и подталкивало его вместе с колеблющейся частью механизма удаляясь от мертвой точки. Собственная частота колебательного контура состоящего из конденсатора и катушки регулируется изменением индуктивности катушки или емкости конденсатора и может корректироваться после каждого колебания автоматически путем подачи сигнала с датчика колебаний механизма. Расположение колебательного контура не принципиально и может располагаться на движущейся части, а источники магнитного поля на статической части механизма.
В случае если в механизме совершается несколько колебательных процессов на одной частоте то при соответствующим соотношении фаз ток ЭДС индукции, создаваемы в катушке, при вводе в нее магнита одного узла может быть направлен на катушку другого узла, находящегося в мертвой точке, создавая вокруг нее магнитное поле и взаимодействуя с магнитом подталкивать в сторону его движения, без использования конденсатора.
Так же ток ЭДС индукции создаваемый в катушке индуктивности может быть направлен на аккумулятор или иные нагрузки.
Снижение нагрузки на движущиеся части системы происходит за счет передачи части поступательной энергии, через взаимодействие источника магнитного поля и катушки на корпус устройства.
Одним из недостатков двигателей внутреннего сгорания является неполное преобразование поступательной энергии поршня во вращательную, которая тратится на напряжение коленвала в большей степени на 1/8 оборота до и после мертвой точки. При замедлении поршня его кинетическая энергия, передаваемая на вращение коленвала снижается, и возрастает величина затрачиваемой энергии на напряжение коленвала, а при разгоне поршня затрачивает дополнительную энергия системы на разгон поршня. Для сглаживания мертвых точек кривошипного механизма и снижение нагрузки на коленвал можно использовать резонатор, накапливающие или передающие поступательную энергию поршня при подходе к мертвой точке и отдающие ее при разгоне поршня. Резонатор устанавливается вдали от траектории движений шатуна сбоку или под коленвалом. Поступательная энергия от поршня передается через стержни или пластины, жестко закрепленные на поршне, и проходящие в области между подшипником и противовеса коленвала, после чего скрепляются пластиной под коленвалом, так чтобы стержни при работе не соприкасались с движущимися частями. Так же стержни могут располагаться в области между коленвалом и шатуном в случае, если компенсаторы расположены по бокам. Классическое исполнение коленвала не пригодно для установки стержней или пластин и требует удлинения.
В результате использования резонатора снижается нагрузка на коленвал и появляется возможность увеличить максимальную частоту вращения.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение КПД колебательного механизма и снижение нагрузки с движущихся деталей за счет применения резонатора с переменной собственной частотой на основе взаимодействия источника магнитного поля и проводника.
Примером промышленной применимости автоматическая подстройка резонанса и компенсатор мертвых точек кривошипного механизма является, представленные схемы на фиг. 1-3.
На фиг 1. Деталь, совершающая вынужденные колебания и резонатор в виде колебательного контура.
На фиг 2. Схема двигателя внутреннего сгорания с резонатором.
На фиг 3. Разрез А-А четвертого цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
Автоматическая подстройка резонанса, изображенная на фиг 1, работает следующим образом:
На Корпус устройства закрепляется катушка индуктивности 1 соединенная с конденсатором 5, образуя колебательный контур, внутри которой колеблется деталь 2 с закрепленными на ней двумя постоянными магнитами 3 и 4 на некотором расстоянии друг от друга одноименными полюсами к центру. Датчик частоты колебаний системы через электронный блок соединен с колебательным контуром и после каждого колебания подстраивает его собственную частоту в резонанс с частотой системы путем изменения индуктивности катушки или емкости конденсатора. Находясь в среднем положении, деталь 2 начинает колебаться и вводить магнит 3 внутрь катушки 1 тем самым вырабатывая ток ЭДС, который поступает на конденсатор 5, достигнув мертвой точки, деталь 2 меняет направление вместе с направлением тока в цепи, ток поступает с конденсатора 5 на катушку 1, создавая вокруг нее магнитное поле и взаимодействуя с магнитом 3 подталкивает движущуюся деталь 2. Пройдя среднюю точку, в катушку 1 начинает вводиться магнит 4 и вырабатывать ток ЭДС индукции, накапливая его на конденсаторе 5, достигнув мертвой точки, деталь 2 меняет направление вместе с направлением тока в цепи и подталкивается под действием сформировавшегося магнитного поля в катушке. Тем самым подстраивая частоту колебательного контура под частоту вынужденных колебаний детали 2 достигается эффект резонанса.
В случае если в механизме совершается несколько колебательных процессов, то ток ЭДС может передаваться с одной катушки на другую. В качестве примера рассмотрим 4 цилиндровый двигатель внутреннего сгорания, изображенный на фиг 2 и 3 с крестообразным коленвалом 8 устроенный таким образом, чтобы поршни проходили мертвые точки один за другим через четверть оборота. На корпус двигателя устанавливаются катушки индуктивности 6 под коленвалом, а к поршню каждого цилиндра жестко закрепляется стержни 7 проходящие в области между подшипником и противовесом коленвала, после чего скрепляются пластиной 9 под коленвалом. На пластину 9 закрепляются два постоянных магнита на некотором расстоянии друг от друга одноименными полюсами к центру. Первый цилиндр, находясь в средней точке, начинает двигаться к нижней мертвой точке и вводить магнит, установленный на пластине 9 в катушку 6, тем самым вырабатывая ток эдс. Ток с первого цилиндра перетекает на катушку 6 второго цилиндра находящуюся в мертвой точке, создавая в ней магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита и подталкивается в сторону его движения. В дальнейшем циклы повторяются, и выработанный ток с катушки на поршне начинающего остановку передается на катушку поршня начинающего движение. Таким образом, используя взаимодействия магнита и катушки индуктивности, меньше энергии тратится на напряжение коленвала при остановке поршня, которая направляется на его разгон после мертвой точки. Распределением тока между катушками производится при помощи блока управления.