ПРИВОД ИНЕРЦИОННОГО ТИПА

Полезная модель относится к области машиностроения и может найти применение в качестве инерционного привода различных машин.
Известен привод инерционного типа для прессов обработки металлов давлением, развивающий кратковременные усилия значительных величин при небольших скоростях вращения маховика вокруг собственной и вертикальной осей вращения (SU 932026).
Указанный привод обладает недостаточной удельной мощностью.
Задачей и техническим результатом полезной модели является увеличение удельной мощности привода инерционного типа.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что привод инерционного типа, содержащий маховик в качестве инерционного аккумулятора энергии, размещенный на собственном валу, разгонный привод маховика и выходной вал, согласно полезной модели он дополнительно содержит не менее одного маховика с разгонным двигателем, причем валы маховиков соединены с выходным валом через кинематическое звено импульсного действия для последовательной во времени передачи аккумулированной энергии инерции каждого маховика на выходной вал.
При этом кинематическое звено импульсного действия, передающее импульсный вращающий момент от вала маховика на выходной вал, выполнено в виде электромагнитной червячной передачи с аналоговым и/или цифровым управлением.
Дополнительное введение не менее одного маховика с разгонным двигателем, причем валы маховиков соединены с выходным валом через кинематическое звено импульсного действия, позволяет увеличенным количеством однотипных маховиков, выдавать на выходной вал кинетическую энергию сравнительно малыми частями в форме мгновенной мощности последовательно от всех маховиков, получая на выходе привода увеличенную удельную мощность.
Выполнение кинематического звена каждого маховика в виде электромагнитной червячной передачи с аналоговым и/или цифровым управлением позволяет снизить инерционность кинематического звена импульсного действия. Снижение инерционности кинематического звена в свою очередь позволяет увеличить частоту подачи импульсов мгновенной мощности с маховиков на выходной вал и снизить пульсации выходной мощности на нем. При этом дополнительно снижается суммарный вес инерционного привода за счет снижения потерь на торможение и разгон маховиков по сравнению с прототипом, использующим один массивный маховик.
На фигуре схематично изображен привод инерционного типа с пятью маховиками для вращения ротора генератора электрического тока.
Привод инерционного типа содержит не менее двух маховиков 1 в качестве инерционных аккумуляторов энергии, снабженных разгонным двигателем 2. Двигатель 2 выполнен в виде электродвигателя или паровой турбины с обгонной муфтой вращения маховика 1. Вал 3 каждого маховика 2 соединен с выходным валом 4 привода через электромагнитное кинематическое звено импульсного действия, включающее червячную передачу 5 и электромагнит 6. Электромагнит 6 червячной передачи 5 выполнен типа /SU 870803/ и содержит катушку индуктивности с подвижным сердечником, электрически соединенную с аналоговым блоком управления непосредственно или через аналого-цифровой преобразователь с контроллером управления (на фигуре не показано). Варьируя массой, размерами и формой маховика 1, находят расчетную величину мгновенной мощности, которая должна быть не менее мощности потребляемой нагрузки, например мощности генератора 7 электрической энергии.
Привод инерционного типа работает следующим образом.
В рабочем состоянии все маховики 1 раскручены и обладают достаточно большим запасом кинетической энергии
1
2
W=E/3600, Е=J/2*(w-w) Дж,
где:
1
W - максимальная угловая скорость вращения маховика 1, рад/с;
2
W - минимальная угловая скорость вращения маховика 1, рад/с;
2
J - момент инерции, кг*м;
Момент инерции определяется по формуле:
2
2
2
J=M/2*(R+r), кг*м:
где М - масса определяется по формуле:
2
2
M=(p*(R-r)*h*g)/2, кг
где R - внешний радиус маховика 1, м;
r - внутренний радиус маховика 1, м;
h - толщина, м;
3
g - плотность материала из которого изготовлен маховик 1, кг/м;
Отсюда энергию, запасенную каждым маховиком, можно определить по формуле:
4
4
W=(р*(R-r)*h*g*(W-W))'(8*3600), кВт*ч.
При постоянной скорости вращения раскрученного маховика 1 энергия, потребляемая им от разгонного двигателя 2 незначительная, поскольку компенсирует только потери, вызванные силами трения и аэродинамического сопротивления. Номинальная частота вращения каждого маховика 1 зависит от требуемой частоты вращения привода генератора 7, Если, например, частота вращения генератора 7 равна 3000 об/мин, а передаточное число электромагнитной червячной передачи 5 равно 3, то номинальная частота вращения маховика будет равна 9000 об/мин. Отбор сравнительно небольшой части энергии от каждого маховика 1 производят последовательно во времени кратковременной подачей импульсов напряжения длительностью доли÷единицы сек на электромагнит 6 одного из маховиков 1. При этом подвижный сердечник электромагнита 6 втягивается магнитным полем и с помощью червячной передачи 5 вводит в зацепление вал 3 маховика 1 и выходной вал 4 привода. В результате действия силы инерции, многократно превышающей противодействие силы полезной нагрузки, на выходной вал 4 поступает кинетическая энергия в форме механического импульса мгновенной мощности. После окончания первого импульса электрического напряжения на электромагните 6 червячная связь между валом 3 текущего маховика 1 и общим выходным валом 4 прерывается. Последующий импульс электрического напряжения подается на электромагнит 6 очередного маховика 1 и процесс передачи импульса мощности на выходной вал 4 привода повторяется. Одновременно освобожденный от зацепления с валом 4 и свободно вращающийся маховик 1 практически нисколько не сопротивляется стремлению разгонного двигателя 2 привести обороты и энергию маховика 1 в исходное состояние. При последовательной передаче мгновенной механической мощности от маховиков 1 на выходной вал 4 получают практически постоянную мощность вращения вала 4 за счет достаточно высокой частоты пульсаций мгновенной мощности подаваемой от маховиков 1. Из-за инертности системы маховиков 1 пульсации мгновенной мощности сглаживаются валом 4 путем наложения вращающего момента каждого последующего маховика на вращающий момент каждого предыдущего. Потери энергии отдельно взятого маховика 1, вызванные силами трения и силами сопротивления, восполняются за достаточно длительный период времени, состоящий из суммы промежутков времени последовательного срабатывания всех маховиков 1 под воздействием управляющих импульсов.
Привод инерционного типа разработан на уровне физической модели. Испытания модели показали увеличение удельной выходной мощности предложенного привода при одновременном снижении его металлоемкости по сравнению с прототипом, содержащим один массивный маховик, равный сумме всех маховиков предложенного привода.
Полезная модель может найти широкое применение в промышленности и в энергетике в качестве инерционного привода различных машин и электрогенераторов.