ВАРИАТОР
VARIATOR

Изобретение относится к устройствам привода машин, в частности сельскохозяйственных машин.
Известны устройства вариаторов и их недостатки, например, по [1], [2] и др.
Известен вариатор, содержащий ведущий и ведомый валы, механизм преобразования вращения ведущего вала в колебания пульсатора, устройство регулирования размаха этих колебаний и муфту свободного хода, установленную между пульсатором и ведомым валом вариатора, например, по [1] с.34, рис.29 - прототип.
Недостаток его в повышенной сложности механизма преобразования движения ведущего вала в колебания пульсатора и в повышенной сложности устройства регулирования размаха колебаний пульсатора.
Технический результат - упрощение конструкции вариатора.
Сущность изобретения в том, что вариатор, содержащий ведущий и ведомый валы, механизм преобразования вращения ведущего вала в колебания пульсатора, устройство регулирования размаха этих колебаний и муфту свободного хода, установленную между пульсатором и ведомым валом вариатора, причем по изобретению механизм преобразования вращения ведущего вала вариатора в колебания пульсатора выполнен в виде карданного вала асинхронной карданной передачи, установленной с возможностью изменять величину угла излома ее шарниров устройством регулирования размаха колебаний пульсатора, причем входной шарнир карданного вала связан с ведущим валом вариатора, а выходной шарнир карданного вала является пульсатором и связан с ведомым валом вариатора через муфту свободного хода.
Благодаря этому вариатор более прост по конструкции, чем известные.
Устроен вариатор, например, следующим образом.
На фиг.1 изображена принципиальная схема вариатора для бесступенчатого изменения частоты вращения ведомого вала в диапазоне от минимально необходимой до достаточно максимальной.
На фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг.1.
На фиг.3 изображены графики отношения максимальной угловой скорости выходного звена асинхронного карданного к угловой скорости его входного вала в зависимости от величины угла излома его шарниров: сплошной линией - при четырех шарнирах, пунктирной линией - при двух шарнирах.
На фиг.4 изображены графики отношения мгновенных угловых скоростей выходного вала асинхронного карданного вала к угловой скорости его входного вала в зависимости от величины угла поворота входного вала вокруг своей оси от исходной позиции, в которой ведущая вилка входного шарнира асинхронного карданного вала расположена в плоскости угла излома ее шарнира: сплошной линией - при четырех шарнирах, штрих-пунктирной линией - при двух шарнирах, пунктирной линией входного вала асинхронного карданного вала.
Условные обозначения на фиг.1, 2, 3, 4:
1 - рама машины (далее рама),
2 - ведущий вал вариатора, на подшипниках в корпусе, прикрепленном к раме 1, (далее вал),
3 - ведомый вал вариатора, на подшипниках в корпусе, прикрепленном к раме 1, (далее вал),
4 - маховик,
5 - подвижный корпус с двумя стержнями, вставленными в направляющие трубы на раме 1, (далее корпус),
6 - телескопический шлицевой вал, установленный на подшипниках в корпусе 5, (далее вал),
7 - асинхронный карданный вал, у которого плоскости соосных вилок соседних шарниров взаимно перпендикулярны, а шарниры выполнены предпочтительно по RU 2387890 C1 [3], (далее кардан),
8 - крайняя вилка (крайнее звено) выходного шарнира кардана 7, установленная на валу 3, (далее пульсатор),
9 - механизм, содержащий вал 2, маховик 4, корпус 5, вал 6, карданы 7 с пульсатором 8, преобразующий вращение ведущего вала вариатора в односторонние колебания его пульсатора (далее механизм),
10 - муфта свободного хода, чья звездочка жестко соединена с пульсаром 8, а обойма выполнена в виде маховика 4, (далее МСХ);
11 - гидроцилиндр, корпус которого соединен с рамой 1, а шток с корпусом 5, (далее цилиндр),
φ - угол поворота вала 2 кардана 7, вокруг своей оси от исходной позиции, за которую принята позиция в плоскости чертежа крайней вилки входного шарнира кардана 7, (далее угол φ),
γ - угол излома шарнира кардана 7, (далее угол γ),
1
1
ω- угловая скорость вала 2 вариатора (далее скорость ω),
2
2
ω- мгновенная угловая скорость вала 6, (далее скорость ω),
3
3
ω - мгновенная угловая скорость пульсатора 8, (далее скорость ω),
где: мгновенную угловую скорость крайней вилки выходного шарнира кардана 7 определяют по формуле:
a) для одного кардана:
<img file="00000001.tif" he="14" wi="60" img-content="undefined" img-format="tif" />
б) для двух карданов
<img file="00000002.tif" he="14" wi="60" img-content="undefined" img-format="tif" />
угол γ для отношений максимальной мгновенной угловой скорости ω<sub>2</sub>, ω<sub>3</sub>, к скорости ω<sub>1</sub> определяют по формуле:
а) для одного кардана:
<img file="00000003.tif" he="15" wi="41" img-content="undefined" img-format="tif" />
б) для двух карданов:
<img file="00000004.tif" he="15" wi="40" img-content="undefined" img-format="tif" />
На раме 1 в кинематической цепи привода, например, погрузочного транспортера (например, в прицепной машине типа БМ-6 для уборки ботвы сахарной свеклы [4], с.120…126, рис.63, позиция 22) установлены валы 2 и 3 вариатора с маховиком 4, а в корпусе 5 установлен вал 6. Эти валы соединены карданами 7 с крайней вилкой выходного шарнира - пульсатором 8. При этом соосные вилки шарниров карданов расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Элементы названных позиций образуют механизм 9 преобразования равномерного вращения вала 2 вариатора в колебания его пульсатора 8 и звездочки МСХ 10, установленной в кинематической цепи вариатора между пульсатором 8 и валом 3 с маховиком 4. Между рамой 1 и корпусом 5 установлен цилиндр 11, соединенный с ними шарнирно, причем его полости сообщены маслопроводами с каналами управления штатного гидрораспределителя трактора, к которому присоединена машина типа БМ-6.
3max
Работа. Пусть трансмиссия уборочной машины спроектирована так, что в позиции соосности валов 2, 3, 6, карданов 7, пульсатора 8 (т.е.γ=0) при рабочей скорости движения ботвоуборочного машинно-тракторного агрегата скорость цепного полотна погрузочного транспортера минимально необходимая для минимальной урожайности ботвы (50…100 ц/га). При урожайности ботвы сахарной свеклы, например, в 5 раз больше цилиндром 11 перемещают корпус 5. Этим увеличивают угол γ. Следовательно, увеличивают неравномерность вращения пульсатора 8 и соединенной с ним звездочки МСХ 10 до увеличения мгновенного максимума их скорости ω также в 5 раз. Посредством МСХ трансформируют эту мгновенную скорость в такую же по величине, но равномерную скорость вала 3, которым также в 5 раз быстрее вращают ведущие звездочки транспортера. Этим в 5 раз увеличивают скорость цепной ленты транспортера и его производительность. Поэтому при уборке малоурожайной ботвы не изнашивают излишне цепную ленту транспортера, не перерасходуют топливо двигателем трактора. Скорость транспортера увеличивают до максимально достаточной только на высокоурожайной ботве. Этим при уборке менее урожайной ботвы уменьшают износ цепной ленты, и без того недолговечной, экономят топливо.
Итак, описанный выше вариатор удобно встроить в трансмиссию сельхозмашины, проще известных по устройству и регулировке, им устанавливают рациональную частоту ротации рабочих органов в зависимости от характеристики культуры, рабочей скорости и других факторов, чем уменьшают расход топлива, износ рабочих органов.
Источники информации:
1. Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. М., «Машиностроение», 1978, 367 с.
2. Артоболевский И.И. и Тишин М.М. Инерционно-импульсный привод винтового конвейера. - «Вестник машиностроения», 1944, №9-10, с.10…18.
3. RU 2387890 С1, Опубликовано: 27.04.2010. Бюл. №12. Описание изобретения к патенту, 6 с.
4. Машины для свекловодства. Под ред. А.Г. Цымбала и Ю.И. Ковтуна. М., «Машиностроение», 1976, 368 с.