СУММАТОР МОМЕНТОВ ВРАЩЕНИЯ

Полезная модель относится к механизмам, создающим и поддерживающим момент вращения различных устройств, приводимых в движение ручной тягой, водой, ветром, постоянными магнитами и (или) электромагнитами, а также электродвигателями. Полезная модель может быть использована в качестве устройства, накапливающего и усиливающего момент вращения и может найти применение в местах, где рядом нет стационарных распределительных сетей электроэнергии, для придания дополнительного момента инерции вращающимся роторам водяных насосов, буровых установок или привода вращающихся рабочих органов других стационарных или мобильных машин и установок.
Существует множество механизмов, использующих инерцию вращения массы для накопления кинетической энергии с целью последующего ее использования. Известны различные варианты реализации маховичных накопителей энергии вращения [см. Гулиа Н.В. В поисках «энергетической капсулы» НиТ Раритетные издания 1998].
Эти механизмы эффективны только при очень высокой скорости вращения маховика (десятки тысяч оборотов в минуту), вследствие чего обладают повышенной опасностью для зданий и персонала. Разрыв промышленного маховика может привести к серьезным разрушениям и человеческим жертвам. Кроме того, съем энергии с оси вращения на очень высоких скоростях предполагает решение заведомо сложной технической проблемы.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в разработке сумматора моментов вращения отдельных масс, который позволяет эффективно накапливать и использовать суммарную кинетическую энергию их вращения при невысоких скоростях вращения (десятки и сотни оборотов в минуту).
Поставленная техническая задача решается тем, что согласно предложенной полезной модели, сумматор моментов вращения включает колесо, на ободе которого равномерно размещены два или более свободно висящих в подшипниковых опорах груза, каждый из которых снабжен двумя осями, при этом одна ось закреплена в подшипниковой опоре колеса, вторая ось груза закреплена в подшипниковой опоре на дополнительном суммирующем ободе, а суммарный вращающий момент снимается с любой из осей, которые расположены на колесе.
Кроме того, полезная модель характеризуется следующими дополнительными существенными признаками:
- опоры грузов размещены на внутренних поверхностях обода колеса и суммирующего обода;
- внешняя поверхность суммирующего обода катится по роликам, исключающим раскачивание обода вместе с грузами.
Технический результат, достижение которого обеспечивается реализацией всей заявленной совокупностью существенных признаков, состоит в уменьшении вибраций и равномерном распределении нагрузки на колесо и дополнительный обод, что позволяет эффективно накапливать и использовать суммарную кинетическую энергию их вращения при невысоких скоростях вращения (десятки и сотни оборотов в минуту). Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 и фиг.2 представлено заявляемое устройство.
Сумматор моментов вращения (фиг.1 и фиг.2) включает колесо 1, на ободе которого равномерно размещены два или более свободно висящих груза 6, каждый из которых снабжен двумя осями. При этом одна ось груза закреплена в подшипниковой опоре 5 на колесе 1. Вторая ось груза закреплена в подшипниковой опоре 5 на дополнительном суммирующем ободе 7. Опоры грузов размещены на внутренних поверхностях обода колеса 1 и суммирующего обода 7. Внешняя поверхность суммирующего обода катится по роликам, исключающим раскачивание обода вместе с грузами (на фиг.1 и фиг.2 не показаны).
Размеры колеса и дополнительного обода, а так же типоразмеры подшипниковых опор выбираются одинаковыми, обеспечивая таким образом, вертикальное расположение всех грузов в любом положении колеса при любых скоростях вращения.
Каждый свободно висящий груз 6 (см. фиг.1 и фиг.2) создает момент вращения на оси, закрепленной в подшипниковой опоре 5 на ободе вращающегося колеса 1 относительно колеса и его частей, в том числе и относительно оси вращения колеса 2, установленной в подшипниковых опорах 3 на опоре устройства 4. Этот момент вращения пропорционален массе груза и длине плеча (длине маятника). Чем длиннее маятник, тем большее усилие требуется для его отклонения на какой-либо определенный угол. Дополнительный обод 7, соединяя нижние части всех грузов 6 через оси в подшипниковых опорах 5, обеспечивает динамическое суммирование вращающих моментов этих грузов. Суммарный вращающий момент снимается с любой из осей, которые расположены на колесе.
Вращение колеса обеспечивается приводным механизмом 8, функцию которого может выполнять электродвигатель с ременной или цепной передачей, либо мотор-редуктор с соединительной муфтой непосредственно на ось 2, например. Одному обороту колеса соответствует один оборот дополнительного обода и один оборот оси каждого груза в его подшипниковой опоре.
Без суммирующего обода такой механизм представляет собой набор маятников, раскачивающихся на колесе, что создает ненужные вибрации и проблемы с достижением скорости вращения даже в несколько десятков оборотов в минуту.
С суммирующим ободом грузы не раскачиваются и находятся в вертикальном положении при любых, практически допустимых, значениях массы грузов, их длины (длина маятника) и скорости вращения. Суммарный вращающий момент можно снимать с оси вращения любого из грузов.
Примером практической реализации заявленной полезной модели является механизм со следующими параметрами:
- Радиус колеса и суммирующего обода - 0,65 м.
- Масса одного груза - 25 кг.
- Количество грузов - 4
- Длинна маятника - 0,5 м.
- Скорость вращения - 150 об/мин.
- Суммарный момент вращения - 400 Нм.
Приведенный пример не ограничивает возможные варианты выполнения заявляемого устройства.
К преимуществам предлагаемого механизма можно отнести также тот факт, что разрывное усилие, действующее на обычный маховик, здесь распределяется на два элемента - колесо и суммирующий обод. Кроме того, энергия инерции вращающейся и одновременно свободно висящей массы каждого груза здесь в значительной степени трансформируется в энергию вращения его двух осей в подшипниковых опорах.