ВИБРОДВИЖИТЕЛЬ С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ
VIBROPROPELLER WITH CONVERSION OF ROTATIONAL MOTION INTO PROGRESSIVE MOTION

Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к вибродвижителям их передвижения с преобразованием вращательного движения в поступательное.
Известен вибродвижитель для передвижения транспортного средства (аналог), например, из патента РФ №2274574, МПК B62D 57/00, F03G 3/00, 2006 «Вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное». Вибродвижитель включает инерционно-импульсный преобразователь с инерционными вращающимися массами и механизмом изменения радиуса их вращения и толкатель с механизмом возвратно-поступательного перемещения.
Однако аналогу свойственны недостатки, заключающиеся в том, что режимы работы вибродвижителя не позволяют реализовать с его помощью поступательное движение транспортного средства в одной плоскости. Движение транспортного средства возможно или с периодическими остановками, или с периодическими движениями с большей величиной перемещения в плоскости движения (в заданном направлении движения) и с меньшей - в плоскости, перпендикулярной плоскости движения. Величины этих перемещений зависят от соотношения частоты периодического движения толкателя и инерционных масс вдоль оси и частоты вращения инерционных масс. Поступательное движение транспортного средства в одной плоскости движения без остановок невозможно из-за параллельного расположения оси вращения инерционных масс и оси вращения двуплечей кулисы привода механизма возвратно-поступательного перемещения толкателя. При этом возникающее тяговое усилие имеет периодический импульсный характер и действует последовательно то в плоскости движения устройства, то в перпендикулярной плоскости из-за характера изменений результирующих сил реакции, действующих на платформу транспортного средства при работе вибродвижителя. Неравномерность движения приводит к появлению больших динамических нагрузок на узлы и детали транспортного средства, рывкам при движении, снижению надежности, КПД и ухудшению динамических характеристик транспортного средства.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное - см. заявку №2007110329 от 21.03.2007 на изобретение «Вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное». Вибродвижитель включает инерционно-импульсный преобразователь с инерционными вращающимися массами и механизмом изменения радиуса их вращения и толкатель с механизмом возвратно-поступательного перемещения.
В прототипе отчасти устранен недостаток аналога с помощью того, что в вибродвижителе с преобразованием вращательного движения в поступательное, установленном на платформе транспортного средства и включающем инерционно-импульсный преобразователь с инерционными вращающимися массами и механизмом изменения радиуса их вращения и толкатель с механизмом возвратно-поступательного перемещения, механизм изменения радиуса вращения инерционных масс инерционно-импульсного преобразователя состоит из пары рычагов, на каждом из концов которых жестко закреплена одна инерционная масса, шарнирно соединенных с одной стороны с валом с возможностью углового перемещения рычагов относительно оси, перпендикулярной оси вращения вала, и вращения вместе с валом, смонтированным на подшипниковой опоре, установленной на платформе, и соединенным с приводным электродвигателем, а с другой - через шатуны с толкателем, механизм возвратно-поступательного перемещения толкателя выполнен кулисно-ползунным с двумя степенями свободы и включает кулису, закрепленную на валу, смонтированном с приводным двигателем на платформе перпендикулярно валу, с которым связаны инерционные вращающиеся массы инерционно-импульсного преобразователя, на кулисе установлен перемещающийся по ней камень, шарнирно связанный через шатун с осью, установленной с возможностью возвратно-поступательного горизонтального перемещения в вертикальной плоскости на стойках, закрепленных на платформе, при этом на конце оси, расположенном за втулкой со стороны инерционно-импульсного преобразователя, закреплен толкатель, шарнирно связанный через дополнительный вал с валом, вращающим инерционные массы, с возможностью вращения толкателя относительно оси и перемещения вместе с этой осью, взаимодействующий через шатуны с инерционными массами инерционно-импульсного преобразователя. Благодаря этому обеспечивается движение транспортного средства в одной плоскости без остановок с высокой степенью равномерности движения.
Однако и прототипу свойственны недостатки, заключающиеся в том, что режимы работы вибродвижителя без дополнительных управляющих воздействий не позволяют реализовать с его помощью поступательное движение транспортного средства в одной плоскости с траекторией, близкой к прямолинейной. Движение транспортного средства возможно с постоянным отклонением от прямолинейной траектории в плоскости движения (в заданном направлении движения). Величина этого отклонения зависит от величины хода камня (длины плеча двуплечей кулисы) кулисного механизма возвратно-поступательного перемещения толкателя. Поступательное движение транспортного средства в одной плоскости движения без существенного отклонения от прямолинейной траектории невозможно из-за наличия плеча движущей силы, которое измеряется относительно оси вращения двуплечей кулисы привода механизма возвратно-поступательного перемещения толкателя. При этом возникающее тяговое усилие имеет периодический импульсный характер с изменением по величине и направлению и действует в плоскости движения устройства на платформу транспортного средства при работе вибродвижителя по касательной к траектории движения камня относительно оси вращения двуплечей кулисы и платформы транспортного средства. Существенное отклонение траектории движения транспортного средства от прямолинейной приводит к появлению дополнительных динамических нагрузок на узлы и детали транспортного средства, снижению его управляемости, снижению надежности, КПД и ухудшению динамических характеристик транспортного средства.
Целью настоящего изобретения является создание вибродвижителя для поступательного движения транспортного средства без остановок в одной плоскости движения с незначительным отклонением траектории движения транспортного средства от прямолинейной, обеспечивающего повышение управляемости движения транспортного средства, снижение динамических нагрузок на вибродвижитель и транспортное средство, улучшение динамических характеристик, повышение КПД вибродвижителя и надежности транспортного средства.
Поставленная цель достигается тем, что в вибродвижителе с преобразованием вращательного движения в поступательное, установленном на платформе транспортного средства и включающем инерционно-импульсный преобразователь с инерционными вращающимися массами в количестве, равном двум или большему четному числу, и механизмом изменения радиуса их вращения и толкатели, в количестве, равном количеству инерционных вращающихся масс, с механизмом их возвратно-качательного перемещения, механизм изменения радиуса вращения инерционных масс инерционно-импульсного преобразователя состоит из пары (или большего четного числа, равного числу вращающихся инерционных масс) рычагов, на одном из концов каждого из которых жестко закреплена одна инерционная масса, а на другом - дуговой или роликовый (для уменьшения силы трения) толкатель, рычаги шарнирно соединены с валом с возможностью углового перемещения рычагов относительно оси, перпендикулярной оси вращения вала, смонтированного на подшипниковой опоре, установленной на платформе, и соединенным с приводным электродвигателем, механизм возвратно-качательного перемещения толкателей выполнен кулачковым торцовым с силовым замыканием и включает жестко связанный с платформой и расположенный концентрически относительно оси вала в плоскости, параллельной плоскости вращения инерционных масс, торцовый кулачок и толкатели, совершающие сложное движение, профиль торцового кулачка определяет траектории движения центров масс рычагов.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг.1. Вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное - общий вид.
Фиг.2. Вид по стрелке А на фиг.1.
Фиг.3. Пространственное изображение вибродвижителя на платформе.
Вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное установлен на подвижной платформе 1 транспортного средства и включает два основных устройства - инерционно-импульсный преобразователь и механизм возвратно-качательного движения толкателей.
Инерционно-импульсный преобразователь предназначен для преобразования создаваемых им инерционно-силовых импульсов и передачи их на подвижную платформу транспортного средства и содержит вращающиеся инерционные массы 2 в количестве, равном двум или большему четному числу, шарнирно связанные с валом 3, приводимым во вращение двигателем 4. Вал и двигатель установлены на подшипниковой опоре 5, закрепленной на платформе.
Инерционные массы связаны с валом механизмом изменения радиуса их вращения. Механизм состоит из рычагов 6 с жестко закрепленными на их концах инерционными массами и дуговыми или роликовыми (для уменьшения силы трения) толкателями 7, которые образуют кинематические пары с торцовым кулачком 8. Рычаги образуют также шарнирное соединение с валом с возможностью углового перемещения рычагов относительно оси, перпендикулярной валу. Торцовый кулачок жестко связан с подвижной платформой транспортного средства и расположен концентрически относительно оси вала в плоскости, параллельной плоскости вращения инерционных масс. Профиль торцового кулачка определяет крайние положения рычагов при их вращении вместе с валом и угловом перемещении относительно оси, перпендикулярной валу.
Вибродвижитель работает следующим образом.
От двигателя через механизм инерционно-импульсного преобразователя инерционным массам 2 передается вращательное движение.
При вращении на инерционные массы 2 действуют центробежные и кориолисовы силы инерции. Под действием сил инерции радиус вращения инерционных масс относительно оси вала 3 увеличивается. При этом рычаги 6 через толкатели 7 сопряжены с торцовым кулачком 8, профиль которого с учетом действующих сил инерции обеспечивает постоянное силовое замыкание кинематических пар «кулачок - толкатель».
Движение платформы 1 и соответственно транспортного средства в заданном направлении М осуществляется под действием периодического импульсного воздействия результирующих сил инерции, действующих на торцовый кулачок 8 и подшипниковую опору 5 со стороны инерционных масс 2 в период уменьшения радиуса их вращения.
До получения импульсного воздействия при вращении вала 3 через рычаги 6 и торцовый кулачок 8 инерционным массам 2 сообщается максимальный радиус их вращения. Это соответствует фазе удаления рассматриваемого пространственного торцового кулачкового механизма вибродвижителя с преобразованием вращательного движения в поступательное. Фазу удаления сменяет фаза дальнего стояния, при которой вращение инерционных масс 2 осуществляется с постоянным максимальным радиусом вращения. Периоду уменьшения радиуса вращения инерционных масс 2 соответствует фаза возвращения. При этом результирующая сила инерции, действующая на рычаги 6, при вращении вала передается через торцовый кулачок 8 и подшипниковую опору 5 на платформу 1 транспортного средства.
После передачи кинетической энергии на платформу транспортного средства пространственный торцовый кулачковый механизм вибродвижителя продолжает работу в фазе ближнего стояния при постоянном значении радиуса вращения инерционных масс.
Так как в механизме инерционно-импульсного преобразователя результирующие центробежных сил, действующих от инерционных масс 2 через рычаги 6 на вал 3, взаимно уравновешиваются, эти силы для механизма инерционно-импульсного преобразователя являются внутренними и на платформу 1 не передаются. Для пространственного кулачкового торцового механизма результирующая центробежных сил, действующих на торцовый кулачок 8, является внешней и через кулачок передается на платформу 1, что приводит транспортное средство в движение в заданном направлении по стрелке М. Движение толкателей 7 в направлении инерционно-импульсного преобразователя соответствует их рабочему ходу, в противоположном - холостому.
В конце рабочего хода радиус вращения инерционных масс 2 достигает минимального значения, и толкатели 7 занимают крайние положения (ближнее по отношению к инерционно-импульсному преобразователю). При этом движение транспортного средства продолжается в заданном направлении по инерции.
После достижения крайнего положения ближнего по отношению к инерционно-импульсному преобразователю толкатель совершает движение в обратном направлении (холостой ход) по описанному выше принципу, цикл работы механизмов вибродвижителя повторяется, транспортное средство получает очередной импульс на движение в заданном направлении и продолжает поступательное движение без остановок в одной плоскости движения с незначительным отклонением траектории движения транспортного средства от прямолинейной. Это отклонение вызвано действием кориолисовых сил инерции от вращающихся инерционных масс и реактивного момента от двигателя на платформу транспортного средства.
Для уменьшения отклонения траектории движения транспортного средства от прямолинейной и неравномерности движения, вызываемой периодической подачей импульсов, транспортное средство может быть выполнено с четным количеством вибродвижителей, работающих с передачей импульсного воздействия в противофазе. В этом случае приводные валы двигателей вращаются попарно во взаимно противоположных направлениях, а подача импульсов на движение транспортного средства при рабочем ходе толкателей одних вибродвижителей осуществляется при холостом ходе толкателей других вибродвижителей аналогично подаче силовых импульсов на вращение коленчатого вала от поршней цилиндров двигателя автомобиля.
Применение вибродвижителя предложенной конструкции обеспечивает движение транспортного средства в одной плоскости без остановок с высокой степенью равномерности движения с незначительным отклонением траектории движения транспортного средства от прямолинейной. Это позволяет снизить динамические нагрузки на вибродвижитель и транспортное средство, улучшить их динамические характеристики, повысить КПД вибродвижителя и надежность транспортного средства.