Маховик с изменяемым моментом инерции, оснащенный упругими элементами

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах транспортных средств для снижения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.
Известен маховик с изменяемым моментом инерции (патент РФ №208565), содержащий вал, на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн с направляющими, на которых с возможностью радиального перемещения установлены четыре секторных элемента. Секторные элементы выполнены с образованием полостей, внутри которых установлены восемь накопителей потенциальной энергии в виде пружин растяжения, соединяющих своими концами секторные элементы с четырехлучевым кронштейном. Маховик оснащен механизмом синхронного перемещения секторных элементов, состоящий из оси, на которой с возможностью осевого перемещения установлена втулка с четырьмя тягами.
Недостатком данного маховика является недостаточная энергоемкость восьми пружин растяжения, которыми оснащен маховик, что не позволяет накапливать потенциальную энергию упругой деформации в количестве, достаточном для эффективного использования маховика в крупнотоннажных транспортных средствах.
Технической задачей полезной модели является уменьшение расхода топлива в двигателе крупнотоннажного транспортного средства за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона.
Техническим результатом является создание маховика с изменяемым моментом инерции, способного эффективно накапливать кинетическую энергию вращающихся масс и потенциальную энергию упругодеформированных элементов в большем объеме.
Технический результат достигается предлагаемым маховиком с изменяемым моментом инерции, оснащенным упругими элементами (далее - маховик), содержащим вал, на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн с направляющими. На направляющих с возможностью радиального перемещения установлены четыре секторных элемента. Секторные элементы выполнены с образованием полостей, внутри которых установлены восемь накопителей потенциальной энергии в виде пружин растяжения, соединяющих своими концами секторные элементы с четырехлучевым кронштейном. Каждый секторный элемент соединен с четырехлучевым кронштейном двумя пружинами растяжения, установленными по обе стороны каждой направляющей. На четырехлучевом кронштейне установлен механизм синхронного перемещения секторных элементов, состоящий из оси, на которой с возможностью осевого перемещения установлена втулка с четырьмя тягами. Концы каждой тяги соединены с секторным элементом и втулкой с возможностью поворота посредством шарниров. Для соединения вала маховика с валом отбора мощности предусмотрена фрикционная электромагнитная муфта. Маховик оснащен дополнительными накопителями потенциальной энергии в виде четырех пружин растяжения, соединяющих своими концами соседние секторные элементы.
На фиг. 1 изображена фронтальная проекция маховика в сложенном положении.
На фиг. 2 изображен маховик в сложенном положении (вид сбоку).
На фиг. 3 изображена фронтальная проекция маховика в раскрытом положении.
На фиг. 4 изображен маховик в раскрытом положении (вид сбоку).
Маховик содержит вал 1, на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн 2 с направляющими 3. На направляющих 3 с возможностью радиального перемещения установлены четыре секторных элемента 4. Секторные элементы 4 выполнены с образованием полостей, внутри которых установлены восемь накопителей потенциальной энергии в виде пружин растяжения 5, соединяющих своими концами секторные элементы 4 с четырехлучевым кронштейном 2. Каждый секторный элемент 4 соединен с четырехлучевым кронштейном 2 двумя пружинами растяжения 5, установленными по обе стороны каждой направляющей 3. На четырехлучевом кронштейне 2 установлен механизм синхронного перемещения секторных элементов, состоящий из оси 6, на которой с возможностью осевого перемещения установлена втулка 7 с четырьмя тягами 8. Концы каждой тяги 8 соединены с секторным элементом 4 и втулкой 7 с возможностью поворота посредством шарниров 9 и 10. Для соединения вала маховика 1 с валом отбора мощности 11 предусмотрена фрикционная электромагнитная муфта 12. Маховик оснащен дополнительными накопителями потенциальной энергии в виде четырех пружин растяжения 13, соединяющих своими концами соседние секторные элементы 4.
Маховик работает следующим образом.
В остановленном положении или при малой частоте вращения маховик находится в сложенном положении (фиг. 1): секторные элементы 4 прижаты к центру маховика усилием пружин растяжения 5 и 13. При рекуперативном торможении (фиг. 2) включается фрикционная электромагнитная муфта 12, и вал 1 маховика начинает вращаться. При увеличении частоты вращения вала 1 секторные элементы 4 за счет действия на них центробежных сил перемещаются по направляющим 3 от центра вращения маховика, преодолевая усилия пружин растяжения 5 и 13. Маховик переходит в раскрытое положение, его момент инерции увеличивается, участвуя при этом в торможении транспортного средства и накапливая энергию. Причем накапливается не только кинетическая энергия вращающихся секторных элементов 4, но также потенциальная энергия упругодеформированных пружин растяжения 5 и 13. В конце цикла торможения электромагнитная муфта 12 выключается, а маховик продолжает свободно вращаться в раскрытом положении.
Впоследствии, когда необходимо продолжить движение, накопленная энергия маховика используется для трогания с места и разгона транспортного средства. Для этого снова включается электромагнитная муфта 12, через которую вращение с вала 1 маховика передается на вал отбора мощности 11, причем, отдавая энергию, маховик стремится замедлиться, что приводит к уменьшению центробежных сил, действующих на секторные элементы 4 и к их складыванию за счет действия пружин растяжения 5 и 13. При этом маховик отдает накопленную кинетическую энергию вращающихся секторных элементов 4, а также потенциальную энергию упругодеформированных пружин растяжения 5 и 13. При полном складывании секторных элементов 4 к центру маховика электромагнитная муфта 12 выключается и маховик снова готов к работе.
Таким образом, использование в конструкции маховика четырех дополнительных пружин растяжения 13 позволяет значительно увеличить энергоемкость упругих элементов, то есть накапливать и отдавать энергию в большем объеме. Применение предлагаемого маховика позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона транспортного средства.