УСИЛИТЕЛЬ МОМЕНТА ВРАЩЕНИЯ

Полезная модель относится к механике и касается устройств, работающих за счет разности моментов сил относительно оси вращения и может быть использована в качестве устройства, усиливающего момент вращения различных вращающихся устройств, приводимых в движение ручной тягой, водой, ветром, постоянными магнитами и (или) электромагнитами. Может найти применение в местах, где рядом нет источников электроэнергии, для придания дополнительного момента инерции вращения роторов водяных насосов, буровых установок или привода вращающихся рабочих органов других стационарных или мобильных машин и установок.
Уровень техники
Из уровня техники известны так называемые «гравитационные двигатели», которые как правило, содержат колесо с горизонтальной осью вращения, спицы которого снабжены грузами и меняют эффективную длину (плечо силы), уменьшая момент вращения для одной половины колеса и увеличивая для другой, создавая, таким образом, неуравновешенную систему грузов. Существенными недостатками таких известных гравитационных двигателей являются непостоянство разности моментов, наличие «мертвых зон» и зон с обратным моментом.
Результатом этого является отсутствие реально работающих двигателей, основанных на этом принципе, которые к тому же не могут быть использованы в качестве устройств для усиления момента вращения, поскольку долго не сохраняют инерции вращения. Известен механический перпетуум мобиле Мариано ди Жакопо из Сиены, относящийся к 1438 г. [1]. Недостатком известного двигателя является необходимость перекидывания грузов (откидных рычагов) через колесо в верхней точке. Понятно, что гирю, например, гораздо проще просто переложить из одной руки в другую, чем проделать это переносом гири через голову. Этот факт приводит в результате к тому, что грузы с левой и правой стороны колеса уравновешиваются и устройство не выполняет предназначенной функции непрерывного вращения, т.е. является неработоспособным и не может быть использовано в качестве устройства для усиления момента вращения, поскольку долго не сохраняет инерции вращения.
Наиболее близким решением является патент на полезную модель РФ № 81775. Полезная модель может быть использована в качестве устройства, усиливающего момент вращения различных вращающихся устройств, приводимых в движение ручной тягой, водой, ветром, постоянными магнитами и (или) электромагнитами. Полезная модель может найти применение в местах, где рядом нет источников электроэнергии, для придания дополнительного момента инерции вращения роторов водяных насосов, буровых установок или привода вращающихся рабочих органов других стационарных или мобильных машин и установок. Технический результат: обеспечивается возможность без потребности подключения к источникам электроэнергии сохранения длительного момента инерции при вращении устройства, который можно использовать для усиления момента вращения других устройств путем передачи на них вращающего момента. Заявленный технический результат достигается за счет того, что усилитель момента вращения, работающий на принципе разности вращающих моментов с разных сторон относительно оси вращения, содержащий спицы, снабженные грузом и установленные на условно горизонтальном валу, отличающийся тем, что, с функцией увеличения результирующего момента вращения и обеспечения его стабильности, каждая спица состоит из двух частей, соединенных между собой механизмом однонаправленного вращения, при этом для увеличения длины спицы и, соответственно, результирующего вращающего момента применяются распрямляющий, с одной стороны устройства и складывающий, с другой стороны устройства, части спицы в одну линию механизм. Недостатком данного решения является слабая тяга усилителя момента вращения. По этой причине грузы колеса не смогут придавать дополнительный момент вращения массивным грузам или при большом сопротивлении и длительно поддерживать момент вращения с ними.
Целью полезной изобретения является устранение недостатка прототипа и обеспечение работоспособности устройства в части сохранения им более длительного момента инерции, который можно использовать для усиления момента вращения других устройств с массивными грузами или при большом сопротивлении.
Технический результат: обеспечивается возможность без потребности подключения к источникам электроэнергии сохранения длительного момента инерции при вращении устройства, который можно использовать для усиления момента вращения других устройств с массивными грузами или при большом сопротивлении путем передачи на них вращающего момента.
Реализация полезной модели
Заявленный технический результат достигается за счет того, что усилитель момента вращения, работающий на принципе разности вращающих моментов с разных сторон относительно оси вращения, содержащий рычаги, снабженные грузом и установленные на условно горизонтальном валу, отличающийся тем, что усилитель момента вращения выполнен содержащим закрепленную на платформе станину, в верхней части которой закреплен жестко механизм на валу, а вал на подшипнике закреплен на станине, в нижней части станины закреплен такой же механизм на подшипниках, движители выполнены в виде парных поршневых машин с поршнем и цилиндром каждый, причем одна полость у половины цилиндров заполнена жидкостью, у каждой пары движителей полости с жидкостью сообщаются через гидропровод; движители установлены попарно на противоположных сторонах механизма с возможностью перемещения механизмов движителей в вертикальной плоскости по замкнутой траектории так, чтобы ось цилиндра всегда оставалась перпендикулярной плоскости цепи вращения механизма; на верхнем и/или нижнем механизме внутри вала вставлена ось, которая имеет свободное вращение внутри вала, но при необходимости фиксируется с валом муфтами крепления, жестко закрепленными на валу, также на валу жестко закреплены звездочки, представляющие собой правильные многогранники с 6 и более гранями, на которые надеваются площадки с цилиндрами, жестко закрепленные на площадках, причем площадки соединены между собой шарнирными соединениями, а гидропровод представляет собой гибкий провод, который соединяется с цилиндрами посредством патрубков и фланцев, где каждый участок гибкого гидропровода имеет на конце фланцы и стыкуется к каждому из выходов соседних гидросистем с цилиндрами; на каждой площадке жестко закреплены не менее двух цилиндров, каждый из которых имеет клапан спуска воздуха, и не менее одной стойки крепления рычажного механизма, представляющего собой стойку, соединенную с пяткой рычага при помощи пальца и подшипника, причем на каждой стойке установлены большой рычаг, на конце которого закреплен груз заданной массы, малый рычаг - пятка рычага, и планка крепления между большим и малыми рычагами для сохранения угла между ними; посредством шарнирных соединений все рычаги соединены между собой и с пальцем, а шток соединен с поршнем цилиндра, причем концы штоков каждой пары цилиндров, размещенные на площадке, также соединены шарнирами с концами пальца рычага.
Кроме того, устройство содержит генератор для отбора энергии и тормоз. Особенностью предлагаемого устройства, подобно прототипу, является то, что подвижные части спиц с закрепленным на них грузом соединяются с неподвижной частью спицы посредством механизма однонаправленного вращения, которым является планка крепления между большим и малыми рычагами для сохранения угла между ними. Это обеспечивает накопление и сохранение разности моментов сил с двух сторон колеса, что приводит к его длительному однонаправленному вращению при незначительном придании момента вращения ручным способом. В целом это позволяет устройству сохранять длительный момент вращения и передавать его на другие устройства с целью использования импульса инерции в качестве дополнительной тяги. Это дает возможность использовать устройство в местах без источников электрической энергии для придания дополнительного момента инерции вращения роторов водяных насосов, буровых установок или привода вращающихся рабочих органов других стационарных или мобильных машин и установок. Благодаря этому работа этих устройств может быть реализована за счет периодического придания ручным способом момента вращения усилителя без потребности вести их непрерывное вращение вручную. Возможность использовать устройство для усиления момента вращения других устройств с массивными грузами или при большом сопротивлении путем передачи на них вращающего момента реализуется за счет использования большого перепада разности масс грузов, действующих по обеим сторонам колес. С одной стороны выпаду рычагов с грузами препятствует планка крепления между большим и малыми рычагами для сохранения угла между ними, а с другой давление в гидропроводе создает силу, выталкивающую поршни с грузами с одной стороны установки. В результате с одной из сторон возникает больший вес жидкости, которая под действием силы тяжести тянет цилиндры с площадками вниз.
Поэтому при потребности провести усиление момента вращения других устройств с массивными грузами или при большом сопротивлении устройство выполняют таким, чтобы общая масса грузов и жидкости в его механизмах была достаточной, чтобы разность масс грузов по его обеим сторонам была большей, чем требуется для создания тяги массивных грузов или при больших сопротивлениях. Прототип такой возможностью не обладает и его раскрутка осуществляется за счет придания колесу больших оборотов. На верхнем и/или нижнем механизме внутри вала вставлена ось, которая имеет свободное вращение внутри вала, но при необходимости фиксируется с валом муфтами крепления, жестко закрепленными на валу. Также на валу жестко закреплены звездочки, представляющие собой правильные многогранники с 6 и более гранями, на которые надеваются площадки с цилиндрами, жестко закрепленные на площадках, причем площадки соединены между собой шарнирными соединениями. Гидропровод представляет собой гибкий провод, который соединяется с цилиндрами посредством патрубков и фланцев, где каждый участок гибкого гидропровода имеет на конце фланцы и стыкуется к каждому из выходов соседних гидросистем с цилиндрами. На каждой площадке жестко закреплены не менее 2 цилиндров, каждый из которых имеет клапан спуска воздуха, и не менее 1 стойки крепления рычажного механизма, представляющего собой стойку, соединенную с пяткой рычага при помощи пальца и подшипника, причем на каждой стойке установлены большой рычаг, на конце которого закреплен груз заданной массы, малый рычаг - пятка рычага, и планка крепления между большим и малыми рычагами для сохранения угла между ними.
Посредством шарнирных соединений все рычаги соединены между собой и с пальцем, а шток соединен с поршнем цилиндра, причем концы штоков каждой пары цилиндров, размещенные на площадке, также соединены шарнирами с концами пальца рычага.
Между большим и малым рычагами каждого цилиндра планкой крепления поддерживается постоянное заданное значение угла, которое выбирают в диапазоне от 80 до 100 градусов. Предпочтительно выдерживать этот угол прямым.
Площадки с внутренней стороны могут иметь закругления, аналогичные по форме соответствующим закруглениям на звездочках.
Принцип работы заявляемого устройства основан на физических законах, аналогичных по действию на водяную мельницу. В водяной мельнице вращение движителей происходит за счет силы, с которой текущая вода падает под действием силы тяжести вниз на лопасти.
Отличием заявляемого устройства является то, что используется сила тяжести, которая, воздействуя на большую массу цилиндров с одной половины установки, тянет всю установку вниз, создавая вращающийся момент. Вместо потока воды как водяной мельнице в устройстве для раскрутки используется ручная тяга, которая впрочем позволяет сохранять длительный момент вращения и при сильной тяге.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показан общий вид установки спереди, где 1 - станина, 2 - платформа установки, 3 - вал, 4 - подшипники, 5 - звездочки, 6 - цилиндр, 7 - площадка, 8 - ось вала, 9 - стык оси вала, 10 - стыковочная выемка оси вала, 11 - муфта для стыковки вала к оси вала, 12 - тормоз установки.
На Фиг.2 показан общий вид установки сбоку.
На Фиг.3 показан принцип стыковки осей вала нескольких установок между собой, где 13 - стыковочные выступы муфты вала, 14 - стыковочные пазы оси вала.
На Фиг.4 показано устройство крепления гибкого шланга к цилиндрам установки (вид сбоку и спереди в разрезе), где 15 - выходная труба цилиндра, 16 - соединительный фланец цилиндра и патрубка, 17 - гибкий трубопровод, 18 - патрубок, соединяющий цилиндр с гидропроводом, 19 - фланец соединений гибкого гидропровода, 20 - болты крепления, 21 - стойка крепления рычажного механизма, 22 - шарниры, 23 - большой рычаг, 24 - малый рычаг, 25 - планка крепления рычагов для сохранения угла между большим и малым рычагами, 26 - груз, 27 - палец соединения штоков цилиндров и малого рычага, 28 - шток цилиндра, 29 - поршень цилиндра.
На Фиг.5 показан клапан спуска воздуха в цилиндре, где 30 - клапан.
На Фиг.6 показан принцип стыковки установок между собой и принцип установки генератора, где 31 - генератор, 32 - крепеж генератора.
Осуществление полезной модели
Устройство (показано на Фиг.1 и Фиг.2) состоит из станины (1), которая крепится на платформе установки (2). В верхней части крепится жестко специальное устройство на валу (3). Вал (3) на подшипнике (4) крепится на станине (1).
В нижней части станины крепится такое же устройство на подшипниках.
На звездочки (5) надеваются площадки (7) с цилиндрами (6). Площадки (7) соединены между собой шарнирными соединениями.
Сами звездочки (5) жестко скреплены с валом (3) и всегда вращаются вместе с ним.
Внутри нижнего и/или верхнего вала (3) вставлена ось вала (8) на подшипниках (4) меньшего диаметра в сравнении с подшипниками, определяющими вращение вала относительно станины.
Ось вала может иметь на одном конце стык (9), а на другом стыковочную выемку (10).
Форма этой выемки соответствует форме стыка и представляют собой с торца правильный многогранник с 3 и более гранями.
При соединении нескольких установок между собой таким способом, оси вала (8) каждой установки могут стыковаться между собой путем вставки стыка (9) в стыковочную выемку (10). На Фиг.3 показан принцип такой стыковки осей вала двух установок.
Также стыковка осей валов между собой может осуществляться и любым другим удобным и известным из уровня техники способом.
Если установка запускается в работу, то ось вала стыкуется с валом посредством муфт (11), (см. Фиг.3) которые жестко скреплены с валом (3). Для этого на муфте могут быть выполнены стыковочные выступы (13), а на оси вала - стыковочные пазы (14). Жесткое скрепление оси вала и вала между собой с помощью муфт может осуществляться и любым другим удобным и известным из уровня техники способом.
В процессе сборки установки сначала на звездочки (5) надеваются гибкий трубопровод (17), представляющий собой жидкостный провод, который соединяется с цилиндрами (6) посредством патрубков и фланцев (см. Фиг.4). В частности, выходная труба цилиндра (15) на конце имеет соединительный фланец (16), который также имеется на одном из концов патрубка (18). Патрубок же имеет на другом конце еще один соединительный фланец (19), служащий для скрепления его с гидропроводом. Каждый участок гибкого гидропровода (17) имеет на конце фланцы (19) и стыкуется к каждому из выходов соседних гидросистем с цилиндрами.
Сама площадка с цилиндрами (7) (см. Фиг.4) кроме цилиндров (6), закрепленных на площадках посредством болтов (20), имеет стойку крепления (21) рычажного механизма, которая также закреплена жестко болтами (20) к площадке (7).
На рычажном механизме установлены большой рычаг (23), на конце которого закреплен груз (26) заданной массы, малый рычаг (24) и планка крепления (25) большого и малого рычагов для сохранения угла между ними.
Посредством шарниров (22) соединены все рычаги (23, 24) между собой, со штоком (28) и с пальцем (27) соединения штоков цилиндров и конца малого рычага, а шток с поршнем (29).
На площадке (7) может быть установлено не менее 1 стойки крепления рычажного механизма (21) и не менее 2 цилиндров (6).
Площадки (7) с внутренней стороны могут иметь закругления, аналогичные по форме соответствующим закруглениям на звездочках (5). Эти закругления способствуют самоцентрировке во время движения установки.
Гибкий гидропровод (17) при вращении не касается вала (3), а держится за счет присоединения к гидросистемам цилиндров на фланцах (19).
Каждый цилиндр (6) внутри полый и имеет поршень (29), с выступающим штоком поршня (28), имеющим свободное вращение относительно оси, параллельной оси вращения рычагов (23, 24). Это обеспечивается за счет крепления штока к поршню посредством шарнира (22).
Рычажный механизм (см. Фиг.4) представляет собой стойку, соединенную с пяткой рычага при помощи пальца и подшипника.
Конец малого рычага (24) через палец (27) соединен со штоком (28). На конце большого рычага (23) закреплен груз (26) определенной массы, которая рассчитывается в зависимости от размеров установки и объема жидкости в цилиндрах.
Мощность установки зависит от диаметра звездочки, количестве ее граней, высоты установки, количества установок, соединенных между собой. Установки могут соединяться между собой через оси (8) вала.
При соединении нескольких установок в систему, на случай необходимости ремонта какой-либо установки или остановки одной из установок для уменьшения мощности, с помощью ослабления крепления муфт (11) отсоединяют ось (8) от вала (3), и с помощью тормозов (12) установки останавливают ее вращение. При этом остальные установки системы продолжают вращение.
Емкость гидропровода заполняется жидкостью, которая через отводы гидросистемы цилиндров попадает в каждый цилиндр. Степень насыщения гидропровода (17) жидкостью полная, но без закачки воды под давлением.
Каждый цилиндр имеет клапан спуска воздуха (30) (см. Фиг.5), который необходимо использовать при заполнении системы жидкостью. В момент заполнения жидкостью гидросистемы установки клапан (30) каждого цилиндра открывают, чтобы из полости цилиндров внутри поршня вышел весь воздух. При этом рычаг вручную прижимают на нагнетание давления поршнем так, чтобы поршень вышел на уровень по линии расположения клапана. Когда из клапана польется жидкость, его закрывают.
После заполнения всех цилиндров жидкостью с выпуском воздуха через клапаны, установка готова к работе.
Принцип работы установки
1
2
Перед заполнением жидкостью установки, она фиксируется тормозами (12), поскольку непосредственно с началом заполнения гидропровода и цилиндров жидкостью, в установке создается крутящий момент на валу, приводящий к шатанию и сдвижению грузов в разные стороны. В гидропроводе имеется отверстие с краном для заполнения жидкостью (на чертежах не показаны), которые могут быть установлены в любом месте гидропровода. Жидкость заполняет цилиндры по одну сторону установки. Число заполненных цилиндров равно / от общего количества цилиндров установки. Муфты (11) и тормоза (12) могут быть выполнены различными (механическими, гидравлическими, электрическими, магнитными, пневматическими, электромеханическими). С увеличением длины площадки (7) ставятся промежуточные звездочки, чтобы уменьшить прогиб площадки.
Вес груза (26) и под действием рычажного механизма, закрепленного со стойкой (21), способствует вытяжению штока (28) с поршнем (29) и как следствие, - заполнению внутреннего пространства цилиндра (6) жидкостью (на Фиг.2 все цилиндры с правой стороны). А с противоположной стороны установки (на Фиг.2 все цилиндры с левой стороны) стойки рычажных механизмов действуют по нагнетанию жидкости в гидропровод и не позволяют вытянуть поршни из цилиндров и жидкостью они почти не заполняются. В результате, с одной стороны установки (на Фиг.2 все справой стороны) возникает больший вес жидкости, которая под действием силы тяжести тянет цилиндры с площадками вниз. Движение их постоянно. Площадки вращают звездочки, а те в свою очередь создают вращение валов.
На один из валов установки на конце стыка оси вала или другим путем жестко на валу может быть закреплен генератор (31), (см. Фиг.6) также жестко крепящийся к неподвижным частям установки - станине (2) или платформе (1) установки посредством крепежа (32). Генератор вырабатывает электрический ток. Электрический ток вырабатывается непрерывно пока происходит вращение установки.
Для остановки установки может использоваться тормоз (12), который фиксирует один из валов (3) относительно станины (2).
Объем емкостей цилиндров может быть различным и рассчитывается в зависимости от массы грузов, размеров установки и объема жидкости в гидропроводе.
Установка может также содержать устройство контроля и управления.
Форма и количество граней звездочки (5) зависит от размера цилиндров (6) и площадок (7), на которые они крепятся. Например, количество граней звездочек может быть от 6 и более. При этом звездочка (5) всегда представляет собой правильный многогранник.
Особенностью установки является возможность стыковки нескольких однотипных установок между собой, что увеличивает мощность вращения оси вала (8), который вращает генератор энергии (3).
Количество установок, которые могут быть состыкованы между собой (см. Фиг.6) может быть от 2 и более, в зависимости от требований к мощности получаемой энергии.
Чем больше установок стыкуются между собой, тем более мощный генератор может быть поставлен на валу оси вращения всей системы из данных установок.
Электрический ток от генератора (31) используется далее по назначению, что чрезвычайно важно в местах, где получение электроэнергии иными способами затруднительно. Например, при накачке воды электронасосом установка позволяет временно (в состоянии вращения) подать через генератор энергию и достаточно приличной мощности, достаточной для работы насоса.
Реализованный описанной конструкции усилитель момента вращения обеспечивает высокую надежность работы без подпитки от источников электроэнергии в различных условиях эксплуатации за счет простоты конструкции.
Возможность регулирования вращающего момента простыми средствами позволяет получить широкий типовой ряд подобных устройств с различными потребительскими характеристиками, что позволит приводить через мультипликаторы тихоходные и быстроходные агрегаты, а также как маломощное, так и мощное энергетическое, насосное, подъемное и обрабатывающее оборудование.
Для придания начального момента раскрутки установки достаточно использовать массу тела человека в качестве стартового груза, создающего разницу масс по обеим сторонам установки. Для чего человеку достаточно просто повиснуть руками на одном из рычагов или потянуть за него, если вся установка выполнена малого размера. Длительный момент вращения будет сохраняться несколько оборотов.