Рекуператор
Полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована на любых наземных транспортных средствах, эксплуатируемых преимущественно в городских условиях для снижения затрат на эксплуатацию и повышения экологичности.
Технический результат - повышение КПД рекуператора и эффективности торможения транспортного средства.
Сущность изобретения: Рекуператор, содержит аккумулятор механической энергии, кинематически соединенный с колесами транспортного средства, а трубопроводами 11 и 14 с ресивером 13 и органами управления, установленный с возможностью аккумулировать и расходовать энергию сжатого воздуха в ресивере 13 соответственно при торможении и движении. Аккумулятор механической энергии выполнен в виде гидропневмоцилиндра 1, поршневая полость (А) которого заправлена сжатым воздухом и соединена трубопроводом 11 с ресивером 13, а штоковая полость (Б) заполнена маслом и через золотниковый клапан 16 и обратный клапан 15 соединена с гидробаком 18. В штоке 2 гидроневмоцилиндра 1 смонтирована шарико-винтовая передача, винт 3 которой посредством цепной передачи 19 соединен с валом 20 реверсивного механизма, выходное звено которого связано посредством второй цепной 31 передачи с карданным валом 32 транспортного средства.
Полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована на любых наземных транспортных средствах, эксплуатируемых преимущественно в городских условиях для снижения затрат на эксплуатацию и повышения экологичности.
Известен способ Петросова для рекуперации энергии торможения автомобиля (патент РФ, 
2119434, B60K 6/10, F03G 7/08 1998 г.), заключающийся в накоплении энергии автомобиля перед его остановкой в механическом накопителе энергии, представляющем собой пружинный элемент (например, витую плоскую пружину), заневоленный (скручиваемый) вокруг оси вала, связывающего двигатель с ходовой частью автомобиля, для использования этой энергии при последующем движении автомобиля.
Недостатком данного способа является расположение пружинного элемента между двигателем и ходовой частью автомобиля, что приведет к передаче крутящего момента на двигатель в процессе возврата энергии. Кроме того, предлагаемый упругий элемент имеет низкую энергоемкость, т.е. низкий КПД, что делает невозможным его применение для накопления энергии торможения автомобиля.
Известен рекуперативный гидропривод (АС СССР, 1024622, F16Н 33/02 1983 г.), содержащий обратимую гидромашину, связанную с трансмиссией, газовый баллон, два гидроаккумулятора, каждый из которых включает поршневой разделитель сред с образованием газовой и жидкостной камер и датчик наполнения, электроуправляемый золотниковый клапан, гидробак и источник электропитания с управляющим устройством золотникового клапана, причем газовый баллон соединен с газовыми камерами гидроаккумуляторов, всасывающий и нагнетательный каналы гидромашины связаны через золотниковый клапан с гидробаком и жидкостными камерами гидроаккумуляторов, а выходы датчиков наполнения связаны с управляющим устройством, причем каждый гидроаккумулятор снабжен дополнительным подпружиненным поршнем, фиксаторами положения поршня с электроуправлением и датчиками опорожнения, причем датчики опорожнения и наполнения выполнены в виде конечных выключателей, подпружиненный поршень установлен в жидкостной камере с образованием пружинной и беспружинной полостей, последняя образована двумя поршнями гидроаккумулятора и соединена с золотниковым клапаном, элементы управления фиксаторов и выходы датчиков опорожнения связаны с управляющим устройством золотникового клапана, а нагнетательный канал гидромашины связан через дополнительно установленный клапан с гидробаком.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, а также то, что для преобразования энергии сжатого газа в кинетическую энергию самоходной машины используются гидромашина, имеющая внутренние утечки, которые резко увеличиваются по мере ее износа. Это приводит к постепенному снижению ее КПД и эффективности всей рекуперативной системы. В зимнее время значительно повышается вязкость масла, что также снижает КПД.
Наиболее близким из известных технических решений является рекуператор (патент РФ, 2214928, B60K 6/12, 2001 г.) содержащий аккумулятор механической энергии, кинематически соединенный с колесами транспортного средства, а трубопроводами - с ресивером и органами управления и установленный с возможностью аккумулировать и расходовать энергию сжатого воздуха в ресивере соответственно при торможении и движении, содержит теплообменник, установленный с возможностью теплообмена сжатого воздуха, циркулирующего между ресивером и аккумулятором механической энергии, который выполнен в виде теплоизолированного ротационно-пластинчатого компрессора, который своим ротором кинематически соединен с колесами транспортного средства, а упомянутые ресивер и трубопроводы содержат теплоизолированную оболочку.
Недостатком данного рекуператора является то, что аккумулятор механической энергии выполнен в виде ротационно-пластинчатого компрессора, что предполагает низкий КПД и низкую эффективность торможения.
В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции рекуператора энергии торможения транспортного средства, обладающего высоким КПД.
Техническим результатом заявленного рекуператора является повышение КПД и эффективности торможения.
Указанный технический результат достигается тем, что рекуператор, содержащий аккумулятор механической энергии, кинематически соединенный с колесами транспортного средства, а трубопроводами - с ресивером и органами управления и установленный с возможностью аккумулировать и расходовать энергию сжатого воздуха в ресивере соответственно при торможении и движении, при этом аккумулятор механической энергии выполнен в виде гидропневмоцилиндра, поршневая полость которого заполнена сжатым воздухом и соединена трубопроводом с ресивером, а штоковая полость заполнена маслом и через золотниковый и обратный клапан соединена с гидробаком, причем в штоке гидроневмоцилиндра смонтирована шарико-винтовая передача, винт которой посредством цепной передачи соединен с валом реверсивного механизма, выходное звено которого связано посредством второй цепной передачи с карданным валом транспортного средства.
Благодаря тому, что изменение давления сжатого воздуха в ресивере не велико (не более 50%) его нагрев, при сжатии незначителен, поэтому потери энергии связанные с теплообменом с окружающей средой малы, что повышает КПД рекуператора.
Вследствие того, что потери энергии в уплотнениях гидропневмоциллиндра, а так же при передаче крутящего момента от шарико-винтовой передачи, и других передач малы, рекуператор обладает высоким КПД.
Вследствие того, что при торможении транспортного средства давление в ресивере непрерывно повышается, постоянно увеличивается тормозной момент, даже несмотря на снижение частоты вращения вплоть до остановки транспортного средства, что обеспечивает высокую эффективность торможения.
На фиг.1 представлена схема рекуператора продольный разрез.
Рекуператор содержит монтируемый на раме транспортного средства аккумулятор механической энергии, включает в себя: гидропневмоцилиндр 1, имеющий поршень со штоком 2, внутри которого размещен винт 3 шарико-винтовой передачи с гайкой 4. Гидропневмоцилиндр 1 соединен с опорой 5, в которой установлен подшипник 6 винта 3. На опоре 5 имеются продольные пазы 7, в которые входят снабженные подшипниками цапфы гайки 4, что предотвращает вращение гайки вокруг оси. Одна из цапф имеет удлинение 8, которым она взаимодействует с концевыми выключателями 9 и 10, установленными на гидропневмоцилиндре 1. Поршневая полость А гидропневмоцилиндра 1, заполнена сжатым воздухом и посредством трубопровода 11 сообщается через тройник с датчиком давления 12 и вентилем с полостью ресивера 13, выполненного в виде баллона, монтируемого на транспортном средстве. Штоковая полость Б гидропневмоцилиндра заполнена жидкостью и посредством трубопровода 14 через обратный клапан 15, а также золотниковый клапан 16, управляемый электромагнитом 17, сообщается с гидробаком 18. Винт 3 через цепную передачу 19 связан с валом 20 реверсивного механизма, который закреплен посредством опоры 21 на раме транспортного средства. Реверсивный механизм выполнен планетарным и содержит две пары цилиндрических шестерен. Шестерня 22 первой пары закреплена на валу 20, и взаимодействует с шестерней сателлитной пары 23, ось которой закреплена на водиле 24, вторая шестерня сателлитной пары 23 находится в зацеплении с шестерней 25, которая связана с диском тормоза 26, взаимодействующим с суппортом 27. Суппорт 27 гидравлически связан с тормозным гидропневмоцилиндром 28, управляемым электромагнитом 29. На корпусе водила 24 закреплена звездочка 30 цепной передачи 31, посредствам которой оно связано с карданным валом 32, а также установлена муфта свободного хода 33, взаимодействующая с установленной на шлицах вала 20 кулачковой муфтой 34, управляемой электромагнитом 35 через рычаг 36, взаимодействующий с концевым выключателем 37, закрепленным на опоре 21.
Рекуператор содержит систему управления, включающую электрические цепи управления разгоном и торможением транспортного средства. Цепь управления разгоном транспортного средства содержит последовательно соединенные электромагнит 17 управления золотниковым клапаном 16, нормально разомкнутый концевой выключатель 37 кулачковой муфты 34, электромагнит 35 кулачковой муфты 34, нормально разомкнутый выключатель 38, установленный на педали газа и нормально замкнутый концевой выключатель 9 разрядки ресивера 13. Цепь управления торможением содержит последовательно соединенные электромагнит 29 тормозного механизма, нормально разомкнутый выключатель 39 педали тормоза и нормально замкнутый концевой выключатель 10 зарядки ресивера 13, причем обе цепи через центральный выключатель ЦВ соединены с источником питания. Кроме того, система управления снабжена нормально замкнутым, последовательно соединенным с центральным выключателем реле Р1, управляемым электронным блоком, срабатывающим от датчика частоты вращения карданного вала 32, а также нормально замкнутым, последовательно соединенным с центральным выключателем ЦВ реле Р2, которое управляется концевым выключателем коробки передач, срабатывающим при включении передачи заднего хода. На панели транспортного средства устанавливается индикатор И давления газа в ресивере 13, связанный с датчиком давления 12.
Рекуператор работает следующим образом.
При включении центрального выключателя ЦВ подается напряжение на цепи управления, датчик давления 12 и индикатор И, который показывает степень зарядки ресивере 13. В случае, когда ресивер 13 не заряжен, водитель должен осуществлять разгон автомобиля, в штатном режиме. При последующем торможении водитель слегка нажимает на педаль тормоза, не вызывая ее перемещения от упора к которому она предварительна поджата пружиной и включает выключатель 39, при этом подается напряжение на обмотку электромагнита 29, в результате чего гидропневмоцилиндр 28 подает давление на суппорт 27, затормаживающий диск тормоза 26. При этом крутящий момент с карданного вала 32 посредствам цепной передачи 31 передается на винт 3 через шестерню 25, сателлитную пару 23, шестерню 22, вал 20 и цепную передачу 19. Винт 3 перемещает шариковую гайку 4 и поршень со штоком 2 внутри гидропневмоцилиндра 1, повышая давление в ресивере 13. Одновременно с этим происходит перетекание жидкости из гидробака 18, посредством трубопровода 14 через обратный клапан 15 в штоковую полость Б гидропневмоцилиндра 1. После полной зарядки ресивера 13 срабатывает концевой выключатель 10, в результате чего растормаживается диск тормоза 26, а жидкость в полости Б запирается обратным клапаном 15 поэтому обратного вращения винта 3 не происходит. Если, при этом, транспортное средство не остановилось, водитель продолжает давить на педаль тормоза, в результате чего срабатывает штатная тормозная система. В случае, если транспортное средство остановилось до полной зарядки ресивера 13, обратного вращения винта 3 и движения транспортного средства не происходит и до снятия ноги водителя с педали тормоза, пока выключатель 39 замкнут, автомобиль будет находится в заторможенном состоянии, то есть удерживаться на спуске или подъеме.
Если при заряженном ресивере 13 и включенном центральном выключателе ЦВ, водитель стоящего автомобиля слегка нажимает на педаль газа, не вызывая ее перемещения от упора к которому она предварительна поджата пружиной и включает выключатель 38 подается напряжение на обмотку электромагнита 35 кулачковой муфты 34 после включения которой срабатывает концевой выключатель 37 и подается напряжение на обмотку электромагнита 17, открывающего золотниковый клапан 16. При этом поршень со штоком 2 через шариковую гайку 4 давит на винт 3 и создает на нем момент, который через цепную передачу 19 вал 20, кулачковую муфту 34, муфту свободного хода 33, корпус водила 24 и цепную передачу 31 передается на карданный вал 32, в результате чего транспортное средство начинает движение и ускоряется. После этого срабатывает концевой выключатель 9 и размыкает цепь электромагнита 35, выключая при этом кулачковую муфту 34 и золотниковый клапан 16 и транспортное средство продолжает движение по инерции. Для дальнейшего повышения скорости водитель может продолжить разгон транспортного средства в штатном режиме. Если водитель закончил разгон и отпустил педаль газа до снижения давления в ресивере 13 до минимального, то размыкается выключатель 38, также выключая при этом кулачковую муфту 34 и золотниковый клапан 16 и транспортное средство продолжает движение по инерции с выключенным рекуператором, находящемся в ждущем режиме. Если водитель повторно нажимает на педаль газа, то есть замыкает выключатель 38, срабатывают электромагнит 35, включающий концевой выключатель 37 и кулачковую муфту 34, что приведет к скольжению в муфте свободного хода 33 и к началу вращения винта 3, который быстро набирает обороты и начинает передавать момент через муфту свободного хода 33, корпус водила 24, цепную передачу 31 и карданный вал 32, ускоряя транспортное средство.
Если при движении транспортного средства водитель набрал скорость больше заданной в электронном блоке, то он автоматически отключает реле Р1, которое обесточивает цепи управления, то есть отключает рекуператор.
В случае если водитель включит передачу заднего хода, то срабатывает реле Р2, которое управляется концевым выключателем коробки передач и рекуператор автоматически отключается, что обеспечивает безопасную работу рекуператора.
Рекуператор, содержащий аккумулятор механической энергии, кинематически соединенный с колесами транспортного средства, а трубопроводами - с ресивером и органами управления и установленный с возможностью аккумулировать и расходовать энергию сжатого воздуха в ресивере соответственно при торможении и движении, отличающийся тем, что аккумулятор механической энергии выполнен в виде гидропневмоцилиндра, поршневая полость которого заполнена сжатым воздухом и соединена трубопроводом с ресивером, а штоковая полость заполнена маслом и через золотниковый и обратный клапан соединена с гидробаком, причем в штоке гидропневмоцилиндра смонтирована шариковинтовая передача, винт которой посредством цепной передачи соединен с валом реверсивного механизма, выходное звено которого связано посредством второй цепной передачи с карданным валом транспортного средства.
