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.

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. 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 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).

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.

1. Сумматор моментов вращения, включающий колесо, на ободе которого равномерно размещены два или более свободно висящих груза, каждый из которых снабжен двумя осями, при этом одна ось груза закреплена в подшипниковой опоре на колесе, вторая ось груза закреплена в подшипниковой опоре на дополнительном суммирующем ободе, а суммарный вращающий момент снимается с любой из осей, которые расположены на колесе.

2. Сумматор моментов вращения по п.1, отличающийся тем, что подшипниковые опоры грузов размещены на внутренних поверхностях обода колеса и суммирующего обода.

3. Сумматор моментов вращения по п.2, отличающийся тем, что внешняя поверхность суммирующего обода катится по роликам, исключающим раскачивание обода вместе с грузами.