Автоматическая подстройка резонанса и компенсатор мертвых точек кривошипного механизма

 

Полезная моделей относится к вибрационной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Автоматическая подстройка резонанса для механических колебательных систем, состоящая из резонатора. Резонатор состоит из катушки индуктивности, источника магнитного поля и конденсатора, образуя колебательный контур, собственная частота которого автоматически подстраивается под частоту вынужденных колебаний системы путем изменения индуктивности катушки или емкости конденсатора. Резонатор устроен таким образом, чтобы источник магнитного поля, двигаясь к мертвой точке относительно катушки, вырабатывал ток ЭДС индукции, который перетекает на конденсатор, а двигаясь от мертвой точки, ток перетекал на катушку и отталкивал источник магнитного поля в сторону его движения. В случае если в механизме совершается несколько колебаний в разных фазах, то выработанный ток ЭДС может перетекать от одного катушки индуктивности к другой без использования конденсатора. В случае использования в двигателе внутреннего сгорания передача поступательной энергии на резонатор производится через четыре стержня, жестко закрепленные на поршне и проходящие сквозь коленвал в области между подшипником и противовесом таким образом, чтобы при работе не соприкасаться с коленвалом и шатуном. Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение КПД колебательного механизма и снижение нагрузки с движущихся деталей за счет применения эффекта резонанса и преобразовании энергии на основе взаимодействия источника магнитного поля и проводника.

Полезная модель относится к вибрационной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Уровень техники:

Винтовая пружина растяжения-сжатия для резонансных механических колебательных систем, торцы которой выполнены с возможностью механического присоединения к ним деталей колебательной системы, выполнена витой. RU 2006102775/11, B06B 1/10 реферат, опубликованный 20.08.2007.

К недостаткам данной конструкции можно отнести:

Отсутствие точной регулировки собственной частоты резонатора (пружины).

Из предшествующего уровня техники известен турбонагнетатель с центростремительной турбиной, содержащий направляющий аппарат с сопловыми лопатками, установленный в корпусе, и улитку турбины. RU 2011850, F01D 1/08.

К недостаткам данной конструкции можно отнести:

Возрастания мощности двигателя внутреннего сгорания при использовании турбонагнетателя происходит за счет увеличения расхода топливовоздушной смеси, однако увеличение давления в цилиндре обусловлено преобразованием части поступательно энергии поршня в энергию вращения крыльчатки, которая в свою очередь преобразуется в нарастание давления в цилиндре. Таким образом турбонагнетатель является преобразователем энергии, оказывая сопротивление движению поршня при выталкивании газов тем самым компенсируя верхнюю мертвую точку, но нижняя мертвая точка остается некомпенсированной и часть поступательная энергия поршня при подходе к нижнее мертвой точке переходит в напряжение коленвала, что приводит к снижению кпд.

Раскрытие полезной модели

Задача, на решение которой направлено данное техническое решение заключается в увеличении КПД и снижение нагрузки на движущиеся части колебательных механизмов работающих в диапазоне частот.

Данная задача реализуется за счет того, что в качестве резонатора используется источник магнитного поля и колебательный контур. Два полярных магнита устанавливаются на колеблющуюся часть механизма одноименными полюсами к центру по оси катушки индуктивности, таким образом, чтобы при подходе к мертвым точкам один из магнитов вводился в катушку и вырабатывал ток ЭДС индукции, а другой удалялся, после чего ток поступал на конденсатор, при последующей разрядке конденсатора обратно на катушку ее магнитное поле взаимодействовало с выводящимся магнитом и подталкивало его вместе с колеблющейся частью механизма удаляясь от мертвой точки. Собственная частота колебательного контура состоящего из конденсатора и катушки регулируется изменением индуктивности катушки или емкости конденсатора и может корректироваться после каждого колебания автоматически путем подачи сигнала с датчика колебаний механизма. Расположение колебательного контура не принципиально и может располагаться на движущейся части, а источники магнитного поля на статической части механизма.

В случае если в механизме совершается несколько колебательных процессов на одной частоте то при соответствующим соотношении фаз ток ЭДС индукции, создаваемы в катушке, при вводе в нее магнита одного узла может быть направлен на катушку другого узла, находящегося в мертвой точке, создавая вокруг нее магнитное поле и взаимодействуя с магнитом подталкивать в сторону его движения, без использования конденсатора.

Так же ток ЭДС индукции создаваемый в катушке индуктивности может быть направлен на аккумулятор или иные нагрузки.

Снижение нагрузки на движущиеся части системы происходит за счет передачи части поступательной энергии, через взаимодействие источника магнитного поля и катушки на корпус устройства.

Одним из недостатков двигателей внутреннего сгорания является неполное преобразование поступательной энергии поршня во вращательную, которая тратится на напряжение коленвала в большей степени на 1/8 оборота до и после мертвой точки. При замедлении поршня его кинетическая энергия, передаваемая на вращение коленвала снижается, и возрастает величина затрачиваемой энергии на напряжение коленвала, а при разгоне поршня затрачивает дополнительную энергия системы на разгон поршня. Для сглаживания мертвых точек кривошипного механизма и снижение нагрузки на коленвал можно использовать резонатор, накапливающие или передающие поступательную энергию поршня при подходе к мертвой точке и отдающие ее при разгоне поршня. Резонатор устанавливается вдали от траектории движений шатуна сбоку или под коленвалом. Поступательная энергия от поршня передается через стержни или пластины, жестко закрепленные на поршне, и проходящие в области между подшипником и противовеса коленвала, после чего скрепляются пластиной под коленвалом, так чтобы стержни при работе не соприкасались с движущимися частями. Так же стержни могут располагаться в области между коленвалом и шатуном в случае, если компенсаторы расположены по бокам. Классическое исполнение коленвала не пригодно для установки стержней или пластин и требует удлинения.

В результате использования резонатора снижается нагрузка на коленвал и появляется возможность увеличить максимальную частоту вращения.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение КПД колебательного механизма и снижение нагрузки с движущихся деталей за счет применения резонатора с переменной собственной частотой на основе взаимодействия источника магнитного поля и проводника.

Примером промышленной применимости автоматическая подстройка резонанса и компенсатор мертвых точек кривошипного механизма является, представленные схемы на фиг. 1-3.

На фиг 1. Деталь, совершающая вынужденные колебания и резонатор в виде колебательного контура.

На фиг 2. Схема двигателя внутреннего сгорания с резонатором.

На фиг 3. Разрез А-А четвертого цилиндра двигателя внутреннего сгорания.

Автоматическая подстройка резонанса, изображенная на фиг 1, работает следующим образом:

На Корпус устройства закрепляется катушка индуктивности 1 соединенная с конденсатором 5, образуя колебательный контур, внутри которой колеблется деталь 2 с закрепленными на ней двумя постоянными магнитами 3 и 4 на некотором расстоянии друг от друга одноименными полюсами к центру. Датчик частоты колебаний системы через электронный блок соединен с колебательным контуром и после каждого колебания подстраивает его собственную частоту в резонанс с частотой системы путем изменения индуктивности катушки или емкости конденсатора. Находясь в среднем положении, деталь 2 начинает колебаться и вводить магнит 3 внутрь катушки 1 тем самым вырабатывая ток ЭДС, который поступает на конденсатор 5, достигнув мертвой точки, деталь 2 меняет направление вместе с направлением тока в цепи, ток поступает с конденсатора 5 на катушку 1, создавая вокруг нее магнитное поле и взаимодействуя с магнитом 3 подталкивает движущуюся деталь 2. Пройдя среднюю точку, в катушку 1 начинает вводиться магнит 4 и вырабатывать ток ЭДС индукции, накапливая его на конденсаторе 5, достигнув мертвой точки, деталь 2 меняет направление вместе с направлением тока в цепи и подталкивается под действием сформировавшегося магнитного поля в катушке. Тем самым подстраивая частоту колебательного контура под частоту вынужденных колебаний детали 2 достигается эффект резонанса.

В случае если в механизме совершается несколько колебательных процессов, то ток ЭДС может передаваться с одной катушки на другую. В качестве примера рассмотрим 4 цилиндровый двигатель внутреннего сгорания, изображенный на фиг 2 и 3 с крестообразным коленвалом 8 устроенный таким образом, чтобы поршни проходили мертвые точки один за другим через четверть оборота. На корпус двигателя устанавливаются катушки индуктивности 6 под коленвалом, а к поршню каждого цилиндра жестко закрепляется стержни 7 проходящие в области между подшипником и противовесом коленвала, после чего скрепляются пластиной 9 под коленвалом. На пластину 9 закрепляются два постоянных магнита на некотором расстоянии друг от друга одноименными полюсами к центру. Первый цилиндр, находясь в средней точке, начинает двигаться к нижней мертвой точке и вводить магнит, установленный на пластине 9 в катушку 6, тем самым вырабатывая ток эдс. Ток с первого цилиндра перетекает на катушку 6 второго цилиндра находящуюся в мертвой точке, создавая в ней магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита и подталкивается в сторону его движения. В дальнейшем циклы повторяются, и выработанный ток с катушки на поршне начинающего остановку передается на катушку поршня начинающего движение. Таким образом, используя взаимодействия магнита и катушки индуктивности, меньше энергии тратится на напряжение коленвала при остановке поршня, которая направляется на его разгон после мертвой точки. Распределением тока между катушками производится при помощи блока управления.

1. Автоматическая подстройка резонанса для механических колебательных систем, состоящая из резонатора, отличающаяся тем, что резонатор состоит из источника магнитного поля и проводника, которые устанавливаются на колебательную систему таким образом, чтобы источник магнитного поля при совершении колебаний взаимодействовал с проводником, двигаясь к мертвой точке, вырабатывал ток ЭДС индукции, который перетекает на конденсатор, образуя колебательный контур, а двигаясь от мертвой точки, ток перетекает с конденсатора на проводник и взаимодействует с источником магнитного поля, или выработанный ток ЭДС индукции перетекает на другой проводник и взаимодействует с источником магнитного поля, или выработанный ток ЭДС индукции перетекает на иной потребитель энергии.

2. Автоматическая подстройка резонанса по п. 1, отличающаяся тем, что колебательный контур автоматически подстраивается в резонанс с системой, совершающей вынужденные колебания путем изменения индуктивности проводника или емкости конденсатора.

3. Автоматическая подстройка резонанса по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве проводника используется катушка индуктивности.

4. Автоматическая подстройка резонанса по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве источника магнитного поля используется постоянный или электромагнит.

5. Автоматическая подстройка резонанса по п. 1, отличающаяся тем, что в кривошипном механизме передача поступательной энергии поршня передается через стержни или пластины, закрепленные на поршне и проходящие под коленвал в области между подшипником и противовесом коленвала.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к вибрационной технике и может быть использована в различных отраслях хозяйственной деятельности

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована в системах активного воздействия на нарушителей охраняемых акваторий и подводных объектов
Наверх