Циклоидный движитель федчишина в.г.

 

Использование: при создании движителей для речных и морских судов. Сущность изобретения: движитель содержит лопасти с посаженными на их оси ведомыми шестернями, кинематически связанными с центральной невращающейся шестерней, жестко соединенной своей осью с червячным колесом, и дополнительно содержит две вертикальные полые стойки обтекаемой формы с размещенными внутри цепными передачами, а в их наружных нишах - тарельчатыми редукторами, соединенными между собой горизонтально расположенными лопастями, имеющими общую линию ориентации. Угловая скорость вращающихся вокруг своих осей лопастей в два раза меньше угловой скорости вращения тарельчатых редукторов. Стойки снабжены стабилизаторами остойчивости, передними закрылками и задними рулевыми устройствами или вместо последних размещены на поворотной платформе. Использование движителя на судах дает им возможность получать одновременно движущую и подъемную силу, а также двигаться по мелководью и выходить на пологий берег. 12 ил.

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при создании движителей для речных и морских судов.

Известен принятый в качестве ближайшего аналога циклоидный движитель, содержащий ротор с приводным валом, центральной шестерней, соединенной с червячным колесом, и лопастями с насаженными на их оси ведомыми коническими шестернями, кинематически связанными посредством сателлитного звена с центральной шестерней с передаточным отношением 2:1.

Цель изобретения получение движущей и подъемной (или погружающей) силы, а также обеспечение возможности передвижения судна с циклоидным движителем на малой скорости по заросшему или заболоченному мелководью, самостоятельного выхода на пологий берег, эффективного торможения хода и движения без разворота в обратном направлении.

Эта цель достигается тем, что роторы попарно установлены в нишах вертикальных пустотелых стоек и соединены между собой лопастями, продольные оси которых размещены горизонтально. Ведомые шестерни лопастей кинематически связаны посредством сателлитных звеньев с центральной невращающейся шестерней передаточным отношением 2: 1. Плоскости всех лопастей дополнительно ориентированы на линию, лежащую на образующей от вращения их осей и изменяющую свое местоположение пропорционально углу поворота червячным колесом центральной шестерни. Для устранения при движении крена судна и коррекции глубины погружения лопастей стойки с наружных сторон снабжены поворотными стабилизаторами устойчивости. С целью обеспечения судна (с двумя двигателями) необходимой маневренности передние стойки в передней части снабжены поворотными закрылками, а задние стойки в задней части рулевыми устройствами. Для придания судну повышенной маневренности один из движителей (например, задний) может быть установлен на поворотной платформе.

При использовании движителя на маломерных судах все шестени тарельчатых редукторов выполняются цилиндрическими, а ведомая шестерня лопасти имеет в два раза больший диаметр по сравнению с центральной шестерней. Независимо от диаметра сателлитной шестерни передаточное отношение между ними равно 2:1.

При использовании движителей на крупногабаритных плавсредствах для уменьшения массы тарельчатых редукторов, все размещенные внутри них шестерни выполняются коническими. Для кинематической связи центральной шестерни с каждой из ведомых дополнительно введены сателлитные звенья из двух посаженных на концах одного вала шестерен, причем, суммарное передаточное отношение составляет 2:1 ( ω₁ 2 ω₂ ). Например: при четырех лопастях i₁ ˙ i₂ 0,8 ˙ 2,5 2,0, а при шести лопастях i₁ ˙ i₂ 0,5 ˙ 0,4 2,0.

Для уменьшения изгибающих нагрузок на вращающиеся лопасти каждая из них имеет в средней части дополнительно профилированное сужение.

На фиг.1 приведена истинная траектория движения лопасти по кинематической схеме Д.Н.Блюмменштрауха; на фиг.2 кинематическая схема соединения цилиндрических шестерен в тарельчатом редукторе движителя для маломерных судов; на фиг.3 циклоидная трактория пространственной ориентации вращающихся лопастей при их подводном качении по условной плоскости; на фиг.4 и 5 способы образования одновременно с движущей и подъемной (или погружающей) силы; на фиг.6 несущая стойка движителя с закрылком и рулевым устройством, вид сбоку; на фиг. 7 несущая стойка движителя с тарельчатым редуктором: вид сзади; на фиг. 8 разрез А-А на фиг.7; на фиг.9 одно кинематическое звено, связывающее конические центральную и ведомую шестерни в тарельчатом редукторе движителя большого судна; на фиг.10 установленный под днищем судна движитель, вид сзади; на фиг.11 судно с установленными на нем двумя движителями, вид сбоку; на фиг.12 швартовка судна с выходом на пологий берег.

Движитель содержит лопасти 1 с посаженными на их оси ведомыми шестернями 2, кинематически связанными с центральной невращающейся шестерней 3. Движитель дополнительно содержит полые вертикальные левую 4 и правую 5 стойки обтекаемой формы, в нижней части каждой из которых в нише размещен тарельчатый редуктор 6 с посаженными на его валу 7 ведомыми звездочками 8 цепной передачи, ведущие звездочки 9 которой посажены на концах вала 10 отбора мощности реверсивного редуктора 11.

В крупногабаритных тарельчатых редукторах 6 ведомая 2 и центральная 3 шестерни выполнены коническими, а кинематическая связь между ними с i₁ ˙ i₂ 2,0 ( ω₁ 2 ω₂ ) осуществляется (взамен шестерен 12) посредством дополнительно введенных сателлитных звеньев 13 из двух шестерен, посаженных на одном валу.

Движитель дополнительно содержит стабилизаторы 14 устойчивости, передние закрылки 15 и задние рулевые устройства 16, поворотно установленные на полых вертикальных стойках 4 и 5. Для повышения маневренности судна один из движителей (например, задний) устанавливается на поворотной плафторме 17. В сильно нагружаемых движителях лопасти 1 дополнительно имеют в средней части профилированные сужения 18. На судах с облегченными режимами нагрузок на лопасти 1 в одном из тарельчатых редукторов 6 обоих движителей все внутренние кинематические звенья, а также расположенные в стойках 4 (или 5) червячные механизмы 19 исключаются, а сами их корпуса могут быть выполнены в виде дисков.

Движитель работает следующим образом.

Вращающий момент от двигателя через реверсивный редуктор 11, вал 10 отбора мощности и звездочки 9 и 8 цепных передач передается на тарельчатые редукторы 6, приводящие во вращение горизонтально расположенные лопасти 1, предварительно выставленные с требуемой ориентацией (фиг.2 5).

С помощью червячных механизмов 19 выставляется тербуемый угол α ориентации лопастей 1, обеспечивающий образование как движущей, так и подъемной сил.

Так как на рейсовом ходу днища судна находится выше, а лопасти движителей ниже уровня волн (в статическом слое), то даже на максимаьлной скорости движения, в том числе в штормовую погоду, полностью исключаются воздействия на корпус энергии волн (качка) и лобовое сопротивление воды. Вращающиеся лопасти, реализуя принцип циклоидного качения по плоскости n-n¹ (фиг.3 и 11), обеспечивают своими плоскостями достаточную динамическую устойчивость судна, а коррекция крена и стабилизация уровня их погружения осуществляется в общей сложности с помощью четырех поворотных стабилизаторов 14 остойчивости. Поворот судна влево или вправо осуществляется одновременным поворотом в ту же сторону (относительно направления хода) передних закрылков 15 и задних рулевых устройств 16 на требуемый угол.

Судно обладает большей маневренностью, если один из движителей (например, задний) размещен на поворотной платформе 17, в этом случае исключаются закрылки 15 и рулевые устройства 16 за ненадобностью. Для снижения скорости хода судна ведомые шестерни реверсивного редуктора 11 устанавливаются в нейтральное положение и в зависимости от времени холостого проворачивания (по инерции и под воздействием встречного потока воды) лопасти будут плавно тормозить судно вплоть до полной его остановки. Изменение направления хода на противоположное осуществляется реверсивным редуктором 11. При этом с помощью червячных механизмов 19 корректируется ориентация лопастей 1 (изменяется направление угла α). При частичном или полном выходе судна на мягкий прибрежный грунт (песок) лопасти 1 вышедшего из воды движителя разворачиваются вокруг своих осей на угол 90^о (фиг.5) для соприкосновения с контактируемой поверхностью всей плоскостью. Тарельчатые барабаны движителей осуществляют качение по условной подводной плоскости (поверхности) h-h', а лопасти совершают вращательно-поступательное движение по циклоидной траектории ВВ₁В₂ или АА₁А₂ с шагом t, при этом, за один цикл движения (оборот тарельчатого редуктора) каждая лопасть, затормаживаясь, повернется вокруг своей оси в том же направлении только на полоборота, перераспределяя в каждый момент в обратном порядке движущую и подъемную силы по синусоидальному закону. Дополнительная ориентация плоскостей лопастей на линию с лежащей на ней точкой А (фиг.4, 5) позволяет существенно увеличить подъемную F_в (или погружающую F_н) силы за счет соответствующего уменьшения F_г. Так как F_в не зависит от скорости хода судна, то при совмещении у обоих движителей линий с точкой А с плоскостью, проходящей через оси вращения ОО₁О₂, корпус судна может быть поднят над поверхностью воды даже при V_i 0. Это позволяет существенно сократить время выхода отшвартованного судна на рейсовую скорость.

Формула изобретения

Циклоидный движитель, содержащий ротор с приводным валом, центральной шестерней, соединенной с червячным колесом и лопастями с насаженными на их оси ведомыми коническими шестернями, кинематически связанными посредством сателлитного звена с центральной шестерней с передаточным отношением 2 1, отличающийся тем, что роторы попарно установлены в нишах вертикальных пустотелых стоек обтекаемой формы и соединены между собой лопастями, продольные оси которых размещены горизонтально, сателлитное звено выполнено в виде двух конических шестерен, посаженных на концах вала, при этом лопасти первоначально установлены с ориентацией их плоскостей на ось одной из лопастей, плоскость которой расположена горизонтально.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12