Движитель
Изобретение относится к транспортным средствам высокой проходимости. Движитель содержит платформу, подпружиненный маятник с бойком, сектор колебаний которого расположен в плоскости движения. Движитель снабжен рамой и шкивами. Рама выполнена с упорами, закрепленными на ее стойках, установленных на платформе и связанных с маятником пружинами в плоскости его колебаний. На маятнике расположен шкив с кривошипом, который предназначен для вращения от шкива привода. Боек на маятнике установлен с возможностью взаимодействия с упором. Осевая линия сектора колебаний колебательного элемента расположена перпендикулярно направлению движения. Технический результат - расширение области использования. 1 ил.
Изобретение относится к транспортной технике, в частности к движителям транспортных средств высокой проходимости.
Известен движитель (см. А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам, стр.47-48. "Машиностроение", Москва, 1987 г. - аналог).
В этом движителе на стойке платформы наклонно, в сторону движения, установлен подпружиненный маятник с кривошипом на конце.
Расположение кривошипа на маятнике в процессе его вращения создает колебания маятника, при этом происходит изменение его момента инерции из-за изменения положения центра тяжести. Однако наклонное расположение маятника не позволяет непосредственно колебаниями маятника перемещать платформу и эффективно сочетать изменение момента инерции маятника с действующими силами. Поэтому возникает неустойчивость движения, низкая скорость, тяговое усилие и высокая энергоемкость.
Известен движитель (см. И.Гулиа. Инерцоиды без инерции. "Техника и наука", 1979, №3, стр.18 - прототип).
Этот движитель включает платформу, маятник с бойком на конце, сектор колебаний которого расположен в плоскости движения. Маятник подпружинен по оси его поворота и установлен с возможностью взаимодействия бойка с упором, расположенным на платформе, при этом платформа закреплена на конце рычага, подвешенного на струне, и уравновешена противовесом.
Перемещение платформы и соответственно конца рычага в этом движителе предусматривается только путем взаимодействия бойка с упором. Изменение момента инерции маятника исключается как самой конструкцией, так и тем, что связанное с ним изменение положения центра тяжести маятника может создавать колебания конца рычага, разбалансировку платформы и нарушение работы всей системы. Перемещение только путем взаимодействия бойка с упором повышает энергозатраты, снижает скорость и тяговое усилие.
Задачей изобретения является снижение энергозатрат на перемещение, увеличение скорости и тягового усилия движителя.
Задача достигается тем, что движитель содержит платформу, подпружиненный маятник с бойком, сектор колебания которого расположен в плоскости движения. На платформе движителя закреплена рама, на ее стойках установлены упоры, на маятнике расположен шкив с кривошипом, который предназначен для вращения от шкива привода. Боек на маятнике установлен с возможностью взаимодействия, по меньшей мере, с одним упором. Маятник через пружины связан со стойками рамы в плоскости его колебаний, а осевая линия сектора колебаний колебательного элемента расположена перпендикулярно направлению движения.
Закрепление кривошипа на шкиве позволяет передать крутящий момент от шкива привода на кривошип. Перпендикулярное расположение оси сектора колебаний колебательного элемента, включающего кривошип, маятник и боек, позволяет при определенном направлении вращения кривошипа в соответствующем направлении перемещать платформу. Такое перемещение осуществляется непосредственно колебаниями маятника с максимальной угловой скоростью, когда они совершаются в заданную сторону движения. Передача усилия от маятника на платформу происходит через пружины и стойки рамы, которые связаны с ними и расположены в одной плоскости колебаний маятника. Платформа при таком перемещении приподнята относительно опорной поверхности. Колебания маятника в обратном направлении осуществляются аналогично, но с минимальной угловой скоростью, с повышенной силой трения платформы об опорную поверхность и без взаимодействия бойка с упором. Поэтому результирующим перемещением является устойчивое движение в заданном направлении, при котором снижаются энергозатраты на перемещение, повышается скорость движения и тяговое усилие за счет приподнятого положения платформы.
На чертеже изображена схема движителя, симметричная относительно вертикальной оси. Движитель содержит платформу 1, согнутую по краям, на которой вертикально установлена рама 2, выполненная из проката. На середине горизонтальной части рамы 2 установлена ось 3, на ней шарнирно подвешен маятник 4, выполненный из проката, и расположен блок шкивов 5, 6. Шкив 6 через ременную передачу 7 связан со шкивам 8 с закрепленным на нем кривошипом 9 на оси 10, расположенной на конце маятника 4, здесь же расположен боек 11 с упругими торцами полусферической формы. По ходу качения бойка 11 установлены упоры 12 и 13 в гайки 14 с возможностью регулировки, отключения и включения в работу. Гайки 14 закреплены на стойках рамы 2. Выше упоров 12 и 13 закреплены одними концами на маятнике 4 пружины 15 и 16, а другими концами с болтами соответственно 17 и 18 с возможностью регулирования в гайках 19, закрепленных на стойках рамы 2. Шкив 5 блока шкивов 5, 6 связан ременной передачей с приводом вращения (ременная передача и привод вращения на чертеже не показаны).
На чертеже также показаны действующие силы, в их числе центробежная сила кривошипа Р и пара сил Т, Т-крутящего момента привода вращения в характерных точках положения кривошипа в цикле, где они равны натуральной величине. Проекции этих сил в других положениях кривошипа изменяются - вертикальные по закону синуса, а горизонтальные по закону косинуса.
Перед началом перемещения движителя вперед по указанной на чертеже стрелке упор 12 выключается вращением его в гайке 14. Вращение привода включается против часовой стрелке, как указано на чертеже. Крутящий момент от привода кривошипу 9 передается через ременную передачу привода на шкив 5 блока шкивов 5, 6, шкив 6, ременную передачу 7 и шкив 8. Кривошип 9 приводится во вращательное движение. На малых оборотах вращения кривошипа 9 движитель не перемещается. С увеличением частоты вращения величина действующих сил возрастает и движитель начинает перемещаться вперед.
В нижнем положении кривошипа 9 сила Т1 поворачивает его вокруг оси 10 в сторону движения. Сила Т1 направлена против направления движения и поворачивает маятник 4 (вместе со всеми деталями, образующими колебательный элемент) вокруг оси 3 с минимальной угловой скоростью, так как момент инерции максимальный согласно закону сохранения момента количества движений, по которому произведение момента инерции на угловую скорость является величиной постоянной. Центробежная сила кривошипа - Р1 в это время через ось 10, маятник 4, ось 3 и раму 2 прижимает платформу 1 к опорной поверхности, увеличивая силу сопротивления перемещению движителя. Маятник 4, совершая такие колебания через пружину 16, болт 18, гайку 19, стойку рамы 2, перемещает платформу 1 против направления движения, но в связи с низкой угловой скоростью колебаний и прижатия платформы 1 к опорной поверхности перемещения ее создаются минимальные.
В крайне правом положении кривошипа 9 сила Т2 поворачивает его вверх, сила Т2 прижимает платформу 1 к опорной поверхности, сила Р2 приводит в колебания маятник 4 по направлению движения и через него, пружину 15, болт 17, гайку 19, стойку рамы 2 перемещает платформу 1 в сторону движения. Угловая скорость при движении кривошипа 9 вверх возрастает, так как момент инерции уменьшается.
В верхнем положении кривошипа 9 сила Т3 поворачивает его против направления движения платформы 1. Сила Т3, поворачивая маятник 4, через пружину 15, болт 17, гайку 19 и стойку рамы 2 перемещает платформу 1 в сторону движения, а сила Р3 ее через ось 10, маятник 4, ось 3 приподнимает относительно опорной поверхности. Угловая скорость в таком положении кривошипа 9 максимальная, так как момент инерции его минимальный. Амплитуда колебаний маятника 4 в таком направлении заканчивается взаимодействием бойка 11 с упором 13, увеличивая перемещение, скорость и тяговое усилие движителя. Взаимодействие бойка 11 с упором 13 через упругий торец бойка 11 исключает резкий толчок при взаимодействии и сокращает время изменения направления движения маятника 4. Настройка на возможные наилучшие характеристики движения производится вращением болтов 17, 18 и упора 13.
В крайне левом положении кривошипа 9 сила Т4 поворачивает его вниз, сила Т4 так же, как и сила Т2, действует на платформу 1, но в обратном направлении, приподнимает ее, а сила Р4 так же, как и сила Р2, но в обратном направлении перемещает платформу 1. Угловая скорость колебаний маятника 4 при таком перемещении кривошипа 9 сверху вниз уменьшается из-за роста момента инерции маятника 4.
При дальнейшем повороте кривошипа 9 цикл повторяется. Изменение направления его вращения изменяет аналогично в противоположную сторону и направление перемещения платформы 1. Результирующим перемещением платформы 1 как в прямом, так и в обратном направлении является пульсирующее устойчивое перемещение. Оно осуществляется главным образом при прохождении кривошипа 9 верхнего положения, когда платформа 1 приподнимается, а сила трения, препятствующая перемещению, снижается, поэтому снижаются энергозатраты, а перемещение, скорость и тяговое усилие увеличиваются.
Таким образом, совокупность отличительных признаков движителя включает.
Выполнение кривошипа на шкиве, связанного со шкивами привода вращения, позволяет вращать подвижно установленный кривошип на маятнике.
Перпендикулярное расположение оси сектора колебаний колебательного элемента, включающего шкив с кривошипом и боек, установленные на оси, на конце маятника, позволяет непосредственно колебаниями маятника приводить в движение платформу через установленные на ней стойки рамы и пружины, расположенные в плоскости колебаний маятника. Это повышает эффективность сочетания изменения момента инерции маятника, создаваемого кривошипом, с действующими силами, парой сил крутящего момента и центробежной силой кривошипа. Например, перемещать платформу в приподнятом положении, а также позволяет изменением направления вращения кривошипа изменять направление перемещения платформы в прямом и обратном направлении с одинаковыми показателями.
Расположение упоров на стойках рамы с возможностью взаимодействия с бойком позволяет увеличить перемещение, скорость и тяговое усилие.
Эти показатели увеличиваются существенно, так как момент инерции зависит от расстояния в квадрате от центра тяжести массы до оси поворота маятника, а центробежная сила зависит от квадрата угловой скорости вращения кривошипа.
Область применения такого движителя по отношению к движителям такого класса расширяется. Например, кроме перемещения его с низким удельным давлением на болотистой или пахотной местности, в спокойном режиме работы он может использоваться в строительстве дорог с высоким удельным давлением для уплотнения и выравнивания грунта с пониженной площадью платформы и в вибрационном режиме работы. Вибрационный режим работы образуется при малой амплитуде колебаний колебательного элемента, повышенной нагрузке и мощности привода.
Установка движителя на автомобиле может обеспечить его движение на непроходимых участках дороги, а на платформе или внутри вагона позволит перегонять его в необходимое место. Не исключена возможность применения движителя на речных, морских баржах, судах и внутри подводных аппаратов без контакта с водой, а также в устройствах для перемещения на других планетах.
Широкое распространение движитель может найти в сельском хозяйстве, например при вспашке полей. Плуг с установленным на нем движителем самостоятельно может перемещаться, возможная вибрация позволяет снизить сопротивление движению плуга и продлить срок действия его трущихся поверхностей.
Изготовленная модель движителя с мощностью электродвигателя 60 Вт, весом 12 кг создает тянущее или толкающее усилие в три раза больше своего веса, а на себе он может везти нагрузку 70 кг. Скорость ее движения изменяется от нагрузки автоматически без каких-либо понижающих или повышающих передач. Модель, закрепленная на тележке, перемещается вместе с нею.
Движитель, содержащий платформу, подпружиненный маятник с бойком, сектор колебаний которого расположен в плоскости движения, отличающийся тем, что он снабжен рамой и шкивами, рама выполнена с упорами, закрепленными на ее стойках, установленных на платформе и связанных с маятником пружинами в плоскости его колебаний, на маятнике расположен шкив с кривошипом, который предназначен для вращения от шкива привода, боек на маятнике установлен с возможностью взаимодействия по меньшей мере с одним упором, а осевая линия сектора колебаний колебательного элемента расположена перпендикулярно направлению движения.
