Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Гулиа Н.В. Инерционные аккумуляторы энергии

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

12.25 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 2411 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 > Следующая >>>

	Рис. 50. Инерционный рекуператор с резино
вым	упругим звеном: 1 —• маховик, 2 — коничес
кая	пара, 3 — резиновое кольцо, 4 — фрикцион

ная муфта, 5 — вал трансмиссии.

разгона маховика, кинетическая энергия торможения вместе с аккумулированной потенциальной энергией упругого звена накапливается в маховике. Ввиду малой аккумулирующей способности упругого звена такой рекуператор не может при

меняться при		накоплении	большего	количества		механической
энергии.
	Н у ж н о отметить, что		статические		аккумуляторы		могут
накопить большое количество энергии только в том							случае,
если	рабочим	телом является газ,		так	как он	обладает ма
лым	модулем	упругости и	высокой	деформируемостью			(сжи

маемостью) . Однако при этом имеют место большие потери

энергии, вызываемые	малым к. п. д. пневмокомпрессоров и
пневмодвигателей в требуемом режиме работы,		а т а к ж е поте
рей адиабатического	тепла. Это обстоятельство	практически

исключает возможность применения пневмоаккумуляторов с v

целью использования кинетической			энергии. И з механичес
ких	аккумуляторов д л я данной	цели	более, эффективным сле
дует	признать инерционный	аккумулятор — маховик, накоп

ляющий кинетическую энергию.

	Д л я рассмотрения процесса, происходящего при накопле
нии	кинетической; энергий цикличной машины			>в инерционном
аккумуляторе		и выделении	ее, представим	взаимодействую
щ и е	агрегаты	в виде схемы	(рис. 51). Здесь маховик с момен-

Рис. 51. Схема си стемы «движущаяся ма ши в:а—маховик».

том инерции I] и угловой скоростью со заменяет любую			дви
ж у щ у ю с я машину,	кинетическая	энергия которой равна	ки
нетической энергии	маховика:
	Е К = 0 , 5 1 1 Ш	2 .	(68)

Приведенные реактивные сопротивления движению машины схематически" представлены в виде тормоза, с тормозящим моментом Рчь аккумулятор ж е кинетической энергии — как маховик с моментом инерции 1 2 и той ж е угловой скоростью, на которой действует тормозящий момент R2 , заменяющий различные сопротивления вращению маховика. С у м м а р н а я кинетическая энергия такой системы в любой момент равна:

2 E K = 0 ) 5 I I c o 2 + 0 , 5 I 2 c o 2 = 0 , 5 c o 2 ( I 1 + l 2 ) .

(69)

Д л я 'создания максимальной скорости движения машины при минимальных энергетических затратах необходимо, чтоб энергия, накопленная в маховике, была минимальной. При этом угловая скорость со обеих приведенных маховых масс

м а к с и м а л ь н а . Как	следует	из формулы (69), это может быть
достигнуто лишь	в .случае,	.когда момент .инерции	Ь весьма
мал по сравнению	с 1\. Д л я	замедления, движения	машины до

столь малой скорости, которая соответствует практической остановке, необходимо, по-видимому, чтоб вся энергия систе мы была заключена в маховике аккумулятора . Ясно, что при

этом момент, инерции І2 д о л ж е н быть весьма велик			по	отно
шению к	її. Т а к к а к момент инерции її	(приведенный	момент
инерции	машины) либо постоянен, либо	меняется по	не	зави

сящим от нас обстоятельствам (вход и выход пассажиров из транспорта, разгрузка ковша экскаватора и др . ), то, видимо, аккумулятор кинетической энергии д о л ж е н обладать способ ностью варьировать приведенный момент инерции Ь в широ ких пределах. Н а п р и м е р , при движении машины с максималь ной скоростью . и кинетической энергии аккумулятора, состав

ляющей около 1% от суммарной, 12 приблизительно				в 100	р а з
меньше	1\|.
Д л я остановки машины т а к ж е			практически вполне		до
статочно, чтоб ее кинетическая энергия не превышала					при
мерно	1% от суммарной. Момент		инерции аккумулятора Ь
в этом	случае д о л ж е н превышать її		т а к ж е примерно	в 100	раз .
Следовательно, диапазон		варьирования момента		инерции
аккумулятора — порядка		10 000. Этим объясняются		неудачи

применения примитивных конструкций аккумуляторов кине

тической	энергии с маховиками переменного'момента				инерции,
имевшие	место в прошлом. Такие маховики, представляющие
собой полые		цилиндры,	заполняемые	жидкостью,	сыпучими
телами и	пр	., а т а к ж е	конструкции с	р а з д в и ж н ы м и	грузами,

могли обеспечить л и ш ь варьирование момента инерции, в ты сячи раз меньшее требуемого.

Более реальными представляются конструкции, позволяю щие варьирование момента инерции путем изменения переда точного числа привода.

§2. Инерционные рекуператоры

спланетарными передачами

Т а к а я	схема инерционного	рекуператора	была пред
ложена Н. К-	Куликовым в 1951	г. Рекуператор	Н . К. Ку

ликова (рис. 52) представляет собой планетарную коробку передач с маховиком и бесступенчатым вариатором. Этот ре-

ЮЗ

Рис. 52. Инерцион ный рекуператор механи ческой энергии по схе ме проф. Н. К. Кулико

ва: 1 — маховик,		2 —
вариатор,	3 — сцепление,
4 — вал	двигателя,	5 —
приведенная масса		авто
мобиля.


куператор не		был осуществлен			из-за	отсутствия прогрессив
ной	передачи	с требуемой характеристикой					[76].
	Фирмой Кларік (Англия) разработаны іразлвдчньїе вариан
ты	рекуперативных тормозов,			состоящих			из	маховиков	и
планетарных		коробок передач		[135].
	Автобусный		рекуперативный		тормоз Г и р е к т а — с х е м а				его
изображена на			рис. 53 — представляет			собой		четырехскорост-


Рис.		53.	Принципи
альная	схема		рекупера
тивного	тормоза			Гирек
та: / — маховик,				2 —
зубчатые		венцы,		3 —
центральные			шестерни,
4 — сателлиты.

иую планетарную коробку передач, соединенную солнечной шестерней с двигателем автобуса, водилом сателлитов — с карданным валом, а венцом — с маховиком, аккумулирующим кинетическую энергию автобуса совместно с энергией, выде ляемой работающим двигателем. П р и торможении э к и п а ж а , связанного трансмиссией с водилом сателлитов, на венец пе редачи, а следовательно, и на вал маховика действует крутя

щий

момент. Реактивный

ж е момент,

который и

з а м е д л я е т

автомобиль, действует на вал двигателя . Поэтому

двигатель

автобуса

не отключается

ни

при

торможении, ни

при

разго-

. ие.

Рекуперативный тормоз Гиректа целесообразно устанав

ливать на

автомобиль со всеми ведущими осями

для

приво

да задних

колес. М а х о в и к

привода

весит

кг и в р а щ а е т с я с

максимальной угловой

скоростью

до

15 000

об/мин.

При диа

метре маховика

0,57

м о к р у ж н а я

его

скорость

достигает

450

м/сек.

Ф о р м а маховика близка к диску равной

прочности.

При

торможении

э к и п а ж а

маховик

разгоняется

совместной

энергией двигателя и тормозимого автобуса с 12 до 15 тыс. об/мин. Ускорение при этом достигает 100 об/мин в 1 сек. Установленный на автобусе весом 10 т привод Гиректа позво ляет производить торможение от 30 до 10 миль в час, а при

разгоне, который продолжается около 15		сек, он заменяет до
полнительный двигатель	мощностью 120	л. с. П р и	снижении
скорости маховика ниже	12 тыс. об/мин,	например	при стоян

ке, оператор может по желанию, непосредственно из кабины соединить маховик с двигателем и разогнать его.

К а к у ж е было отмечено, маховик привода Гиректа ввиду большой скорости вращения помещен в кожух с разреженной атмосферой, д л я снижения вентиляционных потерь. Воздух из кожуха непрерывно удаляется насосом, питающимся не посредственно от маховика. Б л а г о д а р я этому разогнанный ма ховик может в р а щ а т ь с я до остановки более недели. После ночной стоянки автобуса энергии маховика хватает д л я пуска двигателя . Включение передачи планетарной коробки произ

водится автоматически при помощи электромагнитных	муфт.
Следует отметить, что установка рекуперативного	тормо
за такого типа на автобус позволяет экономить до 50%	топлн-
.ва при малых расстояниях между остановками .

Фирмой К л а р к было т а к ж е разработано гидромеханичес кое устройство, с маховиком д л я рекуперативного торможе -

нпя, называемое Гидректа, Гидректа представляет собой со четание планетарного привода Гиректа с гидродинамическим трансформатором д л я повышения плавности и легкости управ ления. П р и этом экономические показатели Гидректа несколь ко ниже, чем Гиректа, что объясняется потерями энергии в гидроприводе.

Маховик привода Гидректа имеет диаметр 0,51 м и					весит
64 кг.	Его м а к с и м а л ь н а я угловая		скорость — 20 ООО		обIмин.
О б щ е е время разгона неподвижного			маховика до этих		оборо
тов — 1 мин 40 сек.
К а к отмечали в дискуссии по			поводу приводов	Гиректа
и Гидректа профессора		Висконсинского . университета			П. С.
Манере	и О. Д . Ю х а р а ,	основным	преимуществом	экипажей

с этими устройствами является весьма интенсивный разгон, обусловленный повышением разгонной мощности при тех ж е р а з м е р а х основного двигателя . Например, автомобиль весом

около

1200

кг,

снабженный двигателем

150

л.

с.

и устройст

вом

Гидректа,

позволяет

производить

разгон

места

до

100

км/час

за

4,75 сек,

до 145 км/час

— за

11,25 сек.

Это

очень

высокие

динамические

показатели

дл я

автомобиля;

среднее ускорение его достигало 6

м/сек2.

•

Тормозные

и динамические

характеристики

автомобилей

с устройством

Гиректа

представлены

на рис. 54.

						Р.ис.	54.	Тормозные
						и динамические характе
						ристики	автомобиля		с
						ycipuuciuoM		1 иректа:
						о — тормозная		характе-
						оистика,	б — разгон		ав
						томобиля	с устройством'
						Гиректа.	в	— разгон
і	5	ю	is	го	HQ	обычного	автомобиля.
і	5	ю	is	го	HQ

£>ремя, сеч

Из - за ступенчатого изменения передаточного отношения привода работа рекуператоров кинетической энергии на осно ве маховиков и планетарных передач не достаточно эффек -


тпвна. Кинетическая энергия движущейся машины				выделяет
ся при ее замедлении, а воспринимается она			маховиком при
его ускорении. Это вызывает необходимость			в	соединении
трансмиссии	машины и маховика	бесступенчатой		передачей
с івесьма широким Диапазоном интенсивного			регулирования
передаточного	отношения. Кроме	того, высокие		мощности,

протекающие через привод, создают потребность в его высо


кой удельной	мощности		и высоком	к. п. д. В связи			с этим	ав
тором были р а з р а б о т а н ы новые схемы					рекуператоров кине
тической энергии на основе дискретного					ленточного вариато
ра и маховика [16] .		Изменение		передаточного			отношения
дискретного	ленточнбго		вариатора	основано на			изменении
диаметров мотков ленты			в процессе	перемотки.
§ 3. Дискретный ленточный вариатор
Принципиальная			схема вариатора			представлена		на
рис. 55. Он состоит из		двух мотков — / и 2				ленты,	навитой	на
валы, с посаженными		на	них маховыми массами 3 и 4. Один
из маховиков — 3, имитирующий, например,						д в и ж у щ у ю с я		ма
шину, вращается . Другой			маховик — 4 остановлен, причем вся

Рис. 55. Принципиальная схема дискретного ленточного вариатора: / — малый моток, 2 — большой моток, 3 и 4 — маховики.

л е н та намотана	на его вал. При навивании ленты	на вал
в р а щ а ю щ е г о с я	маховика 3 она сматывается с другого	мотка,

и маховик 4 разгоняется по мере перемотки ленты. В конце

цикла, когда вся	лента с м а т ы в а е т с я с в а л а	маховика	4,
последний имеет	максимальную скорость. Д а л е е цикл может
повторяться. Такие приводы могут обеспечить		использование

кинетической энергии цикличных машин с м а л ы м и внутрен ними потерями на цикл.

Н и ж е рассматриваются	основные характеристики диск
ретных ленточных вариаторов	[31, ,32]. Здесь принят р я д до
пущений:

1.Л е н т а считается нерастяжимой, и витки ее плотно при легают друг к другу.

2.Д л и н о й отрезка ленты между двух мотков пренебре

гаем.

3. Изменением момента инерции мотков ленты в процес се перемотки пренебрегаем.

Погрешности в расчетах, связанные с принятыми щениями, не превысят 3%.

Очевидно, что толщина слоя витков ленты Н на составит (см. рис. 55):

Н ~ = Й '

где h — толщина ленты; ср — угол поворота мотка. Р а д и у с мотка R при этом равен:

допу

мотке

( 7 0 )

R в Г о + | і в J l ( 3 | ± i l ,

( 7 1 )

где фо — вспомогательный фиктивный угол поворота мотка, соответствующий намотке слоя ленты ТОЛЩИНОЙ Го.

Мгновенное значение передаточного отношения ленточно го вариатора

і	= Jh . -	+	?і	по\
1	Ко	С?о +	СО, '	V
где фі и ф 2 — у г л ы	поворота	соответственно тормозимого		и

разгоняемого мотков ленты от их начального положения, ког да Н = 0.

Из условия цельности ленты ее полная длина

L = Кіфі+Кгф2 _ h (фо+срі)фі+h(Ф0+Ф2)Ф2

С другой стороны, длина ленты в начальный и конечный моменты работы, когда она вся навита на один б а р а б а н , рав на:

ь -

• 4 я

К'-*)

где фс— суммарный

угол поворота мотка.

И з

(73)

(74)

после несложных преобразований

выво

дим:

ф 2 2 + 2 ф о ф 2 + ф і 2 + 2 ф о ' ф і + ф о 2 — 2 ф 0 ф с = 0 .

(75)

Р е ш а я

(75)

относительно

фг, имеем:

ф 2 = — ф о ± У ( ф о + ф с ) 2 — ( ф і 2 + 2 ф 0 ф і ) .

(76)

П о д с т а в л я я

значение

фг из

(76) в (72),

получаем

переда

точное

отношение ленточного

в а р и а т о р а

зависимости от

угла

поворота входного вала

фі

(рис. 56):

ное

Рис.

56.

Передаточ-

число

дискретного

ленточного

вариатора і

в зависимости

от

угла

\ _

поворота

ведущего

г.ала

ерь

рад.

so loo

I5Q год №

и>о

у>

• • - ±

С р о

? 1

(77)

V(фо+фс) 2 — ( ф і 2 + 2 ф 0 ф і )

Зн а к ± характеризует направление намотки ленты; в д а л ь нейшем принимаем знак + .

целях упрощения

дальнейших

расчетов полагаем,

что

во

включенном

механизме

(следовательно,

за

исключением

граничных режимов) отсутствуют потери энергии.

Передаточное

отношение

механизма

можно

представить

как

отношение

угловых скоростей мотков:

1 = 4 ^ .

( 7 8 )

С другой

стороны:

Т Г +

? 2 2 = ? - р .

( 7 9 )

где

Е с

— с у м м а р н а я кинетическая

энергия;

I — п р и в е д е н н ы й

момент

инерции

маховика .

Отсюда имеем:

l / . " i 2

- .

•

( 8 ° )

< ? , =

' 2

(81)

ц і

р,

З н а к и

характеризуют

направление

вращения

мотков;

дальнейшем принимаем

знак

+ .

П о д с т а в л я я

(80)

(81)

значение

і из

(77), получаем

в ы р а ж е н и я д л я

угловых скоростей

входного

и выходного

ва

лов

к а к

функции угла

поворота

входного

в а л а .

С использованием (80) и (81) путем несложных преобра

зований выводим значения кинетической энергии

первого

второго

маховиков:

Е * = Г+72-

( 8 3 )

•Соотношение кинетических энергий маховиков в любой

момент времени, согласно (82) и (83), равно:

- § - = і - 2 .

(84)

Отсюда следует, что теоретически при максимальном пе

нс

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 2411 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ