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 12 / 242 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 > Следующая >>>

лей и два под землей», т. е. было свыше 10 м в диаметре . Роль маховых масс в нем играли камни, помещенные под па

русами.	Р а с к р у ч и в а я с ь	во	время порывов ветра, колесо Ман
дарина	долго в р а щ а л о с ь ,		приводя	в	движение ковшовую
цепь, к а ч а ю щ у ю воду		из	колодца	[135].	Характерно, что ма

ховики применяются в ветроиспользующих сооружениях и до

настоящего времени. Принцип маховика	использовался так
ж е в старинных смычковых дрелях (рис.	3) .

Рис. 3. Смычковая дрель с маховиком: 1 маховик, 2 — ось, 3 — рукоять, 4 — смычок.

Достаточно широко применялось аккумулирование кине тической энергии в различных игрушках . Всем известные дет

ские инерционные автомобили,	летающие	круги и пр. т а к ж е
имеют свою историю. Самыми	древними	инерционными иг

рушками были, по-видимому, различные волчки. Волчок как

игрушка

достаточно

широко

распространен

сейчас.

Он

обычно приводится во вращение рукой и затем

подстегивает

ся плетью. Волчок демонстрирует одновременно два

харак

терных свойства

маховика — способность

аккумулировать

кинетическую энергию и сохранять

положение оси-

вращения

в пространстве — гироскопический эффект .

Более

сложной

игрушкой

была

йо-йо

(рис.

4 ) :

маховик

в виде диска с кольцевой прорезью подвешивался на

нить;

пить

н а м а т ы в а л а с ь

на валик,

образованный

прорезью;

вто

рой конец

нити у д е р ж и в а л с я

в руках, и

маховик

предостав

лялся

свободному

падению. П а д а я ,

маховик

преобразовывал

свою

потенциальную

энергию

силы

тяжести

кинетическую

энергию

поступательного и вращательного

движения .

П р и

	Рис. 4. Инерционная игрушка iio-iio: /		— ма
	ховик, 2 — кольцо.
достижении нижней точки маховик получал		такую		угловую
скорость, чтобы энергии, накопленной в нем,			х в а т а л о		д л я
дальнейшего его подъема по нити. Эта игрушка была					широ
ко распространена в 3Q-x годах в Америке		[135]. По		ее	прин
ципу действует хорошо известный, используемый д л я				нагляд
ных целей прибор — маятник Максвелла .
Е щ е	более с л о ж н а я игрушка, т р е б у ю щ а я		специальных
навыков	обращения с ней,— днаболо (рис.	5).	Маховик		дна-

бо-ло приводится во вращение дерганьем шнура, и затем, по

приобретении достаточной скорости,	маховик	подбрасывает
ся и снова ловится на шнур. Д и а б о л о	использовалось в		основ
ном цирковыми артистами.
Определенный 'интерес представляют т а к ж е		еще две	древ

ние народные	инерционные игрушки,	распространенные	пре
имущественно	на Кавказе . Одна из них, н а з ы в а е м а я «полм-
судри» (рис.	6, а),— крупный грецкий	орех, в котором	про

сверлены близко друг от друга два отверстия и через них

пропущены	нити, связанные	по	концам . Игрушку д е р ж а т	з а
эти концы,	пропустив пальцы	в	петли. Д л я запуска орех,	иг-

Рис.

Диаболо — инерционный

реквизит

древних

современных

циркачей:

/ — маховик,

2 — ось.

р а ю щ ий роль маховой

массы,

закручивается

на

несколько

оборотов;

затем

нить

натягивается и, раскручиваясь, разго

няет орех.

Последний

накопляет

достаточную

кинетическую

энергию, чтобы закрутить нить в противоположном

направ

лении: Периодическим

дерганьем

нити

орех

раскручивается

до 5—8 тыс. оборотов

в минуту, издавая при этом характер

ное ж у ж ж а н и е : И г р у ш к а

очень

популярна

детей

и в

на

стоящее время .

Д р у г а я , менее

распространенная

игрушка

(рис. 6, б)

со

стоит из двух

орехов,

один из которых насажен, например,

на спицу и играет роль

маховой

массы, а другой — через

него

спица пропущена

насквозь — роль

подшипника.

И г р у ш к а

удерживается в руке за этот второй орех, а первый

разгоняет

ся нитью,

намотанной

на

спице. Н а к о п л е н н а я

кинетическая

энергия, позволяет закрутить .нить на спице в обратном

на

правлении. 'Так же,

к а к и

первой

игрушке,

периодическим

подергиванием

за

нить

орех

приводится

в быстрое

вращение .

Н а и б о л е е

технически

совершенными

инерционными

иг

р у ш к а м и являются

известные всем

маховичные

автомобили

и им подобные. Маховичок игрушки раскручивается

вожде

нием ее по полу на колесах,

затем

игрушка

самостоятель

но движется, расходуя

энергию,

накопленную

в маховике.

И, наконец, следует отметить еще одну интересную инер-

Рис.	6.	а — «полисудри» — древняя			инер
ционная	игрушка, распространенная преимущест
венно на Кавказе. Маховая масса —				крупный
грецкий орех.
ка, также с		б — кавказская	инерционная	игруш
		использованием	ореха: / — орех-ма
ховик, 2 — нить, 3 — спица,			4 — орех-подшипник.
ционную игрушку — летающий пропеллер.				Он	представляет

собой легкий обод, внутри которого помещены лопасти воз

душного	винта. П р и раскручивании пропеллер		взлетает,		и
кинетическая энергия, накопленная в нем, расходуется					на
поддержание его полета в "течение нескольких секунд.					По
строенный на этом		принципе в 30-х годах вертолет,		т а к	н а
з ы в а е м ы й «прыгающий Гиро», совершал достаточно				большие
прыжки,	используя	д л я вертикального взлета	кинетическую
энергию	маховика .

Н а ч а л о использования инерционного аккумулятора в ма шинах связано с появлением шатунно-кривошипных и других механизмов, требующих уменьшения неравномерности в р а щ е ния вала . Представляет интерес конструкция водоподъемника с ручным приводом, снабженного зубчатой передачей и ма ховиком, выполненного преимущественно из металла . Этот

механизм XV в. был одним			из первых 'содержавших	м а х о в и к
в	трансмиссии. Механизм		описан средневековым	ученым
Г.	Агрикола	в его книге «De re metallica», изданной		в Б а з е
ле	в 1566 г.	[106].

Маховик применялся и в приводе поршневого насоса, приводимого в движение опять-таки мускульной силой чело века. Сравнительно большой маховик можно наблюдать в вододействующей пильной установке X V I в. Этот маховик уста навливался на коленчатом валу и служил д л я выравнивания хода машин.

Маховик стал неизменной частью паровых машин,		где
служил т а к ж е д л я выравнивания хода. Д л я этой	ж е	цели
маховиком с н а б ж е н ы и все двигатели внутреннего	сгорания;
различные дробильные и м е т а л л о о б р а б а т ы в а ю щ и е	установки,

например прокатные станы, прессы, ножницы и др . Махови ки, применяемые д л я выравнивания хода машин, обычно на копляют небольшие количества энергии.

К а к

самостоятельная

энергетическая

установка

инерци

онный

аккумулятор был

впервые применен н а ш и м

соотечест

в е н н и к о м — инженером

В. И. Шуберским

I860

г. д л я

при

ведения

движение колесного э к и п а ж а ,

названного

их

«ма-

ховозом»

[ I I ] .

1883

г.

английский

а д м и р а л

Хауэлл

р а з р а б а т ы в а е т

торпеду,

д в и ж и м у ю энергией маховика, предварительно

рас

кручиваемого

паровой

машиной

до

Ю—12 тыс.

об/мин

(рис.

7) .

Энергия,

накопленная

маховике

(около

Рис.	7. Торпеда Хауэлла		с приводом	от
вращающегося маховика: 1		— маховик, 2 — ре
гулятор',	3 — руль, 4 — винт.		5 — взрывчатка.

40 тыс. кГм), позволяла проходить путь	длиной до 0 5 км
Скорость торпеды при этом была около 30	км/час.

1905 г. англичанин Ланчестер получает патент на устройство с маховиком, раскручиваемым паровой машиной или электродвигателем, с целью применения в транспорте (рис. 8). В Англии ж е были впервые применены двигатели--

Рис. 8. Экипаж Ланчестера, движущийся накопленной энергией маховика: / — маховик, 2 — передача.

генераторы с маховиками (рис. 9) д л я приведения	в движе
ние электровозов на участках пути, не обеспеченных	эчектро-
энергией [135].

Рис. 9. Инерционный бустер для временного повышения мощности локомотива: / — маховик, 2 — мотор, 3 — генератор.

В 20-х годах нашего века инерционный аккумулятор был применен советским изобретателем А. Г. Уфимцевым и проф .

В.П. Ветчинкиным для целей ветроиспользования.

В1945 г. швейцарской машиностроительной фирмой Эрликон проведены детальные исследования возможности использования кинетической энергии, аккумулированной в


маховике, д л я	средств		транспорта .	Фирмой было		р а з р а б о т а
но несколько	опытных		экипажей,	питающихся энергией			зра -
щающегося маховика			и получивших		название	гиробусов
(рис. 10). Гиробусы		исследовались в			экспериментальных		и-

Рис. 10. Гиробус. Общий вид.

эксплуатационных условиях, что позволило найти оптималь

ные решения. Б ы л и исследованы вопросы определения	пара
метров маховика, снижения потерь при его вращении,	созда

ния надежной и экономичной трансмиссии. В результате был создан основной силовой агрегат машины, получивший на звание «Электрогиро». Он представлял собой инерционный ак кумулятор с электрической трансмиссией (рис. 11). К 1957 г. гиробусы эксплуатировались в различных городах Швейца

рии,	Бельгии, Конго		( К и н ш а с а ) , где	выявили	высокую эко
номичность [109—123].
Н а р я д у с инерционными аккумуляторами					с	электричес
кой	трансмиссией р а з р а б а т ы в а ю т с я			инерционные		аккумуля
торы	с	механической,	гидромеханической и другими типами
2. Н.	В.	Гулиа				17

Рис. И.	Инерционный аккумулятор Электрогнро фирмы Эрликон: / — корпус,
2 — обмотки	мотора-генератора, 3 — маховик, 4 — уровень масла при неподвижном и

5 — при вращающемся маховике.

трансмиссий. В настоящее ^время Д р у ж к о в с к и м машинострои тельным заводом выпускаются отечественные взрывобезопас - ные локомотивы-гировозы, с о д е р ж а щ и е в качестве основного источника энергии инерционный аккумулятор с механической трансмиссией.

Необходимо отметить т а к ж е исследования, направленные на создание рекуперативных тормозов с использованием инерционных аккумуляторов . Такие тормоза играют роль на копителей энергии т о р м о ж е н и я транспортного средства при замедлении его д в и ж е н и я и вспомогательного двигателя при разгоне. Подобные системы могут значительно повысить эко номичность транспорта, особенно городского, что подтверж

дается экспериментами [105,	124].	Однако оптимальная
трансмиссия рекуперативного	тормоза,	р а з р а б о т к а которой

представляет наибольшую трудность, пока еще находится в

стадии		исследований.
	К а к	известно,	д л я	инерционных		аккумуляторов				харак
терно свойство сохранять ось вращения							маховика		в	задан
ном направлении, что обусловлено гироскопическим									эффек
том. Это позволяет использовать					инерционные			аккумуляторы
для	стабилизации		устойчивости		двухколесных э к и п а ж е й .
Б л а г о д а р я этому свойству в последнее						время начинают				появ
ляться		двухколесные автомобили			(например,			Джи'рон		фир
м ы	Ф о р д ) , с о д е р ж а щ и е			маховик,	'Который		в р а щ а е т с я			в го

ризонтальной плоскости и служит д л я стабилизации их устой чивости.

§	3. Классификации
	инерционных аккумуляторов
	и их обзор
	Исходя из	многоплановости применения	инерцион
ных	аккумуляторов	и большого разнообразия их	конструк
ций,	целесообразно	дать их классификацию . Остановимся на

вопросе применения инерционных аккумуляторов (рис. 12). Инерционными аккумуляторами малой удельной энерго емкости могут считаться такие, в которых удельный (по от

ношению	к массе	маховика) з а п а с накопленной энергии на
столько	мал, что	он не н а к л а д ы в а е т существенного отпечат

ка на конструкцию и требования к материалу маховика. М а ховики таких аккумуляторов низкоскоростные, они выполня ются обычно в виде обода со спицами или диском. Материа -


лом чаще всего			служит	чугун. Аэродинамические			потери
таких	маховиков		весьма	малы . Маховики		работают	обычно
без кожуха, в случае ж е				его	наличия он выполняет л и ш ь за
щитную		роль. О к р у ж н а я		скорость этих маховиков, как пра
вило,	не	превышает 50 м/сек.			Применяются	такие аккумуля

торы преимущественно д л я создания равномерного хода ма шин и кратковременного повышения мощности устройств.

Создание равномерности хода машины требуется при импульсной, неравномерной работе двигателя или трансмис сии. Такой характер работы обычен д л я поршневых двига телей, а т а к ж е импульсивных вариаторов, кривошипных и не которых других механизмов. Поршневой двигатель с а м созда

ет неравномерную нагрузку в трансмиссии, в остальных									ж е
механизмах характеристика				трансмиссии			н а к л а д ы в а е т		свой
		Инерционные
		ст.гунуляторьр
flaoou удельной.		Средней удель				Высокой
						удельной
Энергоемкости		ной fHephett-				знфеоемкости
		кости
Постоянного		Переменного				шиіиниробан -
поменш		помента
инерции			инерции				ные
•Д/tR соідания	\ДляАременноіО			вспаюгатель-			Самостоятельна
	Гповешения						источники 9»еі>-
' рабномерно/о	мощности			нне	источни
\ хода пашим	машин			ки	тергии		спорти гір	J

9r * fc «S > ч.

•n ^-її

Рис. 12. Классификация инерционных аккумуляторов по признаку применения.

<<< < Предыдущая 12 / 242 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ