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 67 / 247 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 > Следующая >>>

гатов, требующих развития значительной мощности, при крат ковременном включении, и может служить как пусковой дви гатель достаточно широкого назначения.

Инерционный	стартер представляет собой маховик в ви
де обода с диском, соединенный		через п о н и ж а ю щ у ю плане
тарную передачу,	многодисковую	фрикционную, и кулачко

вую муфту с валом двигателя . М а х о в и к приводится во вра щение заводной ручкой. После разгона маховика включается кулачковая імуфта и вал двигателя раскручивается, благода ря чему двигатель запускается . Фрикционная муфта, вклю

ченная постоянно,	играет	роль предохранительной.
Н а стартере	фирмы	Р о т а к с (рис. 32) разгон маховика

Рис. 32. Инерционный стартер фирмы Ротакс: / — махо вик, 2 — заводная ручка, 3 — вал двигателя, 4 — предохрани тельная муфта, 5 — кулачковая муфта.

производится ручкой через заводной вал и планетарный при вод с передаточным числом 1 : 180. В р а щ е н и ю ручки со ско ростью 65 об/мин соответствует скорость вращения махови-

ка — 12 000 об/мин. При этом			маховик	накопляет	энергию
480 кГм.	Затем	включается	кулачковая	муфта и	вращение
маховика,	у ж е	через трансмиссию с передаточным			числом

150:1, передается на вал двигателя. Крутящий момент, до

стигающий при этом 18 кГм,		заводит двигатель.
Впоследствии д л я разгона маховика стали использовать
сериес-электромоторы,	позволяющие		достигнуть 10 000			об/мин
маховика за 25 сек [135].
§ 8. Инерционный	вертолет
Маховик, установленный на вертолете, приводил во
вращение воздушный	винт	с регулируемым наклоном лопа
стей. Во время разгона маховика			посторонним		источником
энергии — м о т о р о м — л о п а с т и воздушного				винта	установле
ны так, что его подъемная		сила равна нулю. Маховик при
этом легко и без излишних		потерь	энергии	разгоняется		мото

ром. После отключения 'разгоняющего мотора лапастя.м за дается необходимый угол атаки, и вертолет совершает вер тикальный взлет. По мере сбавления оборотов маховика уве личивается угол атаки винта с сохранением тяги. Когда энер гия маховика иссякает, вертолет медленно опускается.

В описанной конструкции маховик применяется д л я раз^ вития кратковременной высокой мощности, необходимой д л я вертикального старта. Инерционный двигатель оказался легче

любого другого двигателя, что важно д л я					работы в таком			ре
ж и м е .	«Прыгающий		Г и р о » — т а к был	назван		этот	вертолет.
Он представляет интерес как устройство,						обеспечивающее
резкий		вертикальный	старт летательного		аппарата		[135].
§	9.	Инерционная	дрель
		При сверлении электрической		дрелью в сырых				ме
стах	д л я человека .возникает опасность				поражения		током.

Кроме того, пользование такой дрелью невозможно во взры


воопасных местах, где искрение				щеток	электродвигателя		спо
собно	вызвать	взрыв.	Электрическая		или	пневматическая
дрель	во всех случаях требует			подвода питания по гибким
проводам или		шлангам,	а это создает		неудобства при		рабо
те в отдаленных от источника питания					местах.

Ясно, что при работе дрели возникающий реактивный мо мент действует на работающего с ней человека. Это обстоя-

тельство исключает пользование обычной дрелью в условиях

невесомости,	где реактивный момент будет в р а щ а т ь	самого
оператора.	•	,
От названных недостатков свободна инерционная дрель,
питающаяся	энергией раскрученного маховика. Вал	махови
ка соединен	со шпинделем (патроном), в котором укреплено

сверло, бор, шлифовальный круг или иной инструмент. Ма

ховик раскручивается любым	способом от источника		питания,
а затем дрель переносится к	месту работы, где	и	использу
ется накопленная энергия.
Б л а г о д а р я значительной	продолжительности	выбега		ма
ховика дрель может быть использована на значительном				уда
лении от места зарядки . При	р а б о т е ' д р е л и на оператора			дей

ствует только тот ничтожно малый реактивный момент, кото рый создается трением в подшипниках и аэродинамическими потерями. Особенно 'благоприятны условия д л я работы 'инер ционной дрели в вакууме, где аэродинамические потери от сутствуют.

Инерционная дрель малогабаритна, но может развивать


большие		мощности. После з а р я д к и			от	сети	127 в в течение
1 мин,	дрель просверливает 4—5 отверстий						диаметром		4	мм
в стальном листе толщиной 5 мм					или	до	100	отверстий		в
плотном дереве или пластмассе.
П р и		работе с инерционной		дрелью		нужно учитывать				сле
д у ю щ у ю		особенность: д л я установки			ее	в исходное положение
требуется		некоторое	усилие,	преодолевающее				гироскопиче
ский момент; однако при сверлении дрель							прекрасно		сохра
няет заданное направление [20] .
§	10.	Инерционные аккумуляторы
		на землеройных машинах
	В качестве примера использования инерционного ак
кумулятора высокой			удельной	энергоемкости				д л я временно

го повышения мощности машины уместно привести конструк

ции скрепера и экскаватора	с инерционными	аккумулятора
ми энергии. Эти конструкции существовали,		правда,	только
как экспериментальные, однако их положительные			качества
дают основание говорить об	их несомненной	перспективности

в дальнейшем, когда культура производства и эксплуатации этих машин будет достаточно высока.

Скрепер представляет собой землеройную машину ци кличного действия. Рабочий цикл ее складывается в основ ном из копания, когда требуются максимальные мощность и тяговое усилие машины, и транспортировки груженой и по рожней машины, когда потребные мощность и тяговое усилие незначительны. Д л я преодоления больших сопротивлений при копании грунта обычно используется трактор - толкач, сооб щающий машине дополнительное тяговое усилие.


Во Всесоюзном		научно-исследовательском	'институте
транспортного	строительства ( Ц Н И И С е ) при участии автора
был изготовлен	опытный скрепер с инерционным		аккумулято

ром, играющим роль вспомогательного двигателя				и приво
дящим	во	вращение задние колеса скрепера	при	копании
(рис.	33,	34). Тягового усилия, развиваемого	при	этом, до -

Рис. 33. Схема самоходного скрепера с инерционным двигателем-ак кумулятором: 1 — маховик, 2 — приводное колесо, 3 — разгонный двига тель, 4 — дифференциал, 5 — редуктор, 6 — муфта сцепления.

статочно д л я выполнения копания и заполнения ковша скре пера грунтом без помощи толкача. Разгон маховика осущест вляется при холостом ходе скрепера и избыточной мощности основного двигателя машины с помощью маломощного серво двигателя или непосредственно от колес [29—30].

Представляет интерес т а к ж е конструкция силового агре гата одноковшового экскаватора, снабженного му'фтой-махо-, виком. Рабочий цикл экскаватора осуществляется при нерав номерной загрузке двигателя по мощности. Муфта - маховик экскаватора накопляет энергию в период неполной загрузки двигателя с последующей отдачей ее при копании грунта.. Таким путем удается существенно повысить эффективность работы одноковшового экскаватора . Муфта-маэГовик на экска-

з а д а ч, возникавших при изготовлении образцов указанного вида транспорта, фирмой была проведена большая научно-ис следовательская н практическая работа . Основные проблемы,

потребовавшие		решения, касались максимального уменьше
ния потерь	на	трение	при вращении маховика,				обеспечения
высоких динамических			показателей		гпробуса,	а	т а к ж е	созда
ния простой	и	надежной электромеханической				передачи		меж
ду маховиком		ц ведущими		колесами	машины .
Потери	на	трение	в	основном	являются	вентиляционны

ми потерями и зависят от окружной скорости и величины по верхности вращающегося маховика, расстояния между махо виком и корпусом, а кроме того, определяются плотностью

.и характером движения среды, в которой находится в р а щ а ю щийся -маховик.

Эффективным средством снижения потерь на трение яв ляется уменьшение окружной скорости. Однако при этом для сохранения необходимой величины накапливаемой энергии потребовалось бы значительно увеличить вес маховика . По этому более целесообразным является помещение маховика в

корпус, заполненный водородом, который в					14,4 раза легче
воздуха и имеет коэффициент теплопередачи					в 1,7 раза боль
ший, чем у воздуха. Учитывая, что				кинематическая			вязкость
водорода в 6,6	раза	больше, чем у		воздуха,	и	Яе=	1 , 8 2 - Ю - 6 ,
а К = 0 , 7 2 - 1 0	(рис.	35),	нетрудно	подсчитать		мощность		по
терь N = 1 , 1 K Y U 3 D 2 ,		где	D = 1,6 м,	а и = 250	м/сек,		— она	в

7—-—1 1 — 1 1 1 1 1 1 1

1 і ' M i l i^4 ^ ~ ,

Рис. 35. Диаграмма к расчету аэродинами ческих потерь. Зависимость К от числа Реинольд-

са и отношения зазора к диаметру маховика.

этом случае будет составлять всего 2,08 л. с. Уменьшение по терь становится ещ е более ощутимым, если в корпусе махо вика, заполненном водородом, создать предварительный ва

куум. Применение водорода не только значительно		снижает
вентиляционные потери, но и способствует эффективному ох
л а ж д е н и ю отдельных	частей электрогироскопического агре
гата.
Расчеты, а т а к ж е	экспериментальная проверка	показали,

что ходовые качества гиробуса могут быть достаточно высо

кими,	если будут в ы д е р ж а н ы "следующие				соотношения:
	a = Sb;	a+b=0,6/, -		a b = l , l - ^ ,
						І • 15
где а	и b — расстояния	от	центра	тяжести		электрогиробуса
	соответственно		до передней		и задней оси,
	/ — длина' гиробуса,
	1ь — момент инерции подрессорных					масс,
	Мь — масса подрессорных частей				гиробуса.

Б ы л о т а к ж е установлено, что комфортабельность езды в этом виде транспорта обеспечивается, если жесткость перед

них пружин в	1,26	р а з а больше,		чем задних. П р и этом					часто
та вертикальных колебаний не превышает					90 колебаний				в ми
нуту.
П р и действии внешних нагрузок на					гиробус		возникает
прецессия маховика и гироскопический момент,						как		показа
ли расчеты, может достигать 80—90 кГм.					Этот момент, а так
ж е свободные	колебания машины относительно					горизонталь
ной оси могут в ы з в а т ь значительную нагруженность								пружин
подвески и подшипников трансмиссии. В					связи	с	этим		было
установлено,	что	электрогироскопический			агрегат		необходи
мо устанавливать		на шасси	на	упругом	основании.				Такое
устройство д о л ж н о предохранять трансмиссию машины										от
высоких ударных		нагрузок	при	езде по	неровной		дороге,			а

т а к ж е ограничивать вынужденную прецессию гироскопическо го агрегата.

Вес электрогиробуса образца 1953 г. составляет 11		т без
нагрузки	и 16 т с полной нагрузкой. Он рассчитан на	пере
возку 70	пассажиров . Электрогироскопический агрегат	уста

новлен в центральной части машины под одним из спаренных сидений. М а х о в и к имеет диаметр 1626 мм и вес 1,5 т. Он от- - лит из хромо-никель-молибденового сплава и непосредствен-

но соединен с валом короткозамкнутого двигателя . Электро

гироскопический агрегат заключен в герметический	корпус,
заполненный водородом. Д а в л е н и е в корпусе равно	0,7 ата.

Конфигурация маховика при минимальном весе и м а к с и м а л ь

но допустимой скорости вращения обеспечивает		накопление
необходимой энергии. В то ж е время при максимальной			ско
рости вращения (3000 об/мин)	напряжение в	маховике	не

превышает 30% предела прочности материала па растяжение . Отношение полностью нагруженного электрогиробуса к весу


маховика		составляет	1 0 : 1 , что, по мнению			фирмы,		является
оптимальным.
Вал собранного электрогпро'скоппческого агрегата уста
новлен - в 3 подшипниках, один из				которых, радпально-упор-
пый,	служит дл я восприятия осевых				нагрузок.		Интенсивная
циркуляция водорода в корпусе обеспечивается							вентиляцион
ным	напором — он создается в р а щ а ю щ и м с я					маховиком,			а
т а к ж е	центробежной		крыльчаткой,	укрепленной			на валу агре
гата.	Д л я улучшения		о х л а ж д е н и я	ротора двигателя-генерато
ра, а	т а к ж е облегчения циркуляции				водорода		через	агрегат
стержни		короткозамкнутого ротора		выполнены			-полыми.		Д л я

уменьшения вентиляционных потерь корпусу маховика при дана обтекаемая форма, а отношение ширины к диаметру со ставляет всего 0,0175. С целью дополнительного охлаждения узлов электрогпроскопнческого агрегата в конструкцию вве дена жидкостная система, состоящая из о х л а ж д а ю щ е й рубаш ки, радиатора и электровентилятора со скоростью вращения 1500 об/мин. Поглощение влаги, которая может проникнуть в агрегат во время сборки, осуществляется сплпкагелем, раз

мещенным в двух	небольших	баллонах,	смонтированных		в
агрегате.
Вес полностью	собранного	агрегата	составляет	2,9 т. Аг
регат смонтирован	на шасси на четырех упругих			подвесках,
представляющих собой резиновые блоки			с размещенными		в

них стальными спиральными пружинами . Подвески выполне ны достаточно упругими и расположены в плоскости, проходя

щей через центр		тяжести агрегата.
При	разгоне	маховика до 3000	об/мин н а к а п л и в а е м а я им
энергия составляет 3,3-106 кГм, или				9 квт-ч. Полное время
вращения	маховика с 3000 об/мин		до	остановки	(выбег) со
ставляет	12 часов, что иллюстрируется			кривыми,	представлен

ными на рис. 36.

Время, vac

Рис. 36. Кривые выбега маховика Электрогнро для: водорода — 0,7 ата, — • — воз духа — 1 ата.

Д е й с т в и т е л ь н ые потерн в электрогироскопическом агрега те с учетом потерь на трение в подшипниках примерно в 3 ра за больше полученных расчетным путем и составляет 6 л. с. при 3000 об/мин. Последнее обстоятельство обусловлено тем,

'что в расчетах рассматривались только потери при вращении диска, їв то время как имеют место значительно большие по терн, вызванные вращением не только маховика сложной кон


фигурации,	но и ротора генератора.							,
Приведенная		на рис. 37 характеристика				разгона		махови
ка показывает, что при увеличении скорости маховика								с 2000
до 2950 об/мин ее нарастание				прямо пропорционально				време
ни зарядки . Степень зарядки				в пределах	скорости вращения
маховика	(2000—2950		об/мин)	составляет	1 квт-ч		за	20	сек.
Электроагрегаты			гиробуса	питаются от		городской			сети
' трехфазного тока		500	в с частотой 50 гц.		Д л я		ограничения

максимальных значений величин тока до 350 с в электричес кую цепь включаются последовательно сопротивление и па

раллельно конденсаторы, что улучшает характеристику	разго
на машины. Ночная з а р я д к а установки производится от	трех

фазного тока напряжением 220 в, причем число оборотов ма ховика может быть доведено от 0 до 2500 в 1 мин за 25 мин.

> гт

	••її	Q*	і
	^	\|-	ггоо\
			#	го	ко То	м	но	ШГШ
					*ЄЛ7Д	се*
		Рис. 37. Разгонные характеристики махови
	ка Электрогиро.
Окончательная			з а р я д к а и		доведение		числа	оборотов	маховн-,
ка	до 2900—2950 в			1 мин производится				у первого	пункта
питания на маршрутной линии.
	При работе генератора - двигателя иа							тяговые двигатели
его	обмотка	возбуждения			питается	от	конденсаторов.		Частот

ная и магнитная характеристики генератора зависят от чис ла оборотов маховика. Н а п р я ж е н и е , питающее генератор-дви гатель, регулируется путем изменения величины емкостного сопротивления, включенного в цепь, что и обусловливает из менение величины крутящего момента. Максимально допусти мая величина напряжения ограничивается специальным уст ройством. Изменение напряжения, питающего генератор, осу

ществляется	рычагом регулятора		напряжения,			расположен
ным на рулевой колонке.
Тяговый агрегат гиробуса состоит из трех тяговых элект
родвигателей	с	короткбзамкнутыми		роторами		мощностью
73,6 кет. В а л ы двигателей соединены между собой							последо
вательно через		одноступенчатые	редукторы		с	передаточны
ми числами	1,34:	1. К а ж д ы й двигатель		может	иметь		две ско

рости вращения, что обеспечивает гиробусу 6 скоростей дви жения от 10 до 50 км/час (табл. 1).

Изменение скорости вращения двигателей тягового агре гата осуществляется путем изменения числа полюсов, а так-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 247 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