tmmivan

164

Недостатком подобного технического решения является некоторое увеличение габаритов и массы машины вследствие установки маховика.

На наземных транспортных машинах, в частности на автомобилях, маховик помимо основного назначения в ДВС – снижения неравномерности хода, используется (для чего делается соответствующий расчёт при проектировании) для обеспечения гарантированного трогания с места при холостом ходе двигателя и мгновенном включении сцепления.

4. Выполнение функции двигателя

Здесь следует оговорить то, что маховик не может являться двигателем (машиной), так как в нем не происходит преобразования энергии. Он может лишь выполнять в течении некоторого времени функцию двигателя причем как вспомогательного, так и главного.

В качестве вспомогательного «двигателя» маховик используется, например, в качестве инерционных стартеров двигателей тракторов (ДЭТ-250), танков, небольших судов и самолетов (АН-2).

Принцип действия инерционного стартера (рис. 8.10.) заключается в накоплении маховиком, в течении определенного времени, кинетической энергии, сообщаемой ему или мускульной силой человека, посредством рукоятки или сириесным (с последовательными обмотками и высокой частотой вращения) электродвигателем малой мощности от батареи с последующим использованием ее на прокручивание вала двигателя при включении соединительной храповой муфты.

электродвигатель

Рукоятка

ручного

привода

Храповая муфта

Мультипликатор Рычаг включе- ручного привода

ния муфты

Рис. 8.10. Схема инерционного стартера ДВС с электрическим и ручным приводом.

При этом для раскрутки маховика требуется значительно меньшая мощность, чем при использовании традиционного электрического стартера.

В качестве основного “двигателя” маховичный двигатель устанавливается на легковые автомобили, троллейбусы, электропоезда метро, транспорт для эксплуатации внутри помещений.

При этом, замечательным качеством маховичных двигателей является их способность рекуперации (накоплению и возврату) энергии. Это позволяет использовать их в качестве замедлителей транспортных средств, где вместо бессмысленного преобразования энергии в тепло в тормозных механизмах при торможении, маховики накапливают эту энергию и дают возможность использовать ее для последующего трогания транспортного средства с места и разгона.

167

Рис. 8.12. Схема основного привода автомобиля с маховиком и гидрообьёмным двигателем.

5. Выполнение функции датчиков или стабилизаторов положения в пространстве

Под гироскопическим эффектом понимается способность инертного вращающегося тела (маховика) на подвеске с тремя степенями свободы сохранять положение в пространстве. Гигроскоп с греческого: Гирос - вращение скопео - смотреть.

168

Рис. 8.13. Гироскоп с трехстепенным подвесом и его кинематическая схема.

Гироскопические свойства проявляются во многих машинах и приборах, имеющих в своем составе быстровращающиеся роторы (роторы турбин, воздушные винты самолетов и вертолетов, колеса автомобилей, дисковые пилы и абразивные круги ручных электроинструментов)

В одних машинах, как например ручном электроинструменте (дисковая абразивная шлифмашина) гироскопический эффект полезен, т. к стабилизируя инструмент в пространстве облегчает его удержание рабочим.

Для быстровращающихся колес скоростных автомобилей, где колесо является гироскопом с одной степенью свободы, гироскопический эффект носит негативный характер, создавая дополнительные

169

реакции на подвеску колеса и затрудняя управление самим автомобилем на поворотах.

Наиболее широко гироскопические приборы используются в авиации, ракетной технике, на судах в качестве навигационных для определения параметров курса движущихся объектов (гирокомпасы, авиагоризонты, креномеры).

Основу всех этих приборов составляет гироскоп с тремя степенями свободы (рис. 8.13.).

Сущность трех степенного гироскопа заключается в том, что при любом повороте в пространстве внешней рамы, плоскость вращения инертного ротора, перпендикулярная его оси сохраняет неизменным свое положение в пространстве.

При запуске (отправке в путь), например морского судна или самолета с гирокомпасом, его ротор посредством сжатого воздуха как турбина (или встроенным электродвигателем) раскручивается до частоты вращения в 30 – 100 тысяч оборотов в минуту. Затем лимб (шкала) компаса, установленная на внутренней раме подвеса корректируется относительно частей света. Внешняя рама, эластично (для гашения ударов и тряски со стороны машины) закрепленная на корпусе машины и поворачивающаяся вместе с машиной, позволяет оценить отклонение от курса или от внутренней рамы, положение которой в пространстве стабилизировано ротором гироскопа.

На боевых судах, танках гироскопический эффект используется в гиростабилизаторах орудий. Такие устройства позволяют, при значительном волнении на море или движению танка по пересеченной местности, удерживать орудие в определенном, относительно гори-

170

зонта положении, повышая точность стрельбы. Поскольку гироскопические моменты определяются величиной энергии роторамаховика, несоизмеримо малой по сравнению с моментом, необходимым для удержания в пространстве орудия, то в подобных устройствах гироскоп используется лишь как датчик положения горизонта, а электромашинный или гидравлический привод осуществляет, в соответствии с сигналом от датчика, ориентацию орудия.

Прибор, представляющий собой сочетание гироскопа направления (гирокомпаса), гироскопа крена (гирогоризонта), снабженных датчиками, усилителями сигнала и рулевыми машинами, называется автопилотом и используется в авиации, на судах, обеспечивая автоматическое удержание их на курсе, несмотря на внешние возмущения в виде порывов ветра, неравной тяги двигателей разных бортов, смещению груза в самих машинах.

Автопилотами снабжены крылатые и баллистические ракеты, морские торпеды, подводные лодки. На этих объектах гироскопические приборы работают в сочетании с корректорами курса в виде программируемых процессоров, а так же тепло и радиолокаторов.

6. Устройства, выполняющие функции датчиков характеристик вращательного движения

Отличительной особенностью двухстепенного гироскопа является то, что при вращении внешней рамы подвеса вокруг оси перпендикулярной оси вращения ротора (маховика) возникает гироскопический момент, вызывающий поворот (прецессию) внутренней рамы гироскопа.

171

Гироскопический момент:

Мг=Iх·ω·Ω

Где Ix- момент инерции ротора гироскопа относительно его оси вращения, ω- угловая скорость вращения ротора, Ω- угловая скорость поворота внешней рамы гироскопа.

Внешняя рама

Внутренняя рама

Ротор

Рис. 8.14. Гироскоп с двухстепенным подвесом и его кинематическая схема.

Так как гироскопический момент пропорционален угловой скорости поворота гироскопа (его внешней рамы), то введение упругой связи внутренней рамы с внешней позволяет реализовать прибор для определения угловой скорости поворота. Такие приборы называют гироскопическими тахометрами или гиротахометрами.

Внутренняя рама Внешняя рама

Ограничительная пружина

Рис. 8.15. Гиротахометр поворота с пневматическим приводом ротора.

Гиротахометр поворота (рис. 8.15.) позволяет регистрировать поворот самолета или судна в горизонтальной плоскости с указателем на шкале направления вращения и величину угловой скорости этого поворота.

В зависимости от относительного расположения оси ротора гиротахометра к корпусу летательного аппарата или судна он может служить указателем крена или авиагоризонтом – прибором для оценки продольного дифферента.

Гироскоп с одной степенью свободы практического применения почти не имеет. Однако многие элементы известных технических объектов могут служить его иллюстрацией.

Колеса автомобилей и других скоростных транспортных средств включая самолетные, роторы реактивных двигателей самолетов, скоростной ручной электроинструмент или пневмоинструмент (дисковая циркулярная пила или шлифовальная машина) представляют собой одностепенные гироскопы.

173

При повороте корпуса этих машин или управляемых колес транспортных средств здесь так же возникает гироскопический момент относительно оси, перпендикулярной оси вращения ротора гироскопа (колеса) и оси, вокруг которой поворачивается колесо транспортного средства или турбины, создающий дополнительные реакции в подшипниках вращающихся роторов, элементах их подвески или противодействуя развороту ручного инструмента.