трансформатор силового потока

Формула изобретения

1. ТРАНСФОРМАТОР СИЛОВОГО ПОТОКА, содержащий связанный с приводным двигателем входной кривошипный вал кривошипно-шатунного механизма, выходной вал которого связан с входом инерционного планетарного механизма, выход которого кинематически через выпрямляющее силовой поток устройство связан с выходным валом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем снижения динамических нагрузок и пульсаций выходного силового потока, а также шума, он снабжен блокировочным устройством для связи выхода инерционного планетарного механизма с корпусом трансформатора силового потока, выпрямляющее силовой поток устройство представляет собой трехзвенный планетарный механизм, одно звено которого связано с выходом инерционного планетарного механизма, второе звено кинематически с выходным валом, а третье кинематически с входным кривошипным валом кривошипно-шатунного механизма.

2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен реверсным механизмом, установленным в кинематической связи второго звена трехзвенного планетарного механизма и выходного вала, а блокирующее устройство выполнено в виде барабанного или дискового тормоза.

3. Трансформатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что инерционный и трехзвенный планетарные механизмы расположены соосно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где необходимо получение плавного (бесступенчатого) автоматического изменения числа оборотов и величины крутящего момента исполнительного органа. Преимущественная область использования изобретения транспортное машиностроение.

Целью изобретения повышение эффективности за счет снижения динамических нагрузок и пульсаций выходного силового потока.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема трансформатора силового потока; на фиг. 2 графическая схема амплитудной модуляции силового потока в модулирующем планетарном механизме.

Трансформатор силового потока конструктивно состоит из кинематической цепи, содержащей два основных элемента: инерционный и модулирующий планетарные механизмы. Инерционный механизм 1 с касательной силой инерции выполнен по традиционной классической схеме, и является генератором импульсов силового потока. Импульсы имеют знакопеременный характер. Модулирующий планетарный механизм (далее модулятор) 2 размещен соосно между генератором импульсов и выходным валом 3 трансформатора.

Цель включения модулятора в схему устройства замена функционального назначения ранее применявшихся муфт свободного хода. Принцип построения этой функциональной замены основан на эффекте амплитудной модуляции знакопеременного выходного потока генератора в знакопостоянный пульсирующий выходной поток трансформатора в целом. Модулятор представляет собой классический планетарный механизм с однорядным эпициклом 4. Кинематические связи между элементами генератора и модулятора построены следующим образом. Выходной вал генератора является промежуточным валом 5 трансформатора и связывает оба механизма 1 и 2 устройства.

Промежуточный вал 5 связан с солнечной шестерней 6 модулятора. Водило 7 модулятора 2 имеет жесткую редукторную связь с входным валом 8 трансформатора. Связь выполнена по схеме двухступенчатого повышающего редуцирования (мультиплицирования) и содержит замыкающий валопровод 9, снабженный двумя 10 и 11 шестеренчатыми передачами, связывающими валопровод 9 с входным валом 12 и водилом 7 модулятора 2. Эпицикл 4 модулятора соединен с выходным валом 3, который в зависимости от типа нагрузки может напрямую соединяться с потребителем или через понижающий редуктор 13, содержащий управляемые элементы прямого и обратного хода (на фиг. 1 управление обозначено пунктирной линией).

Редуктор 13 может быть объединен с генератором и модулятором в одном корпусе 14 или представлять отдельный узел. Включение редуктора 13 в схему трансформации особенно желательно в случае транспортного использования устройства.

В целях обеспечения возбуждения трансформатора промежуточный валопровод 5 снабжен управляемым блокирующим устройством тормозом 15 барабанного или дискового типа. В целях уменьшения влияния инерционных масс тормоза на процесс знакопеременного вращения валопровода 9 его габариты выбраны минимальными и достаточны для блокирования валопровода 5 в момент пуска.

Цель управления тормозом обозначена пунктирной линией с индексом возбуждения. В целях уменьшения динамических нагрузок в элементах трансформатора входной 12, промежуточный 5 и выходной 3 валы выполнены из материалов с высокими показателями упругости. Энергия к трансформатору подводится от двигателя 16.

Работа трансформатора основана на условии суммирования выходного потока из двух отдельных силовых потоков: известного ранее знакопеременного и вновь вводимого знакопостоянного.

Математический аспект предлагаемого конструктивного решения состоит в следующем. Известен принцип графического сложения двух функций, при этом одна функция может иметь знакопеременный (например синусоидальный) гармонический характер.

Вторая функция может иметь знакопостоянный (например линейный) характер. Задача графического сложения двух функций решается (фиг. 2) крайне просто: для заданной точки оси абсцисс (Х_2,1) производится сложение (или вычитание в зависимости от знака) двух ординат Y каждой функции. Т.е. если даны: Y₁ f(X₁) и Y₂ f(X₂), то Y_сум Y₁ + Y₂.

Принцип графического сложения двух различных функций можно практически материлизовать в механических устройствах, имеющих степень свободы больше единицы. В частности, такими суммирующими устройствами являются планетарные (дифференциальные) механизмы.

С помощью планетарного механизма достаточно просто можно решить задачу преобразования знакопеременного гармонического силового потока в знакопостоянный, пульсирующий.

Если один подвижный элемент планетарного механизма (звено) соединить выходным валом с нагрузкой, а два других звена нагрузить соответственно знакопеременными и знакопостоянными силовыми потоками, то результирующий выходной поток будет представлять собой интегральную функцию, амплитудные значения которой в каждой временной координате будут суммой или разницей двух амплитуд от каждой из двух слагаемых (входных) функций. Теперь для того, чтобы характеристика выходного потока не была жесткой знакопеременной, необходимо выполнять математическое условие /A₁^max/>/A₂^max/, где A₁ максимальное амплитудное значение скоростного фактора знакопостоянного полупотока, A₂ максимальное амплитудное значение скоростного фактора знакопеременного потока /Y^"₂, Y^"_сум).

Включение в работу трансформатора силового потока состоит из последовательности операций, проводимых в три этапа.

1 этап. До включения приводного двигателя 16 производят заблокирование устройства (тормоза) 15.

2 этап. Подключают приводной двигатель, и в условиях заблокирования тормозом 15 промежуточного валопровода 5 обеспечивают работу трансформатора как редукторного устройства. Солнечные шестерни генератора и модулятора при этом оказываются неподвижными. Вращается инерционный элемент генератора и через шестеренчатые передачи 10 и 11 и замыкающий валопровод 9 вращается в ускоренном режиме водило 7 модулятора. Далее движение передается на эпицикл 4 и выходной вал 3. Нагрузка воспринимает силовой поток в редукторном режиме с прогрессирующе увеличивающимися оборотами. По истечении незначительного периода времени, номинально достаточного для накопления запаса кинематической энергии (инерции) нагрузки, гарантирующей силовое преодоление внезапно возникшего эксплуатационного пикового момента сопротивления, блокировку (возбуждение) прекращают.

3 этап. После снятия блокировки начинается режим автоматического бесступенчатого регулирования, обеспеченный возвратом механизму второй степени свободы.

При этом генератор инерционный планетарный механизм функционирует по традиционной схеме, а подводимый от него к модулятору знакопеременный силовой поток подвергается амплитудной модуляции благодаря доминированию амплитуды подводимого через замыкающий валопровод знакопостоянного потока. Амплитудное доминирование обеспечивается существенным превышением модуля (абсолютной величины) угловой скорости водила 7 над модулем угловой скорости солнечной шестерни 6 модулятора. Динамическая характеристика эпицикла 4 и выходного вала 3 имеет теперь знакопостоянный пульсирующий характер.

Целям уменьшения пульсаций (сглаживания) "ножниц" амплитуд служит придание демпфирующих свойств (упругости) выходному валу 3, а также валам 5 и 12, обеспечивающим менее жесткие условия работы элементов трансформатора в целом.

Упругие свойства каждого из валов 3, 5, 12 определяются индивидуально опытно-расчетным путем. Вклад в снижение уровня пульсации дает также величина амплитудного доминирования чем больше обороты водила 7 тем уровень пульсаций ниже: A₁/A₂ ->> D. Если трансформатор предназначен для транспортных средств, то рационально дополнить его кинематическую схему понижающим редуктором 13, содержащим управляемые элементы переднего и заднего хода. Работа редуктора 13 обеспечивается по классической схеме.