Вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное

Вибродвижитель предназначен для обеспечения передвижения транспортных средств. Вибродвижитель содержит инерционно-импульсный преобразователь с инерционными массами и механизмом изменения радиуса их вращения и толкатель с механизмом возвратно-поступательного движения. Механизм изменения радиуса вращения масс состоит из пары рычагов, на концах которых крепятся массы; рычаги соединены с валом с возможностью углового перемещения и вращения и через шатуны - с толкателем, механизм движения которого выполнен кулисно-ползунным с двумя степенями свободы и включает кулису, закрепленную на валу и снабженную перемещающимся по ней камнем, связанным через шатун с осью, установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения между преобразователем и кулисно-ползунным механизмом; на конце оси закреплен толкатель, связанный через дополнительный вал с первым валом с возможностью вращения толкателя относительно оси и перемещения с осью и взаимодействия через шатуны с инерционными массами. Изобретение обеспечивает снижение нагрузок, улучшение динамических характеристик и повышение кпд вибродвижителя. 4 ил.

 

Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к вибродвижителям их передвижения с преобразованием вращательного движения в поступательное.

Известен вибродвижитель для передвижения транспортного средства (аналог), например, из патента РФ №2131059, МПК Р03G, 1999 «Движитель транспортного средства». Вибродвижитель включает инерционно-импульсный преобразователь и толкатель, образующие систему рычагов, которая обеспечивает передачу равнодействующей центробежных сил от всех вращающихся инерционных масс на транспортное средство в направлении оси их вращения, а частота периодических движений толкателя и инерционных масс вдоль этой оси может регулироваться в любом соотношении с частотой вращения инерционных масс. Благодаря этому, хотя и косвенно, импульс на движение транспортного средства передается от всех вращающихся инерционных масс.

Однако аналогу свойственны недостатки, заключающиеся в том, что режимы работы вибродвижителя не позволяют реализовать с его помощью поступательное движение транспортного средства в одном направлении без реверса. Движение транспортного средства возможно или с периодическими остановками или с реверсами с большей величиной перемещения в прямом направлении (в заданном направлении движения) и с меньшей - в обратном. Величины этих перемещений зависят от соотношения частоты периодического движения толкателя и инерционных масс вдоль оси и частоты вращения инерционных масс. Поступательное движение транспортного средства в одном направлении без реверса невозможно из-за наличия жестких постоянных связей между вращающимися инерционными массами и механизмом толкателя, приводящим толкатель в движение в осевом направлении. Неравномерность движения приводит к появлению больших динамических нагрузок на узлы и детали транспортного средства, рывкам при движении, снижению надежности, кпд и ухудшению динамических характеристик транспортного средства.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное - см. патент РФ №2274574, МПК B62D 57/00, F03G 3/00, 2006 «Вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное». Вибродвижитель включает инерционно-импульсный преобразователь с инерционными вращающимися массами и механизмом изменения радиуса их вращения и толкатель с механизмом возвратно-поступательного перемещения.

В прототипе отчасти устранен недостаток аналога с помощью того, что в вибродвижителе с преобразованием вращательного движения в поступательное, установленном на платформе транспортного средства и включающем инерционно-импульсный преобразователь с инерционными вращающимися массами и механизмом изменения радиуса их вращения и толкатель с механизмом возвратно-поступательного перемещения, механизм изменения радиуса вращения инерционных масс инерционно-импульсного преобразователя состоит из рычагов, шарнирно соединенных с одной стороны с ползунами, расположенными по обе стороны от плоскости вращения инерционных масс, установленными в направляющих, жестко закрепленных на валу с возможностью их перемещения по валу, смонтированному на подшипниковых опорах, установленных на платформе, и соединенному с приводным электродвигателем, а с другой - с инерционными массами, на которых закреплены ролики, механизм возвратно-поступательного перемещения толкателя выполнен кулисно-ползунным с двумя степенями свободы и включает двуплечую кулису, закрепленную на валу, смонтированном с приводным двигателем на платформе параллельно валу, с которым связаны инерционные вращающиеся массы инерционно-импульсного преобразователя, на кулисе установлен перемещающийся по ней камень, шарнирно связанный через шатун с осью, установленной с возможностью возвратно-поступательного горизонтального перемещения в вертикальной плоскости на стойках, закрепленных на платформе, при этом на конце оси, расположенном за втулкой со стороны инерционно-импульсного преобразователя, закреплен толкатель криволинейной формы, взаимодействующий с роликами, закрепленными на инерционных массах инерционно-импульсного преобразователя. Благодаря этому, хотя и косвенно, импульс на движение транспортного средства передается от всех вращающихся инерционных масс преимущественно в плоскости движения транспортного средства.

Однако и прототипу свойственны недостатки, заключающиеся в том, что режимы работы вибродвижителя не позволяют реализовать с его помощью поступательное движение транспортного средства в одной плоскости. Движение транспортного средства возможно или с периодическими остановками, или с периодическими движениями с большей величиной перемещения в плоскости движения (в заданном направлении движения) и с меньшей - в плоскости, перпендикулярной плоскости движения. Величины этих перемещений зависят от соотношения частоты периодического движения толкателя и инерционных масс вдоль оси и частоты вращения инерционных масс. Поступательное движение транспортного средства в одной плоскости движения без остановок невозможно из-за параллельного расположения оси вращения инерционных масс и оси вращения двуплечей кулисы привода механизма возвратно-поступательного перемещения толкателя. При этом возникающее тяговое усилие имеет периодический импульсный характер и действует последовательно то в плоскости движения устройства, то в перпендикулярной плоскости из-за характера изменений результирующих сил реакции, действующих на платформу транспортного средства при работе вибродвижителя. Неравномерность движения приводит к появлению больших динамических нагрузок на узлы и детали транспортного средства, рывкам при движении, снижению надежности, кпд и ухудшению динамических характеристик транспортного средства.

Целью настоящего изобретения является создание вибродвижителя, обеспечивающего повышение равномерности движения транспортного средства, снижение динамических нагрузок на вибродвижитель и транспортное средство, улучшение динамических характеристик, повышение кпд вибродвижителя и надежности транспортного средства.

Поставленная цель достигается тем, что в вибродвижителе с преобразованием вращательного движения в поступательное, установленном на платформе транспортного средства и включающем инерционно-импульсный преобразователь с инерционными вращающимися массами и механизмом изменения радиуса их вращения и толкатель с механизмом возвратно-поступательного перемещения, механизм изменения радиуса вращения инерционных масс инерционно-импульсного преобразователя состоит из пары рычагов, на каждом из концов которых жестко закреплена одна инерционная масса, шарнирно соединенных с одной стороны с валом с возможностью углового перемещения рычагов относительно оси, перпендикулярной оси вращения вала, и вращения вместе с валом, смонтированным на подшипниковой опоре, установленной на платформе, и соединенным с приводным электродвигателем, а с другой через шатуны - с толкателем, механизм возвратно-поступательного перемещения толкателя выполнен кулисно-ползунным с двумя степенями свободы и включает кулису, закрепленную на валу, смонтированном с приводным двигателем на платформе перпендикулярно валу, с которым связаны инерционные вращающиеся массы инерционно-импульсного преобразователя, на кулисе установлен перемещающийся по ней камень, шарнирно связанный через шатун с осью, установленной с возможностью возвратно-поступательного горизонтального перемещения в вертикальной плоскости на стойках, закрепленных на платформе, при этом на конце оси, расположенном за втулкой со стороны инерционно-импульсного преобразователя, закреплен толкатель, шарнирно связанный через дополнительный вал с валом, вращающим инерционные массы, с возможностью вращения толкателя относительно оси и перемещения вместе с этой осью, взаимодействующий через шатуны с инерционными массами инерционно-импульсного преобразователя.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:

Фиг.1. Вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное, общий вид.

Фиг.2. Вид по стрелке А на фиг.1.

Фиг.3. Вид по стрелке Б на фиг.1.

Фиг.4. Пространственное изображение вибродвижителя на платформе.

Вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное установлен на подвижной платформе 1 транспортного средства и включает два основных устройства - инерционно-импульсный преобразователь и толкатель.

Инерционно-импульсный преобразователь предназначен для преобразования создаваемых им инерционно-силовых импульсов и передачи их на толкатель и содержит инерционные массы 2, связанные с валом 3, приводимым во вращение двигателем 4. Вал в подшипнике 5 и двигатель установлены на опорах 6, закрепленных на платформе.

Инерционные массы 2 связаны с валом 3 механизмом изменения радиуса их вращения. Механизм состоит из рычагов 7 с жестко закрепленными на их концах инерционными массами 2 и шарнирно соединенных с одной стороны с шатунами 8, с другой - с валом 3 с возможностью углового перемещения рычагов относительно оси, перпендикулярной валу. Шатуны 8 шарнирно связаны с толкателем 9 и расположены со стороны толкателя относительно плоскости вращения инерционных масс. К валу 3 и толкателю шарнирно крепится вал 10 с возможностью вращения вместе с валом 3 и осевого перемещения толкателя относительно вала 10. Крайние положения рычагов 7 при их угловом перемещении относительно оси, перпендикулярной валу 3, определяют максимальный и минимальный радиусы вращения инерционных масс 2, вращающихся вместе с валом 3.

Механизм возвратно-поступательного перемещения толкателя выполнен кулисно-ползунным с двумя степенями свободы и включает кулису 11, закрепленную на валу 12, соединенном с двигателем 13, от которого кулисе сообщается вращательное движение. Вал с двигателем установлены на платформе 1 на опоре 14 перпендикулярно валу 3 и валу 10 инерционно-импульсного преобразователя. На кулисе установлен перемещающийся по ней камень 15, шарнирно связанный через шатун 16 с осью 17. Ось установлена с возможностью возвратно-поступательного горизонтального перемещения между кулисой и инерционно-импульсным преобразователем во втулках 18 на стойках 19, закрепленных на платформе 1. На конце оси, расположенном за втулкой 18 со стороны инерционно-импульсного преобразователя, закреплен толкатель 9. Толкатель закреплен с возможностью вращения относительно оси 17 и перемещения относительно вала 10 при изменении радиуса вращения инерционных масс 2. Вал 10 обеспечивает жесткость кинематической цепи, необходимую для синхронного вращения инерционных масс и толкателя при их взаимодействии.

Вибродвижитель работает следующим образом.

От двигателей 4 и 13 через механизм инерционно-импульсного преобразователя и кулисно-ползунный механизм инерционным массам 2 и кулисе 10 передаются вращательные движения.

При вращении на инерционные массы 2 и камень 15 действуют центробежные силы инерции. Под действием центробежных сил, действующих на массы 2, их радиус вращения относительно вала 3 увеличивается. При этом рычаги 7 вращаются, принимая положение, в котором они перпендикулярны валу.

При вращении кулисы на камень 15 действуют относительная и кориолиса силы инерции, которые вызывают перемещение камня по кулисе в направлении от оси вращения (от вала 12). В крайних положениях шарнира, соединяющего шатун 16 с осью 17 толкателя, между направляющими подшипниками 18 камень 15 занимает крайние положения на кулисе 11 и совершает по ней при вращении возвратно-поступательные движения.

Движение платформы 1 и соответственно транспортного средства в заданном направлении М осуществляется под действием периодического импульсного воздействия результирующей центробежных сил, действующей на толкатель 9 со стороны инерционных масс 2.

До получения импульсного воздействия при вращении кулисы 11 через камень 15 шатун 16 и ось 17 толкателю 9 сообщается поступательное движение в направлении от инерционно-импульсного преобразователя. При взаимодействии толкателя с инерционными массами 2 радиус вращения этих масс уменьшается до минимального значения. При этом в период уменьшения радиуса вращения инерционных масс 2 сила инерции, действующая на камень 15 при вращении кулисы 11, выравнивается с составляющей усилия сопротивления движению камня по кулисе. Это усилие определяется суммой сил трения в паре камень-кулиса и действием на толкатель реактивных сил со стороны инерционных масс 2.

Благодаря указанному выравниванию усилий движение камня 15 по кулисе 11 практически прекращается и кулисно-ползунный механизм перемещения толкателя с двумя степенями свободы превращается в квазикривошипно-ползунный механизм с одной степенью свободы, в котором кулиса выполняет роль кривошипа, то есть изменяется структура механизма. Перемещение камня 15 по вращающейся кулисе 11 происходит на величину, меньшую, чем плечо кулисы при достижении толкателем 9 положения, близкого к его крайнему положению ближнего к валу 12 механизма возвратно-поступательного перемещения толкателя. При этом квазикривошипно-ползунный механизм снова превращается в кулисно-ползунный с двумя степенями свободы.

После достижения минимального радиуса вращения инерционных масс 2, при котором кинематическая пара, соединяющая шатун 16 с осью 17, и толкатель 9 достигают крайнего положения ближнего к валу 12 механизма возвратно-поступательного перемещения толкателя, радиус вращения инерционных масс начинает увеличиваться, и толкатель 9 получает импульс силы на движение в обратном направлении. В процессе движения результирующая центробежных сил инерции, передающихся на толкатель от взаимодействующих с ним инерционных масс 2, возрастает и через толкатель передается на кулисно-ползунный механизм. Так как в механизме инерционно-импульсного преобразователя результирующая центробежных сил, действующих от инерционных масс 2 на толкатель, уравновешивается центробежными силами, действующими от масс, не взаимодействующих с толкателем, эти силы для механизма инерционно-импульсного преобразователя являются внутренними и на платформу 1 не передаются. Для кулисно-ползунного механизма результирующая центробежных сил, действующих на толкатель, является внешней и через вал 12 и опоры 14 передается на платформу 1, что приводит транспортное средство в движение в заданном направлении по стрелке М. Движение толкателя в направлении инерционно-импульсного преобразователя соответствует его рабочему ходу, в противоположном - холостому.

В конце рабочего хода радиус вращения инерционных масс 2 достигает максимального значения, и толкатель 9 занимает крайнее положение (ближнее по отношению к инерционно-импульсному преобразователю). При этом движение транспортного средства продолжается в заданном направлении по инерции.

После достижения крайнего положения, ближнего по отношению к инерционно-импульсному преобразователю, толкатель совершает движение в обратном направлении (холостой ход) по описанному выше принципу, цикл работы механизмов вибродвижителя повторяется, транспортное средство получает очередной импульс на движение в заданном направлении и продолжает поступательное движение без остановок в одной плоскости движения.

Для уменьшения неравномерности движения, вызываемой периодической подачей импульсов, транспортное средство может быть выполнено с двумя и более вибродвижителями, работающими с передачей импульсного воздействия в противофазе. В этом случае подача импульсов на движение транспортного средства при рабочем ходе толкателей одних вибродвижителей осуществляется при холостом ходе толкателей других вибродвижителей аналогично подаче силовых импульсов на вращение коленчатого вала от поршней цилиндров двигателя автомобиля.

Применение вибродвижителя предложенной конструкции обеспечивает движение транспортного средства в одной плоскости без остановок с высокой степенью равномерности движения. Это позволяет снизить динамические нагрузки на вибродвижитель и транспортное средство, улучшить их динамические характеристики, повысить КПД вибродвижителя и надежность транспортного средства.

Вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное, включающий инерционно-импульсный преобразователь с инерционными вращающимися массами и механизмом изменения радиуса их вращения и толкатель с механизмом возвратно-поступательного движения, отличающийся тем, что механизм изменения радиуса вращения инерционных масс инерционно-импульсного преобразователя состоит из пары рычагов, на каждом из концов которых жестко закреплена одна инерционная масса, шарнирно соединенных с одной стороны с валом с возможностью углового перемещения рычагов относительно оси, перпендикулярной оси вращения вала, и вращения вместе с валом, смонтированным на подшипниковой опоре, установленной на платформе, и соединенным с приводным электродвигателем, а с другой - через шатуны с толкателем, механизм возвратно-поступательного перемещения толкателя выполнен кулисно-ползунным с двумя степенями свободы и включает кулису, закрепленную на валу, смонтированном с приводным двигателем на платформе перпендикулярно валу, с которым связаны инерционные вращающиеся массы инерционно-импульсного преобразователя, на кулисе установлен перемещающийся по ней камень, шарнирно связанный через шатун с осью, установленной с возможностью возвратно-поступательного горизонтального перемещения в вертикальной плоскости на стойках, закрепленных на платформе, при этом на конце оси, расположенном за втулкой со стороны инерционно-импульсного преобразователя, закреплен толкатель, шарнирно связанный через дополнительный вал с валом, вращающим инерционные массы, с возможностью вращения толкателя относительно оси и перемещения вместе с этой осью, взаимодействующий через шатуны с инерционными массами инерционно-импульсного преобразователя.