Двигатель водного транспорта
Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям, предназначенным для привода судов. Технический результат заключается в уменьшении механических потерь. Сущность изобретения заключается в том, что в качестве источника движения плавников и хвоста выступает двигатель внутреннего сгорания с наклонно-якорным механизмом и хомутом, совершающим качательные движения, которые через передаточный вал сообщаются плавникам и хвосту, прикрепленным к передаточному валу. В предлагаемом изобретении перемещение транспорта происходит за счет движения плавников и хвоста. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к двигателям и может применяться на речном и морском транспорте.
В качестве наиболее близкого аналога двигателя выступают поршневые двигатели внутреннего сгорания, оснащенные механизмом с винтом, используемые для движения водного транспорта, в том числе лодочные моторы.
Основными причинами, препятствующими получению требуемого технического результата, в современных двигателях внутреннего сгорания, используемых для движения водного транспорта, являются:
- неполное преобразование энергии поступательного движения поршня в энергию вращательного движения винта,
- потери энергии вращения винта, затрачиваемые на закручивание водной струи.
Технический результат от применения заявленного изобретения заключается в уменьшении механических потерь при преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное движение коленчатого вала, в упрощении конструкции движущего водный транспорт механизма в повышении безопасности водного транспорта.
Согласно изобретению двигатель состоит из корпуса с неподвижно закрепленным цилиндром, в котором расположен поршень, и коленчатого вала. Корпус выполнен в форме полусферы с горизонтальным основанием. Колено расположено под острым углом к оси вала. Поршень жестко крепится к хомуту, который подвижно закреплен в корпусе. В хомуте подвижно закреплен якорь, соединенный с валом. При этом якорь выполнен в форме полой полусферы, закрепленной в двух диаметрально расположенных соединениях в хомуте над основанием корпуса. Хомут представляет собой внешнюю карданную опору якоря. Один край якоря постоянно касается расположенного на основании корпуса опорного обода, с которым зацеплен зубьями, расположенными радиально на нижней части основания якоря и верхней части опорного обода. Опорный обод расположен горизонтально на роликах корпуса и связан зубьями, расположенными вертикально по внутренней окружности опорного обода, с зубьями регулирующей шестерни, ось которой нижней частью закреплена в основании корпуса. При этом регулирующая шестерня расположена между опорным ободом и валом, с которым также зацеплена зубьями. Вал проходит через корпус вертикально, а его колено проходит сквозь верхнюю часть якоря через отверстие, выполненное вдоль условной оси якоря. Поршень прикреплен к подвижному краю хомута в точке, равноудаленной от обоих креплений хомута с корпусом. Поршень и хомут способны двигаться возвратно-поступательно по участку окружности качания хомута, качая якорь, верхняя часть которого при этом вращает коленчатый вал, а нижняя часть вращает опорный обод, в результате опорный обод вращает регулирующую шестерню, которая вращает вал. К одному из креплений хомута вдоль оси крепления крепится устройство для движения в воде, состоящее из передаточного вала и прикрепленных к нему двух плавников и хвоста. Плавники в форме трапеций прикреплены вершинами по оси вала диаметрально друг другу. Каждый плавник состоит из корпуса, гибкого клапана и креплений клапана к корпусу. Перпендикулярно плоскости расположения плавников вдоль оси вала прикреплен хвост в форме трапеции неправильной формы, выполненный, как и клапаны плавников, из эластичного материала, передаточный вал и корпусы плавников выполнены из металла или иного прочного твердого материала. Передаточный вал крепится к хомуту двигателя внутреннего сгорания по оси крепления хомута таким образом, что плавники располагаются в плоскости хомута, а хвост перпендикулярен плоскости хомута. На водном транспорте двигатель устанавливается так, что передаточный вал занимает вертикальное положение, а двигатель внутреннего сгорания располагается на боку, верхней частью корпуса по ходу движения транспорта, соответственно основание двигателя и хомут занимают вертикальное положение. При работающем двигателе внутреннего сгорания хомут совершает колебательные возвратно-поступательные движения, в результате передаточный вал с плавниками и хвостом также совершают колебательные возвратно-поступательные движения. При движении одного из плавников вперед вода будет проходить через полости корпуса плавника и давить на гибкий клапан, прикрепленный вдоль средней горизонтальной линии корпуса плавника. Клапан под воздействием сопротивления воды будет сгибаться и отгибаться назад, пропуская воду. Другой плавник в это время при движении назад будет толкать воду в направлении, противоположном направлению движения транспорта, двигая транспорт вперед, а хвост при колебательных движениях будет поочередно отклоняться из одной стороны в другую, при этом сгибаясь под воздействием воды, и, совершая волнообразные движения в направлении от основания к концу хвоста, также будет отталкивать воду в направлении, противоположном направлению движения транспорта, двигая транспорт вперед.
В двигателе в отличие от других водных двигателей согласно изобретению не имеется винта, используется устройство двигателя внутреннего сгорания с наклонно-якорным механизмом и хомутом. Хомут 7, цилиндр 1-1 и поршень 6 имеют изогнутую форму, при которой их оси образуют участки окружности. Использование хомута 7 и изогнутых поршня 6 и цилиндра 1-1 позволяет устранить «боковую силу». Энергия возвратно-поступательного движения поршня, жестко прикрепленного к хомуту, без преобразования передается на жестко прикрепленный к хомуту передаточный вал с плавниками и хвостом, что позволяет максимально использовать энергию внутреннего сгорания, сообщаемую поршню.
Наличие конструктивных элементов
1. Корпус 1 в виде полусферы, по бокам полусферы расположены два отверстия под крепления хомута 7, по окружности основания расположены несколько (три и более) роликов 8 под опорный обод 3, в верхней и нижней частях корпуса 1 по центру имеются вертикальные круглые отверстия для вала 5.
2. Якорь 2 с расположенным по центру вертикально отверстием под вал 5, двумя диаметрально расположенными в нижней части отверстиями под крепления хомута 7, с радиально расположенными зубьями снизу по окружности якоря 2.
3. Опорный обод 3 с зубьями, расположенными на верхней части обода, радиально (для зацепления с зубьями якоря 2) и с зубьями, расположенными по внутренней окружности обода 3 вертикально (для зацепления с зубьями регулирующей шестерни 4).
4. Регулирующая шестерня 4, состоящая из двух шестерен - верхней малой и нижней большой, жестко скрепленных по оси.
5. Коленчатый вал 5 с коленом, расположенным под острым углом к оси вала, с зубьями в нижней части вала 5-1, расположенными продольно оси вала.
6. Хомут 7 с двумя диаметрально расположенными и обращенными наружу креплениями (для закрепления в корпусе 1) и двумя диаметрально расположенными и обращенными внутрь креплениями якоря 2.
7. Поршень 6 в виде полого закрытого изогнутого цилиндра, ось которого представляет участок окружности.
8. Камера сгорания в форме изогнутого цилиндра 1-1, ось которого представляет участок окружности, закрытого сверху головкой цилиндра.
9. Передаточный вал в виде прямого стержня.
10. Плавник в виде трапеции, вершиной прикрепленной вдоль оси передаточного вала, состоящий из корпуса 10 с полостями и прикрепленного с помощью креплений 10-1 вдоль его срединной линии клапана 11, аналогичной корпусу трапециевидной формы.
11. Хвост в виде трапеции неправильной формы, прикрепленной вершиной вдоль оси передаточного вала.
Наличие связи между элементами
Якорь 2 крепится в хомуте 7, одет верхней частью на колено вала 5, зубья нижней части якоря 2 входят в зацепление с опорным ободом 3.
Вал 5 проходит сквозь верхнее и нижнее вертикальные отверстия корпуса 1, колено проходит через якорь 2, зубьями зацеплен с регулирующей шестерней 4 (с ее нижней большой шестерней).
Регулирующая шестерня 4 соединяет опорный обод 3 и коленчатый вал 5 - зубья малой шестерни постоянно зацеплены с зубьями опорного обода 3, зубья большой шестерни постоянно зацеплены с зубьями коленчатого вала 5.
Поршень 6 находится в цилиндре 1-1, крепится к хомуту 7.
Хомут 7 крепится к корпусу 1, в хомуте закреплен якорь 2.
Передаточный вал 9 соединен с хомутом 7 вдоль оси крепления хомута.
Корпусы плавников 10 и хвост 12 прикреплены к передаточному валу 9 вдоль его оси.
Взаимное расположение элементов
Якорь 2 расположен в хомуте 7 над опорным ободом 3 и одним краем основания (нижним) всегда касается опорного обода 3, при этом противоположный верхний край основания якоря 2 находится на максимальном расстоянии от опорного обода 3.
Коленчатый вал 5 проходит сквозь верхнее и нижнее вертикальные отверстия корпуса 1, колено проходит через отверстие якоря 2.
Опорный обод 3 расположен под якорем 2, в проекции якоря 2, часть зубьев опорного обода 3 всегда находится в зацеплении с частью зубьев нижнего края якоря 2.
Регулирующая шестерня 4 расположена параллельно основанию корпуса 1, между опорным ободом 3 и коленчатым валом 5.
Цилиндр 1-1 и поршень 6 расположены на участке окружности, проходящей через центр хомута 7, по которой хомут совершает максимальные по амплитуде колебания.
Хомут 7 имеет две пары креплений - крепления к корпусу 1 и крепления якоря 2, оси которых (пар креплений) перпендикулярны друг другу, при этом поршень 6 закреплен над одним из креплений якоря в точке, совершающей максимальные по амплитуде возвратно-поступательные (качательные) движения.
Передаточный вал 9 прикреплен вдоль оси крепления хомута 7 в корпусе 1.
Корпусы плавников 10 прикреплены вдоль оси передаточного вала 9 диаметрально друг другу в плоскости расположения хомута 7.
Хвост 12 прикреплен вдоль оси передаточного вала 9 перпендикулярно корпусам плавников 10.
Форма выполнения элемента (элементов) или устройства в целом, - геометрическая.
Форма двигателя в целом - расположенная на боку полусфера с идущим от нее вертикально вниз валом, к концу которого прикреплены трапециевидные плавники и хвост.
1. Корпус 1 в виде полусферы, по бокам полусферы расположены два отверстия под крепления хомута 7, по окружности основания расположены несколько (три и более) роликов 12 под опорный обод 3, в верхней и нижней частях корпуса 1 по центру имеются вертикальные круглые отверстия для вала 5.
2. Якорь 2 в виде полой полусферы с расположенным по центру вертикально отверстием под вал 5, двумя диаметрально расположенными в нижней части отверстиями под крепления хомута 7, с зубьями, расположенными снизу по окружности якоря 2, радиально.
3. Опорный обод 3 с зубьями, расположенными на верхней части обода, радиалыю (для зацепления с зубьями якоря 2) и с зубьями, расположенными по внутренней окружности обода 3 вертикально (для зацепления с зубьями регулирующей шестерни 4).
4. Регулирующая шестерня 4, состоящая из двух шестерен - верхней малой и нижней большой, жестко скрепленных по оси.
5. Коленчатый вал 5 с коленом, расположенным под острым углом к оси вала.
6. Хомут 7 с двумя диаметрально расположенными и обращенными наружу креплениями (для закрепления в корпусе 1) и двумя диаметрально расположенными и обращенными внутрь креплениями якоря 2.
7. Поршень 6 в виде полого закрытого изогнутого цилиндра, ось которого представляет участок окружности. Камера сгорания в форме изогнутого цилиндра 1-1, ось которого представляет участок окружности, закрытого сверху головкой цилиндра.
8. Камера сгорания в форме изогнутого цилиндра 1-1, ось которого представляет участок окружности, закрытого сверху головкой цилиндра.
9. Передаточный вал в виде прямого стержня.
10. Плавник в виде трапеции, вершиной прикрепленной вдоль оси передаточного вала, состоящий из корпуса 10 с полостями и прикрепленного с помощью креплений 10-1 вдоль его срединной линии клапана 11 аналогичной корпусу трапециевидной формы.
11. Хвост в виде трапеции неправильной формы, прикрепленной вершиной вдоль оси передаточного вала.
Форма выполнения связи между элементами двигателя
Якорь 2 связан с хомутом 7 посредством креплений хомута, проходящих через два нижние отверстия якоря.
Вал 5 связан с корпусом 1 через вертикальные отверстия корпуса.
Опорный обод 3 лежит на роликах 8, связан с якорем 2 и регулирующей шестерней 4 через зубчатое зацепление.
Регулирующая шестерня 4 закреплена в корпусе 1 на валу шестерни; связана с опорным ободом 3 и с коленчатым валом 5 через зубчатое зацепление.
Поршень 6 жестко связан с хомутом 7.
Хомут 7 связан с корпусом 1 посредством креплений хомута, проходящих через два отверстия в корпусе.
Передаточный вал 9 прикреплен вдоль оси крепления хомута 7 в корпусе 1.
Корпусы плавников 10 прикреплены вершинами вдоль оси передаточного вала 9 диаметрально друг другу в плоскости расположения хомута 7.
Хвост 12 прикреплен вдоль оси передаточного вала 9 перпендикулярно корпусам плавников 10.
Параметры и другие характеристики элемента (элементов) и их взаимосвязь
Радиус якоря 2 превышает радиус опорного обода 3 и соотносится с ним как гипотенуза с катетом в прямоугольном треугольнике, т.е. равен корню квадратному из суммы квадратов радиуса основания якоря и высоты от плоскости верхней части опорного обода 3 до центра основания якоря 2.
Длина вала 5 превышает высоту корпуса 1, колено расположено к оси вала под углом, равным углу, образуемому основанием якоря 2 и основанием корпуса 1.
Радиусы малой и большой шестерен регулирующей шестерни 4 должны быть таковы, чтобы обеспечивать равенство величины отношения скорости вращения опорного обода 3 к скорости вращения коленчатого вала 5 и величины отношения разницы длин радиусов основания якоря 2 и опорного обода 3 к длине радиуса опорного обода 3 (например, если длины радиусов основания якоря 2 и опорного обода 3 соотносятся как 5 к 4, их разница составляет 1, соответственно скорости вращения опорного обода 3 и коленчатого вала 5 должны соотноситься как 1 к 4, что и должна обеспечить расположенная между ними регулирующая шестерня 4).
Большинство элементов устройства могут быть выполнены из металлов и иных прочных жестких материалов, за исключением клапанов плавников 11 и хвоста 12, для выполнения которых требуется эластичный упругий материал.
Перечень чертежей
Фигура 1 - двигатель водный, вид спереди.
Фигура 2 - двигатель водный, вид сбоку.
Фигура 3 - двигатель водный, вид сверху.
Двигатель может быть построен исходя из общих принципов двигателестроения и уровня современной техники, т.к. не имеет каких-либо конструктивных элементов, изготовление которых требовало бы применения специальных технологий.
Двигатель действует следующим образом: при нахождении поршня 6 в верхнем положении происходит процесс воспламенения газовой смеси (процесс сгорания), сила давления газов действует на головку поршня 6, хомут 7, якорь 2, края которых также находятся в верхнем положении, в результате чего данные элементы начинают поступательное движение вниз по относительно вертикальному участку окружности, к крайнему нижнему положению, диаметрально противоположный край якоря 2 и хомута 7 начинает двигаться в противоположном направлении - к крайней верхней точке, при этом место зацепления нижнего края якоря 2 с опорным ободом 3 начинает последовательно перемещаться по опорному ободу 3, в направлении к опускающимся краям хомута и якоря, например, по движению часовой стрелки; при этом верхняя часть якоря 2 начинает перемещаться также в направлении движения часовой стрелки и увлекает за собой продетое сквозь нее колено коленчатого вала 5, вращая коленчатый вал 5. При достижении крайнего нижнего положения поршня 6 происходит выпуск отработавших газов через клапан 6-1 и канал хомута 7, после этого верхняя часть якоря 2, вал 5 продолжают движение по инерции и место зацепления нижнего края якоря 2 с опорным ободом 3 последовательно перемещается в направлении движения часовой стрелки к диаметрально противоположной точке, при этом хомут с поршнем 6 и закрепленным под поршнем краем якоря начинают подниматься, при достижении поршнем 6 крайнего верхнего положения завершается процесс сжатия (если двигатель двухтактный), после чего повторяется вышеописанный процесс сгорания газовой смеси; либо завершается процесс выпуска (если двигатель четырехтактный), после чего по инерции следуют процессы впуска газовой смеси, ее сжатия и повторяется вышеописанный процесс сгорания газовой смеси. При этом в случае вращения вала 5 по часовой стрелке происходит одновременное вращение регулирующей шестерни 4 в противоположном направлении, и движение опорного обода 3 в этом же направлении, но с гораздо меньшей скоростью, обеспечивающей неперемещение основания якоря в горизонтальном направлении относительно корпуса. При колебаниях хомута 7, сообщаемых через передаточный вал 9 корпусам плавников 10 и хвосту 12, один из плавников двигается вперед, а вода проходит через полости корпуса плавника и давит на гибкий клапан 11, прикрепленный вдоль средней горизонтальной линии корпуса плавника. Клапан 11 под воздействием сопротивления воды сгибается вдоль средней горизонтальной линии и краями отгибается назад, пропуская воду. Другой плавник в это время при движении назад будет толкать воду в направлении, противоположном направлению движения транспорта, двигая транспорт вперед, а хвост 12 при колебательных движениях будет поочередно отклоняться из одной стороны в другую, при этом сгибаясь под воздействием воды, и, совершая волнообразные движения в направлении от основания к концу хвоста, также будет отталкивать воду в направлении, противоположном направлению движения транспорта, двигая транспорт вперед.
1. Двигатель водного транспорта, содержащий корпус с неподвижно закрепленным цилиндром, в котором расположен поршень, цилиндр и поршень имеют изогнутую форму, а их оси представляют участки окружности, коленчатый вал, якорь, хомут с двумя парами диаметрально расположенных креплений, при этом оси пар креплений перпендикулярны друг другу, и опорный обод, расположенный на основании корпуса, и регулирующую шестерню, расположенную между валом и опорным ободом, находящуюся в зубчатом зацеплении с ними, отличающийся тем, что колено вала расположено под острым углом к оси вала, поршень крепится к хомуту, который закреплен в корпусе при помощи двух обращенных наружу диаметрально расположенных креплений, хомут закреплен с якорем при помощи двух обращенных внутрь диаметрально расположенных креплений, якорь одет на колено вала и одним краем своего основания постоянно касается опорного обода, с которым зацеплен зубьями, расположенными радиально на нижней части основания якоря и верхней части опорного обода, опорный обод расположен горизонтально на роликах корпуса и связан зубьями, расположенными вертикально по внутренней окружности опорного обода, с зубьями регулирующей шестерни, к хомуту вдоль оси крепления хомута прикреплен передаточный вал с закрепленными на оси передаточного вала двумя плавниками и хвостом, при этом плавники располагаются в плоскости хомута, а хвост перпендикулярен плоскости хомута, поршень двигается возвратно-поступательно по участку окружности, качая хомут и якорь, верхняя часть якоря при этом вращает вал, а хомут сообщает колебательные движения через передаточный вал плавникам и хвосту, которые отталкивают воду в направлении, противоположном направлению движения транспорта, двигая транспорт вперед.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что двигатель на водном транспорте устанавливают так, что передаточный вал занимает вертикальное положение.
3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что при колебаниях хомута с передаточным валом один из плавников двигается вперед, а вода проходит через полости корпуса плавника, отгибает гибкий клапан, прикрепленный за корпусом вдоль средней горизонтальной линии корпуса плавника, при этом клапан, сгибаясь вдоль средней горизонтальной линии, пропускает воду, другой плавник движется назад и отталкивает воду, хвост при колебательных движениях отклоняется из одной стороны в другую относительно направления движения транспорта, сгибаясь, при этом под воздействием воды совершает волнообразные движения в направлении от основания к концу хвоста и также отталкивает воду.
4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что опорный обод установлен на роликах, верхняя часть якоря вращает вал, а нижняя часть якоря вращает опорный обод в направлении, противоположном вращению вала, опорный обод вращает регулирующую шестерню, регулирующая шестерня вращает вал.
