Файл: Гулиа Н.В. Инерционные аккумуляторы энергии.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 198

Скачиваний: 33

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

 

Рис. 50. Инерционный рекуператор с резино­

вым

упругим звеном: 1 —• маховик, 2 — коничес­

кая

пара, 3 — резиновое кольцо, 4 — фрикцион­

ная муфта, 5 — вал трансмиссии.

разгона маховика, кинетическая энергия торможения вместе с аккумулированной потенциальной энергией упругого звена накапливается в маховике. Ввиду малой аккумулирующей способности упругого звена такой рекуператор не может при­

меняться при

накоплении

большего

количества

механической

энергии.

 

 

 

 

 

 

 

Н у ж н о отметить, что

статические

аккумуляторы

могут

накопить большое количество энергии только в том

случае,

если

рабочим

телом является газ,

так

как он

обладает ма­

лым

модулем

упругости и

высокой

деформируемостью

(сжи­

маемостью) . Однако при этом имеют место большие потери

энергии, вызываемые

малым к. п. д. пневмокомпрессоров и

пневмодвигателей в требуемом режиме работы,

а т а к ж е поте­

рей адиабатического

тепла. Это обстоятельство

практически

исключает возможность применения пневмоаккумуляторов с v

целью использования кинетической

энергии. И з механичес­

ких

аккумуляторов д л я данной

цели

более, эффективным сле­

дует

признать инерционный

аккумулятор — маховик, накоп­

ляющий кинетическую энергию.

 

Д л я рассмотрения процесса, происходящего при накопле­

нии

кинетической; энергий цикличной машины

>в инерционном

аккумуляторе

и выделении

ее, представим

взаимодействую­

щ и е

агрегаты

в виде схемы

(рис. 51). Здесь маховик с момен-

Рис. 51. Схема си­ стемы «движущаяся ма­ ши в:а—маховик».

том инерции I] и угловой скоростью со заменяет любую

дви­

ж у щ у ю с я машину,

кинетическая

энергия которой равна

ки­

нетической энергии

маховика:

 

 

 

Е К = 0 , 5 1 1 Ш

2 .

(68)

Приведенные реактивные сопротивления движению машины схематически" представлены в виде тормоза, с тормозящим моментом Рчь аккумулятор ж е кинетической энергии — как маховик с моментом инерции 1 2 и той ж е угловой скоростью, на которой действует тормозящий момент R2 , заменяющий различные сопротивления вращению маховика. С у м м а р н а я кинетическая энергия такой системы в любой момент равна:

2 E K = 0 ) 5 I I c o 2 + 0 , 5 I 2 c o 2 = 0 , 5 c o 2 ( I 1 + l 2 ) .

(69)

г

Д л я 'создания максимальной скорости движения машины при минимальных энергетических затратах необходимо, чтоб энергия, накопленная в маховике, была минимальной. При этом угловая скорость со обеих приведенных маховых масс

м а к с и м а л ь н а . Как

следует

из формулы (69), это может быть

достигнуто лишь

в .случае,

.когда момент .инерции

Ь весьма

мал по сравнению

с 1\. Д л я

замедления, движения

машины до

столь малой скорости, которая соответствует практической остановке, необходимо, по-видимому, чтоб вся энергия систе­ мы была заключена в маховике аккумулятора . Ясно, что при

этом момент, инерции І2 д о л ж е н быть весьма велик

по

отно­

шению к

її. Т а к к а к момент инерции її

(приведенный

момент

инерции

машины) либо постоянен, либо

меняется по

не

зави­

сящим от нас обстоятельствам (вход и выход пассажиров из транспорта, разгрузка ковша экскаватора и др . ), то, видимо, аккумулятор кинетической энергии д о л ж е н обладать способ­ ностью варьировать приведенный момент инерции Ь в широ­ ких пределах. Н а п р и м е р , при движении машины с максималь ­ ной скоростью . и кинетической энергии аккумулятора, состав­

ляющей около 1% от суммарной, 12 приблизительно

в 100

р а з

меньше

1|.

 

 

 

 

Д л я остановки машины т а к ж е

практически вполне

до­

статочно, чтоб ее кинетическая энергия не превышала

при­

мерно

1% от суммарной. Момент

инерции аккумулятора Ь

в этом

случае д о л ж е н превышать її

т а к ж е примерно

в 100

раз .

Следовательно, диапазон

варьирования момента

инерции

аккумулятора — порядка

10 000. Этим объясняются

неудачи

применения примитивных конструкций аккумуляторов кине­

тической

энергии с маховиками переменного'момента

инерции,

имевшие

место в прошлом. Такие маховики, представляющие

собой полые

цилиндры,

заполняемые

жидкостью,

сыпучими

телами и

пр

., а т а к ж е

конструкции с

р а з д в и ж н ы м и

грузами,

могли обеспечить л и ш ь варьирование момента инерции, в ты­ сячи раз меньшее требуемого.

Более реальными представляются конструкции, позволяю­ щие варьирование момента инерции путем изменения переда­ точного числа привода.

§2. Инерционные рекуператоры

спланетарными передачами

Т а к а я

схема инерционного

рекуператора

была пред­

ложена Н. К-

Куликовым в 1951

г. Рекуператор

Н . К. Ку­

ликова (рис. 52) представляет собой планетарную коробку передач с маховиком и бесступенчатым вариатором. Этот ре-

ЮЗ

Рис. 52. Инерцион­ ный рекуператор механи­ ческой энергии по схе­ ме проф. Н. К. Кулико­

ва: 1 — маховик,

2 —

вариатор,

3 — сцепление,

4 — вал

двигателя,

5 —

приведенная масса

авто­

мобиля.

 

 

куператор не

был осуществлен

из-за

отсутствия прогрессив­

ной

передачи

с требуемой характеристикой

[76].

 

 

Фирмой Кларік (Англия) разработаны іразлвдчньїе вариан­

ты

рекуперативных тормозов,

состоящих

из

маховиков

и

планетарных

коробок передач

[135].

 

 

 

 

 

Автобусный

рекуперативный

тормоз Г и р е к т а — с х е м а

его

изображена на

рис. 53 — представляет

собой

четырехскорост-

Рис.

53.

Принципи­

альная

схема

рекупера­

тивного

тормоза

Гирек­

та: / — маховик,

2 —

зубчатые

венцы,

3 —

центральные

шестерни,

4 — сателлиты.

 

 

иую планетарную коробку передач, соединенную солнечной шестерней с двигателем автобуса, водилом сателлитов — с карданным валом, а венцом — с маховиком, аккумулирующим кинетическую энергию автобуса совместно с энергией, выде­ ляемой работающим двигателем. П р и торможении э к и п а ж а , связанного трансмиссией с водилом сателлитов, на венец пе­ редачи, а следовательно, и на вал маховика действует крутя ­

щий

момент. Реактивный

ж е момент,

который и

з а м е д л я е т

автомобиль, действует на вал двигателя . Поэтому

двигатель

автобуса

не отключается

ни

при

торможении, ни

при

разго-

. ие.

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рекуперативный тормоз Гиректа целесообразно устанав ­

ливать на

автомобиль со всеми ведущими осями

для

приво­

да задних

колес. М а х о в и к

привода

весит

80

кг и в р а щ а е т с я с

максимальной угловой

скоростью

до

15 000

об/мин.

При диа­

метре маховика

0,57

м о к р у ж н а я

 

его

скорость

достигает

450

м/сек.

Ф о р м а маховика близка к диску равной

прочности.

При

торможении

э к и п а ж а

маховик

разгоняется

совместной

энергией двигателя и тормозимого автобуса с 12 до 15 тыс. об/мин. Ускорение при этом достигает 100 об/мин в 1 сек. Установленный на автобусе весом 10 т привод Гиректа позво­ ляет производить торможение от 30 до 10 миль в час, а при

разгоне, который продолжается около 15

сек, он заменяет до­

полнительный двигатель

мощностью 120

л. с. П р и

снижении

скорости маховика ниже

12 тыс. об/мин,

например

при стоян­

ке, оператор может по желанию, непосредственно из кабины соединить маховик с двигателем и разогнать его.

К а к у ж е было отмечено, маховик привода Гиректа ввиду большой скорости вращения помещен в кожух с разреженной атмосферой, д л я снижения вентиляционных потерь. Воздух из кожуха непрерывно удаляется насосом, питающимся не­ посредственно от маховика. Б л а г о д а р я этому разогнанный ма­ ховик может в р а щ а т ь с я до остановки более недели. После ночной стоянки автобуса энергии маховика хватает д л я пуска двигателя . Включение передачи планетарной коробки произ­

водится автоматически при помощи электромагнитных

муфт.

Следует отметить, что установка рекуперативного

тормо­

за такого типа на автобус позволяет экономить до 50%

топлн-

.ва при малых расстояниях между остановками .

 

Фирмой К л а р к было т а к ж е разработано гидромеханичес­ кое устройство, с маховиком д л я рекуперативного торможе -

нпя, называемое Гидректа, Гидректа представляет собой со­ четание планетарного привода Гиректа с гидродинамическим трансформатором д л я повышения плавности и легкости управ ­ ления. П р и этом экономические показатели Гидректа несколь­ ко ниже, чем Гиректа, что объясняется потерями энергии в гидроприводе.

Маховик привода Гидректа имеет диаметр 0,51 м и

весит

64 кг.

Его м а к с и м а л ь н а я угловая

скорость — 20 ООО

обIмин.

О б щ е е время разгона неподвижного

маховика до этих

оборо­

тов — 1 мин 40 сек.

 

 

 

 

К а к отмечали в дискуссии по

поводу приводов

Гиректа

и Гидректа профессора

Висконсинского . университета

П. С.

Манере

и О. Д . Ю х а р а ,

основным

преимуществом

экипажей

с этими устройствами является весьма интенсивный разгон, обусловленный повышением разгонной мощности при тех ж е р а з м е р а х основного двигателя . Например, автомобиль весом

около

1200

кг,

снабженный двигателем

150

л.

с.

и устройст­

вом

 

Гидректа,

позволяет

производить

разгон

с

места

до

100

км/час

за

4,75 сек,

а

до 145 км/час

— за

11,25 сек.

Это

очень

высокие

динамические

показатели

дл я

автомобиля;

среднее ускорение его достигало 6

м/сек2.

 

 

 

 

•

Тормозные

и динамические

характеристики

автомобилей

с устройством

Гиректа

представлены

на рис. 54.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р.ис.

54.

Тормозные

 

 

 

 

 

 

и динамические характе­

 

 

 

 

 

 

ристики

автомобиля

с

 

 

 

 

 

 

ycipuuciuoM

1 иректа:

 

 

 

 

 

 

о — тормозная

характе-

 

 

 

 

 

 

оистика,

б — разгон

ав­

 

 

 

 

 

 

томобиля

с устройством'

 

 

 

 

 

 

Гиректа.

в

— разгон

і

5

ю

is

го

HQ

обычного

автомобиля.

 

 

 

 

 

£>ремя, сеч

Из - за ступенчатого изменения передаточного отношения привода работа рекуператоров кинетической энергии на осно­ ве маховиков и планетарных передач не достаточно эффек -

Смотрите также файлы