CS264823B1 - Zotrvačnlk s premenným hmotovým momentom zotrvačnosti - Google Patents

Description

264823 2

Vynález sa týká zotrvačníka s premenným hmotovým momentom zotrvačnosti pre piestové spalovaoie motory pracujúce v nestacionárnych režimoch. V náhodné premenených prevádzkových podmienkach motory polnohospodárskych a lesnýchtraktorov, zemných a dalších samohybných strojov vzhladom k tomu, že vonkajšie zataženiemá nestacionárny charakter, viac ako 90 % časového fondu pracujú v nestacionárnych režimoch. V závislosti od dynamiky zmien vonkajšiehó zataženia a na nej závislej dynamike procesuregulácie nestacionárně režimy můžu byt přechodné alebo neustálené. Přechodné režimy sú cha-rakterizované prechodom motora z jedného ustáleného alebo neustáleného režimu do druhého prišpecifickom působení zataženia s vSčšou periodou zmien. Neustálené režimy sú vyvolané perio-dickými změnami vonkajšieho zataženia, resp. momentu odporu MQ okolo určitej strednej hodnoty.Periodické změny Μθ pri přechodných a neustálených režimoch vyvolávajú kolísanie otáčok moto-ra i otáčok ústrojenstva přenosu momentu a tým aj kolísanie pojazdovej rýchlosti strojovejsúpravy, čo vedie k vzniku a působeniu premenných zotrvačných zatažení. S kolísáním otáčokmotora dochádza k zhoršeniu procesov plnenia, tvorby zmesi, spalovania i procesu reguláciemotora. V důsledku uvedeného sa výkon motora znižuje až o 30 % a spotřeba paliva zvyšuje ažo 13 %.

Doteraz známe vyhotovenia zotrvačníka piestových spalovacích motorov, pokial ide o jehotvar,'velkost i moment zotrvačnosti vychádzajú z dovolenej nerovnoměrnosti chodu motora az aaximálneho přebytku práce, pričom sa berie do úvahy lahké spúštanie motora, plynulý roz-bez vozidla či súpravy, menej už kvalita regulácie a vyrovnanie náhlých periodických zmienzataženia.

Piestové spalovacie motory, ktoré pracujú v kvazistacionárnych režimoch, vynikajú vy-sokou akceleráciou a hospodárnosťou prevádzky v důsledku nízkých strát z lahkých pohyblivýchčastí klukového ústrojenstva a zotrvačníka s menším momentom zotrvačnosti. Piestové spalova-cie motory, ktoré pracujú v nestacionárnych režimoch, vyžadujú obrátený přístup k ich vyhoto-veniu, podmienený potřebou získat čo najváčšie zotrvačné momenty rotujúcich častí klukovéhoústrojenstva, najma zotrvačníka a vačšiu necitlivost regulácie pri dodržaní stability a perio-dickej regulácie s ohladom na dynamiku zmien zataženia. Takýto přístup sa doteraz neberiedo úvahy, čo vedie k vyššie popísáným negativným důsledkom a nízkej efektivnosti premenyenergie vůbec.

Vplyv uvádzaných nedostatkov piestových spalovacích motorov pracujúcich v nestacionárnychrežimoch podstatné obmedzí zotrvačník s premenným hmotovým momentom zotrvačnosti podlá vyná-lezu. Jeho podstata spočívá v tom, že na klukovom hríadelí prenášajúcom moment je v odstupea rovnoběžně so základnou častou zotrvačníka so spojkou usporiadaný otočné přídavný kotúč,pričom na základnej časti sú rovnoměrně od osi otáčania excentricky umiestnené zo stranymotora nosné čapy, na ktorých sú otočné uložené páky so závažiami na koncoch a uprostředopatřené unášacími čapmi, ktorých konce zasahujú do pozdlžnych otvorov vytvořených diagonálněv prídavnom kotúči. V základnej časti zotrvačníka sú operky a na prídavnom kotúči výstupky,medzi ktorými sú symetricky po obvode uložené pružiny. Výhody zotrvačníka s premenným hmotovým momentom zotrvačnosti podlá vynálezu sú v tom,že umožňuje podstatné zvýšenie momentu zotrvačnosti motora v okamžikoch, ked je najviac potřeb-ný na rýchlejšie prekonanie zvýšeného momentu odporu a pri poklese momentu odporu rýchlejšiezvyšuje frekvenciu otáčania klukového hriadela, čím motor získává vyššiu prispůsobivosf zaťa-ženiu pri zníženej nerovnoměrnosti chodu. Následné sa skracuje čas, zlepšuje kvalita a dyna-mická stabilita regulácie motora. V súhrne v porovnaní s doteraz známými vyhotoveniami zotr-vačníkov, zotrvačník podlá vynálezu zvyšuje výkon motora, znižuje spotřebu paliva a v důsledkumenšieho kolísania pojazdovej rýchlosti strojových súprav zlepšuje kvalitu technologickýchprocesov za efektívnejšej premeny energie.

Vynález je bližšie konštrukčne a funkčně objasněný na příklade jeho prevedenia, kde na obr. 2 je schéma bočného pohladu na zotrvačník a na obr. 1 schéma osového řezu. 3 264823

Zotrvačník s premenným hmotovým momentom zotrvačnosti podlá vynálezu pozostáva zo základ-nej časti i zotrvačníka so spojkou upevněných na klukovom hriadeli a na ňom je v odstupe arovnoběžně so základnou častou JI zotrvačníka usporiadaný otočné přídavný kotúč 2, pričom nazákladnej časti JL sú po obvode rovnoměrně od osi otáčania excentricky umiestnené zo stranymotora nosné čapy 3, na ktorých sú otočné uložené páky Ei so závažiami 6 na koncoch a upros-třed opatřené unášacími čapmi i, ktorých konce zasahujú do pozdlžnych otvorov ]_, vytvořenýchdiagonálně v prídavnom kotúči 2. V základnej časti JI zotrvačníka sú operky 9 a na prídavnomkotúči 2 výstupky 10, medzi ktorými sú symetricky po obvode uložené pružiny j8. Vzájomná polo-ha základnej Časti JI zotrvačníka, přídavného kotúča 2, pák 5 so závažiami b je viazaná a udržo-vaná pružinami _8 tak, aby přídavný kotúč mohol vykývnuť o uhol & a páky E> so závažiamib o uhol pričom dlžka A pružin J8 před vykývnutím sa skráti na dlžku B po ich stlačení.

Funkcia zotrvačníka s premenným hmotovým momentom zotrvačnosti podlá vynálezu je zalo-žená na tom, že klukový mechanizmus piestového spalovacieho motora a dalšie členy traktorači vozidla s ním spojené tvoria sústavu hmotných torzne pružných telies, prenášajúcich časovopremenný točivý moment Mt, vyvolaný pracovným obehom a zotrvačnými účinkami klukového mecha-nizmu, hlavně zotrvačníka, redukovanými ku klukovému hriadelu na jednej straně a na druhejstraně časovo premený Mq a zotrvačné účinky posuvných a rotačných hmčt traktora či vozidlai pracovného stroja redukovanými taktiež ku klukovému hriadelu.

Ak opísanú reálnu viachmotovú sústavu nahradíme ekvivalentným dynamickým modelom, kdekinetickú energiu jednotlivých hmot nahradíme rovnako velkou Ek hmoty příslušného zotrvač-níka, potom pri zanedbaní účinkov pružných elementov, torzného kmitania a dalších zjedno-dušení možno napísať rovnicu dynamickej rovnováhy v tvare dco

M. + I = Μ + I t - m dt o - a dt

Vo vztahu Mt a Μθ sú okamžité hodnoty točivých momentov, 1^ hmotový moment zotrvačnosti motora a X hmotový moment zotrvačnosti traktora či vozidla á pracovného stroja. Trecie a3 iné stratové momenty sú zanedbané.

Zotrvačník s premenným hmotovým momentom zotrvačnosti podlá vynálezu pri přebytkuakumuluje energiu a přebytku MQ chýbajúcu energiu dodává, pričom pósobí vždy proti změnámuhlovej rýchlosti to . Pri časovom vzraste Mq o určitú hodnotu najprv okamžité vznikom a póso-bením odstredivej sily reaguje zotrvačník podlá vynálezu vykývnutím pák 5 so závažiami 6,tj. zvýšením momentu zotrvačnosti pri relativné menšom znížení o_ a až s istým mizivo krátkýmoneskorením zasahuje regulátor. Ked aplikujeme zákon o zachovaní energie platí:

Ek = | dz ·ω2 -ωι

Vo vztahu I je moment zotrvačnosti zotrvačníka v základnej poloheAI, prírastok momentuz z zotrvačnosti a relativný pokles uhlovej rýchlosti. Je preukázne, že v danom případe sazotrvačník s premenným hmotovým momentom zotrvačnosti podlá vynálezu chová tak, ako klasickýzotrvačník s v3čším momentom zotrvačnosti a teda aj menším poklesom uhlovej rýchlosti. Činnost zotrvačníka s premenným momentom zotrvačnosti je nasledovná. Za rozběhu a rovno-mernej frekvencie otáčania hriadela budú zotrvačnou silou, třením a napStím tlačných pružinji páky 5 so závažiami 6 udržované na minimálněj vzdialenosti R od osi klukového hriadela.

Pri vzraste M dójde k zníženiu uhlovej rýchlosti ω_ a pósobením zotrvačnej sily páky Ei sozávažiami £ vykývnu v smere tu , čím relativné natočia základnú část _1 zotrvačníka a přídavnýkotúč 2 proti sebe a stlačia pružiny ji. Vykývnutím pák 5 sa závažia 6 dostanú na vSčšiu vzdia-lenost R + L od osi rotácie, čím sa zvSčší moment zotrvačnosti sústavy a vzrastajúci MQ sarýchlejšie překoná, čo analogicky vedie k menšiemu poklesu frekvencie otáčania hriadela vočidoteraz užívanému zotrvačníku a regulačný proces prebehne za kratšiu dobu. Pri následnompoklese Μθ a zvýšení frekvenc.ie otáčania hriadela tlačné pružiny relativné natočia základnú

Claims (2)

1. 264823 4 část 1^ a přítlačný kotúč 2 proti sebe a proti směru to za súčasného rýchlejšieho vzrastu frekvencie otáčania hriadela a zníženia momentu zotrvačnosti sústavy. Opísaný proces v zá- vislosti od velkosti a priebehu Μθ sa s rčznou intenzitou opakuje. Hlavné výhody zotrvačnika motora s premenným momentom zotrvačnosti podlá vynálezu súv tom, že pri jeho optimálnom vyhotovení v závislosti od exoentricity nosných čapov 3, dlžkypák 5, velkosti závaží a parametrov tlačných pružin .8 i vzdialenosti unášacích čapov apoměru delenia hmotnosti medzi základní! část 1 zotrvačnika a páky ji so závažiami 6, umožnípodstatné zvýšenie momentu zotrvačnosti a to v čase, keá je najviac potřebný na prekonanievzrastajúceho Μθ na jednej straně, alebo podstatné zmenšenie tvaru a velkosti základnejčasti 1 v prospěch pák 5_ so závažiami 6 pri zachovaní původného momentu zotrvačnosti na dru-hé j straně. Ďalej umožní podstatná rýehlejšie prekonávanie vzrastajúceho Μθ a pri jeho poklesepodstatné rýehlejšie zvyšuje frekvenciu otáčania hriadela, čím motor získává podstatné vyššiuprispĎsobivost zaíaženiu. Následné sa zlepšuje a skraouje proces regulácie motora i jehokvalita a dynamická stabilita. Popisované vyhotovenie zotrvačnika motora s premenným momentomzotrvačnosti je tiež unikátnym eliminátorom torzného kmitania hriadela, resp. sústavy. Okremtoho znižuje nerovnoměrnost ohodu motora a v súhrne zvyšuje výkon motora, znižuje spotřebupaliva a návazné s tým zlepšuje kvalitu technologického procesu či prevádzky za efektívnejšejpremeny energie. Zotrvačník s premenným momentom zotrvačnosti je možné využit predovšetkým u piestovýchspalovacích motorov pracujúoich v nestacionárnych režimoch, tj. u polnohospodárskych a lesnýchtraktorov, zemných strojov a samohybných strojov, ale i osobných a nákladných automobilov,ako i priemyselných strojov a zariadení s oharakterom nestacionárneho zaťaženia. PREDMET VYNALEZU Zotrvačník s premenným momentom zotrvačnosti, u ktorého základná část zotrvačnika nesiespojku, vyznačený tým, že na hriadeli, prenúšajúcom krútiaci moment, je v odstupe a rovno-běžně so základnou častou (1) usporiadaný otočné přídavný kotúč (2), pričom na základnej čas·ti (1) sú rovnoměrně od osi otáčania excentricky umiestnené nosné čapy (3), na ktorých súotočné uložené páky (5) so závažiami (6) na koncoch a uprostřed opatřené unášacími čapmi(4), ktorých konce zasahujú do pozdlžnych otvorov (7) vytvořených diagonálně v prídavnomkotúči (2), pričom v základnej časti (1) zotrvačnika sú operky (9) a v prídavnom kotúči(2) výstupky (10), medzi ktorými sú umiestnené tlačné pružiny (8). 1 výkres