RU2033342C1

RU2033342C1 - Power flow transformer

Info

Publication number: RU2033342C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Федорович Раковский
Original assignee: Владимир Федорович Раковский
Priority date: 1988-09-05
Filing date: 1988-09-05
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: transport engineering. SUBSTANCE: transformer has two main components: conventional system including a tangential inertia planetary train which is connected to the driving engine through a kinematic chain, and the modulating planetary train engaged with the transformer by their common shaft; this latter train is engaged with the inlet and outlet shafts of the transformer. The modulating planetary train is coaxial to the inertia planetary train and placed between it and the transformer outlet shaft. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

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. The invention relates to mechanical engineering, and can be used in all sectors of the economy, where it is necessary to obtain a smooth (stepless) automatic change in the number of revolutions and the magnitude of the torque of the executive body. The preferred area of use of the invention is transport engineering.

Целью изобретения повышение эффективности за счет снижения динамических нагрузок и пульсаций выходного силового потока. The aim of the invention is to increase efficiency by reducing dynamic loads and pulsations of the output power flow.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема трансформатора силового потока; на фиг. 2 графическая схема амплитудной модуляции силового потока в модулирующем планетарном механизме. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a power flow transformer; in FIG. 2 is a graphical diagram of the amplitude modulation of the power flow in a modulating planetary mechanism.

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. The power flow transformer constructively consists of a kinematic circuit containing two main elements: inertial and modulating planetary mechanisms. The inertial mechanism 1 with tangential inertia is made according to the traditional classical scheme, and is a pulse generator of the power flow. Pulses are alternating in nature. The modulating planetary mechanism (hereinafter the modulator) 2 is placed coaxially between the pulse generator and the output shaft 3 of the transformer.

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. The purpose of including the modulator in the device circuit is to replace the functional purpose of previously used freewheels. The principle of constructing this functional replacement is based on the effect of amplitude modulation of the alternating output stream of the generator into the alternating pulsating output stream of the transformer as a whole. The modulator is a classic planetary mechanism with a single row epicycle 4. The kinematic connections between the elements of the generator and the modulator are constructed as follows. The output shaft of the generator is the intermediate shaft 5 of the transformer and connects both mechanisms 1 and 2 of the device.

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). The intermediate shaft 5 is connected to the sun gear 6 of the modulator. Drove 7 modulator 2 has a rigid gear connection with the input shaft 8 of the transformer. The connection is made according to the scheme of two-stage increasing reduction (multiplication) and contains a closing shaft conduit 9, equipped with two 10 and 11 gear gears connecting the shaft conduit 9 with the input shaft 12 and the carrier 7 of the modulator 2. The epicycle 4 of the modulator is connected to the output shaft 3, which, depending on type of load can be directly connected to the consumer or through a reduction gear 13 containing controllable forward and reverse elements (in Fig. 1, the control is indicated by a dashed line).

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. The gearbox 13 can be combined with a generator and a modulator in one housing 14 or represent a separate unit. The inclusion of the gear 13 in the transformation circuit is particularly desirable in the case of transport use of the device.

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. In order to ensure the excitation of the transformer, the intermediate shaft 5 is equipped with a drum or disk type brake 15 controlled by a locking device. In order to reduce the influence of the inertial masses of the brake on the process of alternating rotation of the shaft line 9, its dimensions are selected as minimum and sufficient to block the shaft line 5 at the time of start-up.

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. The purpose of the brake control is indicated by a dashed line with an excitation index. In order to reduce dynamic loads in the elements of the transformer, input 12, intermediate 5 and output 3 shafts are made of materials with high elasticity. Energy is supplied to the transformer from the motor 16.

Работа трансформатора основана на условии суммирования выходного потока из двух отдельных силовых потоков: известного ранее знакопеременного и вновь вводимого знакопостоянного. The operation of the transformer is based on the condition of summing the output stream from two separate power flows: the previously known alternating and newly introduced alternating current.

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. The mathematical aspect of the proposed constructive solution is as follows. The principle of the graphical addition of two functions is known, while one function can have an alternating (for example, sinusoidal) harmonic character.

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.The second function may be of constant sign (e.g. linear). The task of graphically adding two functions is solved (Fig. 2) extremely simply: for a given point on the x-axis (X _2.1 ), the addition (or subtraction, depending on the sign) of two ordinates Y of each function is performed. Those. if given: Y ₁ f (X ₁ ) and Y ₂ f (X ₂ ), then Y _sum Y ₁ + Y ₂ .

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. The principle of graphical addition of two different functions can be practically materialized in mechanical devices having a degree of freedom greater than unity. In particular, planetary (differential) mechanisms are such summing devices.

С помощью планетарного механизма достаточно просто можно решить задачу преобразования знакопеременного гармонического силового потока в знакопостоянный, пульсирующий. Using the planetary mechanism, it is quite simple to solve the problem of converting an alternating harmonic power flow into an alternating, pulsating one.

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).If one moving element of the planetary mechanism (link) is connected with the output shaft by a load, and the other two links are loaded with alternating and alternating power flows, the resulting output stream will be an integral function, the amplitude values of which in each time coordinate will be the sum or difference of two amplitudes from each of the two terms (input) functions. Now, in order for the output stream characteristic to not be rigid alternating, it is necessary to fulfill the mathematical condition / A ₁ ^max /> / A ₂ ^max /, where A _{1 is the} maximum amplitude value of the velocity factor of the alternating semiflow, A _{2 is the} maximum amplitude value of the velocity factor of the alternating flow / Y ^' ₂ , Y ^' _sum ).

Включение в работу трансформатора силового потока состоит из последовательности операций, проводимых в три этапа. The inclusion in the operation of the power flow transformer consists of a sequence of operations carried out in three stages.

1 этап. До включения приводного двигателя 16 производят заблокирование устройства (тормоза) 15. Stage 1. Before turning on the drive motor 16, the device (brakes) 15 are locked.

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. 2 stage. The drive motor is connected, and under conditions of blocking by the brake 15 of the intermediate shaft line 5, the transformer operates as a gear device. The sun gears of the generator and the modulator turn out to be stationary. The inertial element of the generator rotates and through the gears 10 and 11 and the closing shaft 9 rotates in an accelerated mode the carrier 7 of the modulator. Further, the movement is transmitted to the epicycle 4 and the output shaft 3. The load senses the power flow in the gear mode with progressively increasing revolutions. After a short period of time, nominally sufficient to accumulate a supply of kinematic energy (inertia) of the load, guaranteeing the power overcoming of the suddenly arising operational peak resistance moment, blocking (excitation) is stopped.

3 этап. После снятия блокировки начинается режим автоматического бесступенчатого регулирования, обеспеченный возвратом механизму второй степени свободы. 3 stage. After the lock is released, the automatic stepless regulation mode starts, provided by the return to the mechanism of the second degree of freedom.

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. In this case, the inertial planetary mechanism generator operates according to the traditional scheme, and the alternating power flow supplied from it to the modulator undergoes amplitude modulation due to the dominance of the amplitude of the alternating flow supplied through the closing shaft line. The amplitude dominance is provided by a significant excess of the module (absolute value) of the angular velocity of carrier 7 over the angular velocity module of the sun gear 6 of the modulator. The dynamic response of the epicycle 4 and the output shaft 3 now has an alternating pulsating character.

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. The purpose of reducing the ripple (smoothing) of the “scissors” of amplitudes is to give damping properties (elasticity) to the output shaft 3, as well as to the shafts 5 and 12, which provide less stringent operating conditions of the transformer elements as a whole.

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.The elastic properties of each of the shafts 3, 5, 12 are determined individually by experimental calculation. The contribution to the reduction of the ripple level is also made by the magnitude of the amplitude dominance: the higher the carrier speed 7, the ripple level is lower: A ₁ / A ₂ - >> D. If the transformer is designed for vehicles, then it is rational to supplement its kinematic circuit with a reduction gearbox 13 containing controllable elements forward and reverse. The operation of the gear 13 is provided according to the classical scheme.

Claims

1. POWER FLOW TRANSFORMER, comprising an input crank shaft of a crank mechanism connected to a drive motor, an output shaft of which is connected to an inertial planetary gear input, the output of which is connected kinematically through a rectifying power flow device to the output shaft, characterized in that, in order to increase efficiency by reducing dynamic loads and pulsations of the output power flow, as well as noise, it is equipped with a locking device for coupling the output of the inertial planetary gear The isma with the power flow transformer body, the rectifying power flow device is a three-link planetary mechanism, one link of which is connected to the output of the inertial planetary gear, the second link is kinematically with the output shaft, and the third kinematically with the input crank shaft of the crank mechanism.

2. The transformer according to claim 1, characterized in that it is equipped with a reverse mechanism installed in the kinematic connection of the second link of the three-link planetary mechanism and the output shaft, and the locking device is made in the form of a drum or disk brake.

3. The transformer according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the inertial and three-link planetary mechanisms are aligned.