RU2509916C2

RU2509916C2 - Mechanical energy conversion device

Info

Publication number: RU2509916C2
Application number: RU2011131473/06A
Authority: RU
Inventors: Григорий Петрович Пасхальний
Original assignee: Григорий Петрович Пасхальний
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2014-03-20
Also published as: RU2011131473A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: energy conversion device includes a shaft and levers. Levers interact with components. Components are installed on the shaft. The shaft has a cavity made coaxially to it. A carriage is arranged in the cavity. The installed carriage has a possibility of back and forth movement. On the carriage surface there is at least one groove with an inclination along the shaft axis. A rotating ball has point contact to the groove. The ball is installed so that it can receive energy of force applied for movement of the carriage and transfer it for conversion to force moment to an actuating mechanism rotating the shaft. The mechanism represents a system of levers and consists of calculated number of levers. Levers are installed so that they have point reception and point transfer of the forces applied to them so that outlet force of the previous lever is inlet force for the next one. As components installed on the shaft, with which the levers interact, the device includes brackets rigidly fixed on the shaft. Free ends of brackets are installed in assemblies. Assemblies represent frames. Brackets and levers are fixed in frames in close point contact with the frames and to each other.

EFFECT: designing of an ecofriendly independent device using converted difference of applied force for rotor rotation.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и касается использования преобразованной разности приложенных сил для вращения ротора.The invention relates to the field of energy and relates to the use of the converted difference of the applied forces for rotation of the rotor.

Известен преобразователь энергии ветра и волн, который содержит связанные с помощью рычагов вращающиеся платформы. На каждой платформе установлена лопасть. Преобразователь энергии содержит также кинематически связанные преобразователь движения и узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти, взаимодействующей с флюгером (RU 2254494, 10.09.2003 г., F03D 5/04).A known converter of wind and wave energy, which contains rotating platforms connected with levers. On each platform a blade is installed. The energy transducer also contains kinematically coupled motion transducer and a unit for changing the orientation and fixing the position of the blade interacting with the wind vane (RU 2254494, 09/10/2003, F03D 5/04).

К недостаткам известного преобразователя энергии можно отнести сложность конструкции и невозможность применения на суше.The disadvantages of the known energy Converter include the complexity of the design and the inability to use on land.

Известно также устройство для преобразования энергии ветра, течения реки, волн, содержащее вал, кинематически связанный с электрогенератором, и радиальные рычаги, взаимодействующие с обгонными муфтами, установленными на валу, при этом сцепление муфт с радиальными рычагами происходит по очереди (RU 2409763, 14.01.2009, F03D 5/06).It is also known a device for converting wind energy, river flow, waves, containing a shaft kinematically connected with an electric generator, and radial levers interacting with overrunning clutches mounted on the shaft, while the clutch couplings with radial levers takes place in turn (RU 2409763, 14.01. 2009, F03D 5/06).

Недостатком данного устройства является привязанность его к природному источнику энергии.The disadvantage of this device is its attachment to a natural source of energy.

Задачей, поставленной перед изобретением, является разработка экологичного автономного устройства, использующего преобразованную разность приложенной силы для вращения ротора.The task of the invention is the development of an environmentally friendly stand-alone device using the converted difference in the applied force to rotate the rotor.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для преобразования энергии, содержащем вал и рычаги, взаимодействующие с элементами, установленными на валу, вал имеет выполненную соосно с ним полость, в которой размещена каретка, установленная с возможностью возвратно-поступательного перемещения, на поверхности которой выполнена, по меньшей мере, одна выемка с укосом вдоль оси вала, с которой точечно контактирует вращающийся шарик, установленный с возможностью воспринимать энергию приложенного для перемещения каретки усилия и передавать ее для преобразования в момент сил, вращающий вал, исполнительному механизму, представляющему собой систему рычагов, состоящую из расчетного количества рычагов, установленных с возможностью точечного принятия и точечной передачи приложенных к ним сил таким образом, что выходное усилие предыдущего рычага является входным для следующего, при этом в качестве элементов, установленных на валу, с которыми взаимодействуют рычаги, устройство содержит жестко закрепленные на валу кронштейны, свободные концы которых установлены в узлах, представляющих собой рамки, в которых в плотном точечном контакте с рамками и друг с другом закреплены кронштейны и рычаги.The problem is solved in that in the device for converting energy containing a shaft and levers interacting with elements mounted on the shaft, the shaft has a cavity made coaxially with it, in which a carriage is installed, mounted with the possibility of reciprocating movement, on the surface of which is made at least one recess with a slope along the axis of the shaft, with which a rotating ball is point-contacted, installed with the ability to absorb the energy applied to move the carriage and before to get it for conversion at the moment of forces, a rotating shaft, to an actuator, which is a system of levers, consisting of the estimated number of levers installed with the possibility of point acceptance and point transfer of the forces applied to them in such a way that the output force of the previous lever is input for the next one, while as elements mounted on the shaft with which the levers interact, the device contains brackets rigidly fixed to the shaft, the free ends of which are installed in nodes, constituting a framework in which brackets and levers are fixed in close point contact with the frames and with each other.

На прилагаемых чертежах представлено: на фиг.1 - общий вид устройства с разрезом полой части вала; на фиг.2 - вид А на общий вид устройства; на фиг.3 - вид сверху на общий вид устройства; на фиг.4 - разрез Б-Б общего вида устройства.The accompanying drawings show: FIG. 1 is a general view of the device with a cut of the hollow part of the shaft; figure 2 - a view of a General view of the device; figure 3 is a top view of a General view of the device; figure 4 is a section bB of the General view of the device.

Устройство состоит из рамы 1 с закрепленными в ней двумя подшипниковыми узлами 2, в которых установлен многокронштейновый вал 3. В передней части вала 3, внутри него и соосно с ним, выполнена полость 4, в которой с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлена каретка 5 с выполненными на ее поверхности гнездами 6, в которых размещены шарики 7, установленные в желобах 8 с возможностью свободного движения в них. Свободный конец каретки 5, выходящий наружу из полости 4 вала 3, соединен через подшипниковый узел 9 с малым плечом управляющего работой устройства рычага 10, на большом плече которого установлена рукоять 11 с фиксатором 12 управляющего рычага 10 в шкале сектора 13.The device consists of a frame 1 with two bearing units 2 fixed in it, in which a multi-shaft shaft 3 is installed. In the front part of the shaft 3, inside it and coaxially with it, a cavity 4 is made, in which a carriage 5 s is mounted with the possibility of reciprocating movement made on its surface nests 6, in which the balls 7 are placed, installed in the grooves 8 with the possibility of free movement in them. The free end of the carriage 5, extending outward from the cavity 4 of the shaft 3, is connected through the bearing assembly 9 to the small shoulder of the lever operation control device 10, on the large shoulder of which there is a handle 11 with a lock 12 of the control lever 10 in the sector 13 scale.

На поверхности каретки 5 выполнены с укосом вдоль оси вала две выемки 14, в которых установлена пара шариков 15, контактирующих со штоками 16, установленными в теле вала 3 напротив друг друга и закрепленных в рамке 17, охватывающей вал 3 и являющейся входным элементом исполнительного механизма устройства. Рамка 17 жесткой связкой 18 соединена с узлом 19, в котором размещена двухсторонняя точка опоры первого рычага 20 в виде шариков 21, установленных в точечном контакте с планками узла 19 и с рычагом 20 с двух его противоположных сторон.On the surface of the carriage 5, two recesses 14 are made slanted along the axis of the shaft, in which a pair of balls 15 are installed, which contact the rods 16, which are installed in the body of the shaft 3 opposite each other and mounted in a frame 17 that spans the shaft 3 and is an input element of the device’s actuator . The frame 17 is connected by a rigid ligament 18 to a node 19 in which there is a double-sided support point of the first lever 20 in the form of balls 21 installed in point contact with the slats of the node 19 and with the lever 20 from its two opposite sides.

Рычаг 20 является первым рычагом исполнительного механизма устройства, который представляет собой единую рычажную систему, состоящую из расчетного количества взаимосвязанных рычагов, установленных на кронштейнах вала 3, с возможностью взаимодействия друг с другом в так называемых узлах, включающих шарики 21, плотно прижатые к рычагам, кронштейнам и планкам, образующим данные узлы, и обеспечивающие их точечный контакт. Описанная конструкция исполнительного механизма вместе с валом образует ротор устройства.The lever 20 is the first lever of the actuator of the device, which is a single lever system consisting of the estimated number of interconnected levers mounted on the brackets of the shaft 3, with the possibility of interaction with each other in the so-called nodes, including balls 21, tightly pressed to the levers, brackets and strips forming these nodes, and providing their point contact. The described design of the actuator together with the shaft forms the rotor of the device.

Большое плечо рычага 20 установлено в узле 22, жестко соединенном связкой 23 с узлом 24, в котором установлено малое плечо рычага 25.The large arm of the lever 20 is installed in the node 22, rigidly connected by a bundle 23 with the node 24, in which the small shoulder of the lever 25 is installed.

Двухсторонняя точка опоры рычага 25 в виде шариков 21 размещена в узле 26, в котором она точечно контактирует с большим плечом рычага 27, а большое плечо рычага 25 в свою очередь контактирует в узле 28 с первым относительно управляющего рычага 10 кронштейном 29 вала 3.The bilateral support point of the lever 25 in the form of balls 21 is located in the node 26, in which it is in point contact with the big shoulder of the lever 27, and the big shoulder of the lever 25 in turn contacts the first bracket 29 of the shaft 3 relative to the control lever 10.

Малое плечо рычага 20 установлено в узле 30, жестко соединенном связкой 31 с узлом 32, в котором установлено большое плечо рычага 33, а его двухсторонняя точка опоры в виде шариков 21 размещена в узле 34 связки 35 с узлом 36, в котором установлена двусторонняя точка опоры в виде шариков 21 коленчатого рычага 37, находящегося в одной плоскости с кронштейном 38 вала 3.The small lever arm 20 is installed in the node 30, rigidly connected by a bundle 31 with the node 32, in which the large lever arm 33 is mounted, and its bilateral support point in the form of balls 21 is placed in the node 34 of the link 35 with the node 36, in which the bilateral support point is installed in the form of balls 21 of the crank arm 37, located in the same plane with the bracket 38 of the shaft 3.

На фиг.2 видно, что рычаги 20 и 25 установлены параллельно друг другу и перпендикулярно оси вращения вала 3 и образуют вместе с кронштейном 29 вала 3 первую рычажную ячейку, инициирующую передачу преобразованной разности суммарной величины приложенных сил на ведущий кронштейн 39 исполнительного механизма устройства.Figure 2 shows that the levers 20 and 25 are installed parallel to each other and perpendicular to the axis of rotation of the shaft 3 and together with the bracket 29 of the shaft 3 form the first lever cell, initiating the transfer of the converted difference of the total magnitude of the applied forces to the leading bracket 39 of the actuator of the device.

Вторую рычажную ячейку образуют кронштейны 40 и 41 вала 3 вместе с коленчатым рычагом 42, установленные в одной плоскости с кронштейном 43 и рычагом 37, который своим малым плечом через узел 44 соединен с кронштейном 38, а большим плечом через узел 45 соединен с кронштейном 43. Двухсторонняя точка опоры рычага 27 размещена в узле 46, спаренном с узлом 47, в котором аналогично узлу 36 установлена двухсторонняя точка опоры коленчатого рычага 42. Одно плечо рычага 42 соединено узлом 48 с кронштейном 40, а другое его плечо соединено узлом 49 с кронштейном 41.The second lever cell is formed by the brackets 40 and 41 of the shaft 3 together with the crank lever 42, mounted in the same plane with the bracket 43 and the lever 37, which is connected with the small arm through the node 44 to the arm 38, and connected with the large arm through the node 45 to the arm 43. The bilateral support point of the lever 27 is located in the node 46, paired with the node 47, in which, similarly to the node 36, the bilateral support point of the cranked lever 42 is installed. One shoulder of the lever 42 is connected by the node 48 to the bracket 40, and its other shoulder is connected by the node 49 to the bracket 41.

Третью рычажную ячейку (см. фиг.4) образуют коленчатый рычаг 50 и кронштейн 51 вала 3, установленные в одной плоскости перпендикулярно оси вращения вала 3.The third lever cell (see Fig. 4) is formed by a cranked lever 50 and an arm 51 of the shaft 3 mounted in the same plane perpendicular to the axis of rotation of the shaft 3.

Между второй и третьей рычажными ячейками размещен кронштейн 52 вала 3, соединенный посредством узла 53 с малым плечом рычага 27. Конец кронштейна 52 соединен с узлом 54, спаренным с узлом 55, в котором размещена двухсторонняя точка опоры коленчатого рычага 50, который своим малым плечом соединен посредством узла 56 с кронштейном 51 вала 3.Between the second and third lever cells, an arm 52 of the shaft 3 is connected, connected by a node 53 to the small arm of the lever 27. The end of the arm 52 is connected to a node 54 paired with the node 55, in which there is a double-sided fulcrum of the crank lever 50, which is connected by its small arm through the node 56 with the bracket 51 of the shaft 3.

Малое плечо рычага 33 посредством узла 57 соединено с малым плечом последнего рычага 58, двухсторонняя точка опоры которого размещена в узле 59, спаренном с узлом 60, в котором размещено большое плечо коленчатого рычага 50. Большое плечо последнего рычага 58 посредством узла 61, связки 62 и узла 63 воздействует на конец ведущего кронштейна 39 вала 3, являющегося частью выходного вала 64 ротора устройства.The small shoulder of the lever 33 through the node 57 is connected to the small shoulder of the last lever 58, the bilateral support point of which is located in the node 59, paired with the node 60, which houses the large shoulder of the crank lever 50. The large shoulder of the last lever 58 through the node 61, ligaments 62 and node 63 acts on the end of the leading bracket 39 of the shaft 3, which is part of the output shaft 64 of the rotor of the device.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Конструкция заявляемого устройства позволяет преобразовывать механическую энергию силы, приложенной к управляющему рычагу 10 через исполнительный рычажный механизм в энергию реверсивного вращения ротора.The design of the inventive device allows you to convert the mechanical energy of the force applied to the control lever 10 through the actuating lever mechanism in the energy of the reverse rotation of the rotor.

Для приведения устройства во вращение в одну из сторон перемещают управляющий рычаг 10 таким образом, что фиксатор 12 переходит в положение, например, «+» на шкале сектора 13. При этом происходит передача приложенной к большому плечу рычага 10 силы малым плечом рычага 10 через подшипниковый узел 9 на каретку 5, которая, перемещаясь вправо внутри полости 4 (см. фиг.1), укосной поверхностью выемки 14 давит на шарик 15, который воздействует на шток 16, который передает усилие на рамку 17 и далее через связку 18 в узел 19, в котором при передаче усилия на нижнюю точку опоры первого рычага 20 происходит первое преобразование реакции от приложенной силы.To bring the device into rotation in one of the sides, the control lever 10 is moved so that the latch 12 switches to the position, for example, “+” on the sector 13 scale. In this case, the force applied to the large arm of the lever 10 by the small arm of the lever 10 through the bearing node 9 on the carriage 5, which, moving to the right inside the cavity 4 (see Fig. 1), by the sloping surface of the recess 14 presses on the ball 15, which acts on the rod 16, which transfers force to the frame 17 and then through the bundle 18 to the node 19 in which, when transferring force to the lower t point of support of the first lever 20 is the first transformation of the reaction from the applied force.

Рычаг 20 распределяет приложенную к нему силу передаточным отношением своих малого и большого плеч в виде разных суммарных величин вверх по обе стороны вала 3.The lever 20 distributes the force applied to it by the gear ratio of its small and large shoulders in the form of different total values up on both sides of the shaft 3.

Большим плечом рычаг 20 преобразованный момент меньшей силы передает через узел 22, связку 23 и узел 24 на малое плечо рычага 25, верхняя точка опоры которого через шарик 21 передает преобразованный результирующий момент силы через нижний шарик 21 узла 26 на большое плечо рычага 27, а большим плечом рычаг 25 преобразованный момент меньшей силы передает через шарик 21 в узле 28 на кронштейн 29. Меньшим плечом рычаг 20 одновременно передает преобразованный момент большей силы через узел 30, связку 31 и узел 32 на большое плечо рычага 33, который верхней точкой опоры передает преобразованный результирующий момент силы с первой рычажной ячейки на вторую через узел 34, связку 35, узел 36 на точку опоры коленчатого рычага 37, который малым плечом передает преобразованный момент большей силы через узел 44 на кронштейн 38, а большим плечом передает преобразованный момент меньшей силы через узел 45 на кронштейн 43.With the large arm, lever 20 transmits the converted moment of lesser force through the assembly 22, the bundle 23 and the assembly 24 to the small arm of the arm 25, the upper support point of which transfers the converted resultant moment of force through the ball 21 through the lower ball 21 of the assembly 26 to the large arm of the arm 27, and the large with a shoulder, lever 25 transmits a transformed moment of a lower force through a ball 21 in a node 28 to an arm 29. With a smaller shoulder, a lever 20 simultaneously transmits a converted moment of a greater force through a node 30, a bundle 31, and a node 32 to a large shoulder of a lever 33, which the pore transmits the converted resultant moment of force from the first lever cell to the second through the node 34, the bundle 35, the node 36 to the fulcrum of the crank lever 37, which transfers the converted moment of greater force through the node 44 to the bracket 38 with the small shoulder, and transfers the converted moment to the smaller forces through the assembly 45 to the bracket 43.

Рычаг 27 верхней точкой опоры передает результирующий момент силы с первой рычажной ячейки на вторую рычажную ячейку через узел 46 и спаренный с ним узел 47 на верхнюю точку опоры коленчатого рычага 42, который правым плечом (см. фиг.2) передает момент силы через узел 49 на кронштейн 41, а его левое плечо передает момент силы через узел 48 на кронштейн 40. Одновременно рычаг 27 малым плечом в узле 53 передает преобразованный момент большей силы на кронштейн 52.The lever 27 by the upper support point transmits the resulting moment of force from the first lever cell to the second lever cell through the node 46 and the unit 47 paired with it to the upper support point of the cranked lever 42, which transmits the moment of force through the node 49 with the right shoulder (see Fig. 2) to the bracket 41, and its left shoulder transfers the moment of force through the node 48 to the bracket 40. At the same time, the lever 27 with the small shoulder in the node 53 transmits the converted moment of greater force to the bracket 52.

Рычаг 33 малым плечом передает преобразованный момент большей силы через узел 57 на малое плечо последнего рычага 58, который нижним шариком 21 точки опоры передает результирующий момент силы на третью рычажную ячейку через узел 59, спаренный с ним узел 60 на большое плечо коленчатого рычага 50, который преобразованный результирующий момент силы через спаренные узлы 55 и 54 передает на конец кронштейна 52. Малым плечом рычаг 50 передает преобразованный момент большей силы через узел 56 на кронштейн 51.The small arm lever 33 transfers the transformed moment of greater force through the node 57 to the small arm of the last lever 58, which transfers the resulting moment of force to the third lever cell with the lower ball 21 of the support lever through the node 59, the unit 60 paired with it to the large arm of the crank lever 50, which the transformed resulting moment of force through the coupled nodes 55 and 54 transfers to the end of the bracket 52. With a small shoulder, the lever 50 transfers the converted moment of greater force through the node 56 to the bracket 51.

Большое плечо рычага 58 передает преобразованный момент меньшей силы через узел 61, связку 62 и узел 63 на конец ведущего кронштейна 39, приводя во вращение вал 3, который сопряжен с выходным валом 64 ротора.The large arm of the lever 58 transmits the converted moment of lesser force through the node 61, the bundle 62 and the node 63 to the end of the driving bracket 39, driving the shaft 3, which is mated to the output shaft 64 of the rotor.

Для торможения вала 3 и смены направления его вращения рукоятью 11 переводят управляющий рычаг 10 в нейтральное положение фиксатора 12 и в положение «--» шкалы сектора 13. Движение каретки 5 в этом случае происходит в левую сторону внутри полости 4 (см. фиг.1), и укосная поверхность нижней выемки 14 давит на шарик 15, который воздействует на шток 16, который передает усилие на рамку 17 и далее через связку 18 в узел 19, в котором передача усилия происходит на верхнюю точку опоры первого рычага 20, где происходит первое преобразование реакции от приложенной силы и работа исполнительного рычажного механизма происходит аналогично описанной, но с передачей преобразованных моментов сил через шарики 21, установленные в узлах оппозитно тем, которые были задействованы при нахождении фиксатора 12 в положении «+» шкалы сектора 13.To brake the shaft 3 and change the direction of its rotation by the handle 11, the control lever 10 is moved to the neutral position of the latch 12 and to the “-” position of the sector 13 scale. In this case, the carriage 5 moves to the left side inside the cavity 4 (see Fig. 1 ), and the mowing surface of the lower recess 14 presses on the ball 15, which acts on the rod 16, which transfers the force to the frame 17 and then through the bundle 18 to the node 19, in which the transfer of force occurs to the upper support point of the first lever 20, where the first reaction conversion from applied with sludge and the operation of the actuating lever mechanism is similar to that described, but with the transfer of the converted moments of force through the balls 21 installed in the nodes opposite to those that were engaged when the latch 12 was in position “+” of the sector 13 scale.

Техническим результатом заявляемого устройства является возможность использования преобразованной разности приложенных сил для вращения ротора в автономном экологичном устройстве. Такой результат достигается тем, что конструкция системы рычагов исполнительного механизма преобразует меньшую составляющую приложенной силы F₁ и большую составляющую приложенной силы F₂, которые направлены по одной линии действия в противоположные стороны, при этом их равные суммарные величины взаимно компенсируются без остатка, а некомпенсированная разность приложенной силы F₃(F₂-F₁=F₃), используется путем преобразования ее в момент силы, который выводит ротор из состояния покоя, приводя его в регулируемое реверсное вращение или торможение.The technical result of the claimed device is the ability to use the converted difference of the applied forces to rotate the rotor in a stand-alone environmentally friendly device. This result is achieved in that the design of the lever system of the actuator converts the smaller component of the applied force F ₁ and the larger component of the applied force F ₂ , which are directed along the same line of action in opposite directions, while their equal total values are mutually compensated without a remainder, and the uncompensated difference applied force F ₃ (F ₂ -F ₁ = F ₃₎ is used by converting it into a moment of force, which brings the rotor from rest, bringing it in a controlled or the reverse rotation can.

Claims

A device for converting energy, comprising a shaft and levers interacting with elements mounted on the shaft, characterized in that the shaft has a cavity made coaxially with it, in which a carriage is installed, mounted with the possibility of reciprocating movement, on the surface of which at least at least one recess with a slope along the axis of the shaft, with which the rotating ball is point-contacted, installed with the ability to absorb the energy applied to move the carriage and transmit it for pre the formation of a rotational shaft at the moment of force, to an actuating mechanism, which is a system of levers, consisting of the calculated number of levers installed with the possibility of point acceptance and point transfer of the forces applied to them in such a way that the output force of the previous lever is input for the next one, while the quality of the elements mounted on the shaft, with which the levers interact, the device contains brackets rigidly fixed to the shaft, the free ends of which are installed in nodes representing and frames in which the brackets and levers are fixed in close point contact with the frames and with each other.