SK5709Y1 - Pohonné zariadenie zotrvačníka gyrolanovky - Google Patents

Abstract

Pohonné zariadenie zotrvačníka gyrolanovky, ktoré používa na akumulovanie prebytočnej energie mechanický zotrvačník (2), ktorý je vo fáze nabíjania poháňaný navíjacím zariadením (1) cez mechanický variátor (3) a vo fáze rekuperácie sa vybíja cez reverzačnú prevodovku (4) a variátor (3), pričom uvádza do rotačného pohybu navíjacie zariadenie (1).

Description

Predmetom riešenia je pohon zotrvačníka gyrolanovky, ktorý využíva variátor s plynulou zmenou prevodového pomeru na nastavovanie parametrov prenosu krútiaceho momentu medzi lanovým navijakom a zotrvačníkom. Zariadenie má využitie predovšetkým v gyrolanovkách v oblasti lesného hospodárstva a všade tam, kde je potrebné akumulovať prebytočnú energiu vznikajúcu pri prevádzke zariadenia.

Doterajší stav techniky

Doteraz známe lanové zariadenia na prepravu nákladov, nevyužívajú rekuperáciu energie pre svoju prevádzku. Gravitačnú energiu vozíka a nákladu maria v brzdových systémoch na tepelnú energiu. Brzdové systémy bývajú konštrukčne najčastejšie realizované ako bubnové, kotúčové a pásové. Počas svojej prevádzky sa intenzívne zohrievajú a opotrebovávajú, a preto sa používajú aj odľahčovacie brzdy. Odľahčovacie brzdy sú najčastejšie realizované ako aerodynamické resp. elektrické na báze vírivých prúdov.

Ďalej je známe riešenie podľa patentovej prihlášky PP č. 108-2007, Úrad priemyselného vlastníctva SR, o názve Mechanické rekuperačné lanové zariadenie so zotrvačníkom - gyrolanovka. Na akumulovanie gravitačnej energie vozíka a nákladu vo fáze približovania dole svahom používa zotrvačník. Prispôsobenie režimu činnosti zotrvačníka k režimu činnosti lanového navijaka je podľa tohto riešenia realizované pomocou elektrickej transmisie tvorenej elektrickým generátorom napätia a elektromotorom. Nevýhodou tohto riešenia v porovnaní s navrhovaným riešením podľa predmetnej prihlášky je nižšia účinnosť a vyššia hmotnosť zariadenia.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky doteraz známych konštrukcií lanových zariadení na približovanie nákladov v ťažkých a strmých neprístupných terénoch odstraňuje mechanické rekuperačné lanové zariadenie s mechatronickým pohonom zotrvačníka pomocou variátora.

Podstata riešenia spočíva v tom, že ukladanie energie do akumulačného zotrvačníka ako aj odoberanie energie zo zotrvačníka sa uskutočňuje prostredníctvom viacstupňového variátora s plynulé meniteľným prevodovým pomerom.

Vo fáze gravitačného približovania nákladu dole svahom sa odbrzdí navíjacie zariadenie s ťažným lanom. Vplyvom gravitačnej energie vozíka a nákladu nastáva odvíjanie ťažného lana a k roztáčaniu bubna, na ktorom je ťažné lano navinuté. Krútiaci moment z bubna sa prenáša do variátora, ktorý umožňuje plynulú zmenu prevodového pomeru. Nastavenie prevodového pomeru vykonáva riadiaca jednotka na základe údajov zo snímačov otáčok zotrvačníka, bubna a snímača rýchlosti lanového vozíka. Riadiaca jednotka riadi činnosť variátora, brzdového systému a spojok tak, aby rýchlosť približovania bola udržiavaná na požadovanej hodnote. Riadiaci obvod získava údaj o skutočnej rýchlosti vozíka zo snímača rýchlosti odvíjania ťažného lana. Brzdový systém bubna je uvedený do činnosti vtedy, keď je žiadaná rýchlosť vozíka prekročená a na variátore je nastavený maximálny prevodový pomer, alebo vtedy, keď otáčky zotrvačníka dosiahli maximálne prípustnú hodnotu.

Spôsob pohonu vo fáze gravitačného približovania dole svahom spočíva v tom, že gravitačná energia vozíka a nákladu, spôsobuje odvíjanie ťažného lana z bubna. Rotačný pohyb z bubna sa prenáša cez variátor do zotrvačníka. Variátor zabezpečuje potrebný počet otáčok a potrebný krútiaci moment pre roztočenie zotrvačníka. V mechanickom zotrvačníku sa akumuluje gravitačná energia vozíka s nákladom a transformuje sa na kinetickú energiu. Mechanický zotrvačník je umiestnený vo vakuovanej skrini, aby sa zabránilo jeho prehrievaniu a stratám energie v dôsledku trenia o vzduch.

Vo fáze vyťahovania prázdneho vozíka späť hore svahom, sa najskôr nastaví reverzný prevodový stupeň na prídavnej prevodovke a odbrzdí sa navíjacie zariadenie s ťažným lanom. Následne sa privedie krútiaci moment od zotrvačníka cez prídavnú prevodovku do variátora a následne do bubna s navinutým ťažným lanom. Zaradenie reverzného prevodového stupňa v prídavnej prevodovke spôsobí, že smer otáčania bubna v tomto režime bude opačný ako tomu bolo vo fáze gravitačného približovania. Riadiaca jednotka nastavuje na variátore prevodový pomer tak, aby rýchlosť vyťahovania prázdneho vozíka späť do porastu mala požadovaný priebeh. Pri svojej činnosti používa údaje zo snímačov otáčok bubna, zotrvačníka a údaj o skutočnej rýchlosti pohybu vozíka po nosnom lane.

Spôsob pohonu vo fáze vyťahovania prázdneho vozíka spočíva v tom, že na navíjanie ťažného lana na navíjacie zariadenie je použitá energia naakumulovaná v zotrvačníku, ktorá sa do bubna prenáša cez variátor, riadený z elektronického riadiaceho systému. Zmena smeru otáčania bubna je zabezpečená pomocou prídavnej reverzačnej prevodovky.

SK 5709 Υ1

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je schematicky znázornená konštrukcia pohonu zotrvačníka gyrolanovky podľa riešenia.

Príklady uskutočnenia

Na obr. 1 je znázornený pohon zotrvačníka gyrolanovky podľa riešenia, ktorý pozostáva z navíjacieho zariadenia i opatreného brzdovým systémom 5. Navíjacie zariadenie i je prepojené prostredníctvom spojky 6 s variátorom 3. Variátor 3 je spojený prostredníctvom reverznej prevodovky 4 a spojky 7 so zotrvačníkom 2. Zotrvačník 2 je vybavený brzdovým systémom 8 a spojkou 9.

Činnosť pohonu zotrvačníka gyrolanovky je riadená z elektronického riadiaceho systému 12 Riadiaci systém 12 spracováva signály zo snímača 10 otáčok zotrvačníka 2, snímača 15 otáčok navíjacieho zariadenia i a snímača 14 rýchlosti pohybu ťažného lana ÍL Riadi zmenu prevodového pomeru variátora 3, činnosť spojok 6, 7, 9, bŕzd 5,8 a redukčnej prevodovky 4.

Vo ťáze gravitačného približovania dole svahom gravitačná energia nákladu, spôsobuje odvíjanie lana JT z navíjacieho zariadenia L Rotačný pohyb navíjacieho zariadenia 1 sa po zopnutí spojky 6 prenáša do variátora 3. Variátor 3 cez spojku 7 poháňa zotrvačník 2. Prevodový pomer variátora 3 nastavuje elektronický riadiaci systém 12 na základe údajov snímača H) otáčok zotrvačníka 2 a snímača J_5 otáčok navíjacieho zariadenia 1 tak, aby rýchlosť odvíjania ťažného lana H snímaná snímačom 14 mala žiadaný priebeh. V mechanickom zotrvačníku 2 sa takýmto spôsobom akumuluje gravitačná energia vozíka s nákladom.

Po ukončení ťáze gravitačného približovania nákladu dole svahom dochádza k rozpojeniu spojok 7 a 9, aby sa zamedzilo stratám energie zotrvačníka 2. Tento režim práce zariadenia umožňuje dlhodobé skladovanie naakumulovanej energie.

Vo ťáze vyťahovania prázdneho vozíka späť hore svahom sa otáčky zo zotrvačníka 2 prenášajú cez zopnutú spojku 7 do reverzačnej prevodovky 4. V reverzačnej prevodovke 4 sa mení zmysel otáčok. Zmena zmyslu otáčok je potrebná pre to, aby sa navíjacie zariadenie 1. otáčalo v opačnom smere ako vo fáze gravitačného približovania a lano 1_1 sa na navíjacie zariadenie i navíjalo. Výstup z reverzačnej prevodovky 4 je pripojený na vstup variátora 3. Prevodový pomer variátora 3 nastavuje elektronický riadiaci systém 12 na základe údajov snímača 10 otáčok zotrvačníka 2 a snímača 15 otáčok navíjacieho zariadenia i tak, aby rýchlosť odvíjania ťažného lana 11. snímaná snímačom 14 mala žiadaný priebeh. Výstup variátora 3 je cez spojku 6 napojený na navíjacie zariadenie i, ktoré cez lano 1T vyťahuje prázdny vozík hore svahom.

Energia uložená v zotrvačníku 2 sa môže použiť aj na vytiahnutie nákladu z boku pod nosné lano, po ktorom sa pohybuje lanový vozík. V tomto režime práce sa musí vozík najskôr zafixovať pomocou brzdy na nosnom lane. Ďalšia činnosť zariadenia pre pohon zotrvačníka je potom obdobná s činnosťou vo fáze vyťahovania prázdneho vozíka.

Energiu akumulovanú v zotrvačníku je možné použiť aj na napájanie elektrickej siete, hydraulických a pneumatických obvodov gyrolanovky, napr.: elektrického generátora pre napájanie elektronického riadiaceho systému 12, štartéra spaľovacieho motora, hydraulického generátora a pod. Za týmto účelom slúži výstup A, na ktorý sa krútiaci moment privádza zo zotrvačníka 2 cez spojku 9.

Brzda 8 slúži na zníženie otáčok zotrvačníka 2 resp. na zastavenie jeho otáčania. Do činnosti sa uvádza v prípadoch prekročenia max. prípustných otáčok zotrvačníka 2, v režime núdzového stopu, alebo po ukončení práce lanovky pred jej transportom na iné pracovné miesto.

Výhoda mechatronického pohonu zotrvačníka 2 podľa riešenia spočíva v nízkej hmotnosti. Akumuluje gravitačnú energiu vozíka s nákladom v zotrvačníku 2 s vysokou účinnosťou. Takto naakumulovanú energiu s vysokou účinnosťou vracia späť do pracovného procesu. Významne šetrí spotrebu pohonných hmôt a životné prostredie.

Mechatronický pohon zotrvačníka 2 podľa riešenia je určený predovšetkým pre pohon gyrolanovky na približovanie drevnej hmoty po výrube stromov v ťažkých a neprístupných terénoch, v strmých svahoch, resp. pri gravitačnej doprave rôznych nákladov v oblasti poľnohospodárstva a stavebníctva s prekonávaním výškového rozdielu.

Spôsob pohonu zotrvačníka 2 podľa riešenia má široké uplatnenie predovšetkým v oblasti lesného hospodárstva, poľnohospodárstva a stavebníctva a všade tam, kde je potrebné približovať náklad dole svahom. Uvedené možnosti však neobmedzujú rozsah využitia predmetu riešenia. Do úvahy prichádzajú ďalšie možnosti využitia v dopravných prostriedkoch napr. na akumulovanie a rekuperáciu energie vznikajúcej pri brzdení.

SK 5709 Υ1

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (2)

1. Pohonné zariadenie zotrvačníka gyrolanovky pozostávajúce z navíjacieho zariadenia (1), zotrvačníka (2), variátora (3), reverzačnej prevodovky (4), brzdových systémov (5), (8), spojok (6), (7), (9), snímača (14)

5 rýchlosti, snímačov (10), (15) otáčok, riadiaceho systému (12) a ovládacieho panelu (13), vyznačujúce sa tým, že navíjacie zariadenie (1) vybavené brzdovým systémom (5) a spojkou (6) je napojené cez variátor (3) a reverzačnú prevodovku (4) na akumulačný zotrvačník (2) vybavený spojkami (7), (9) a brzdovým systémom (8).

2. Pohonné zariadenie zotrvačníka gyrolanovky podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že

10 variátor (3) je prepojený s riadiacim systémom (12) na riadenie jeho prevodového pomeru na základe údajov snímača (10) otáčok zotrvačníka (2), snímača (15) otáčok navíjacieho zariadenia (1) a snímača (14) rýchlosti ťažného lana (11).