Пристрій рекуперації енергії гальмування машини
Власники патенту UA 2513192:
Винахід відноситься до рекуперації енергії гальмування вантажопідіймальних та транспортних машин. Пристрій рекуперації енергії гальмування машини містить пристрій, що керує, маховик, тяговий двигун, трансмісію машини і планетарний диференціал. Вали тягового двигуна та трансмісії з'єднані між собою за допомогою редуктора з нерухомими осями. Маховик з'єднаний із сонячною шестернею планетарного диференціалу. Барабан гальма з'єднаний з водою планетарного диференціала, колодки якого з'єднані з корпусом. Рекуперація енергії гальмування здійснюється шляхом зміни ступеня рухливості планетарного диференціала шляхом загальмовування або розгальмування його водила. Найкращими якостями володіє пристрій, в якому вал тягового двигуна з'єднаний редуктором з нерухомими осями за допомогою додаткового зчеплення. Винахід дозволяє проводити рекуперацію енергії гальмування в широкому діапазоні швидкостей і навантажень, знизити втрати енергії і підвищити економічність транспортних машин на будь-яких режимах роботи, що не встановилися. 1 з.п. ф-ли, 2 іл.
Винахід відноситься до галузі рекуперації енергії гальмування вантажопідйомних та транспортних машин, а також таких як гібридні силові установки з ДВС та електромобілі, а також пристроїв для здійснення зазначеної технології.
ПЕРЕДНІЙ РІВЕНЬ ТЕХНІКИ
Недоліком відомого пристрою рекуперації енергії гальмування машини є складність системи управління, яка полягає в потребі двох оборотних електричних машин, вали яких мають жорстке з'єднання з маховиком і валом тягового двигуна, що обмежує сферу застосування рекуперації енергії гальмування машини та знижує економічність машини, що працює врежимі «розгін-гальмування» [3].
Метою цього винаходу є створення такого пристрою, яке забезпечило б рекуперацію енергії гальмування за рахунок розширення області управління рекуперації енергії гальмування машини без використання дорогих додаткових електричних оборотних машин з низьким коефіцієнтом корисної дії.
Поставлена мета досягається тим, що обмін кінетичної енергії між маховиком і трансмісією машини здійснюється за допомогою зміни передавального відношення кінематичного ланцюга планетарного диференціала за рахунок зміни його ступеня рухливості шляхом гальмування або гальмування його ланки.
Нові корисні властивості пропонованого «пристрою рекуперації енергії гальмування машини», що розширює сферу застосування машини і дозволяє виробляти рекуперацію енергії, з'являються в результаті зміни ступеня рухливості планетарного диференціала шляхом гальмування або гальмування його ланки. При загальмовуванні однієї ланки, наприклад, водила, число ступенів рухливості механізму, наприклад планетарного диференціала, знижується на одиницю і стає рівною одиниці. При розгальмовуванні однієї ланки число ступенів рухливості механізму збільшується на одиницю і дорівнює двом.
Відомо пристрій рекуперації енергії гальмування машини, що включає нерухомий корпус, керуючий пристрій, вали, маховик, редуктори з нерухомими осями, тяговий двигун, провідні колеса машини, трансмісію машини, що зв'язує тяговий двигун з провідними колесами машини, і планетарний диференціал з двома із сонячної шестерні та центрального зубчастого колеса, а також водила із сателітом, причому вали тягового двигуна та трансмісіїз'єднані між собою за допомогою редуктора з нерухомими осями, а маховик з'єднаний з сонячною шестернею планетарного диференціала, що відрізняється тим, що додатково включає барабан гальма, з'єднаний з водилом планетарного диференціала, колодки якого з'єднані з корпусом.
Істотні ознаки пропонованого пристрою, які збігаються з ознаками аналога, полягають у тому, що пропонований пристрій включає нерухомий корпус, керуючий пристрій, вали, маховик, редуктори з нерухомими осями, тяговий двигун, провідні колеса машини, трансмісію машини, що зв'язує тяговий двигун з провідними колесами машини, і планетарний диференціал, що складається з сонячної шестерні та центрального зубчастого колеса, а також водила із сателітом, причому вали тягового двигуна та трансмісії з'єднані між собою за допомогою редуктора з нерухомими осями, а маховик з'єднаний із сонячною шестернею планетарного диференціала.
Пропонується пристрій рекуперації енергії гальмування машини, який відрізняється тим, що додатково включає барабан гальма, з'єднаний з водолом планетарного диференціала, колодки якого з'єднані з корпусом. Таким чином, обмін кінетичної енергії між маховиком і трансмісією машини при рекуперації енергії гальмування машини здійснюється за допомогою зміни передатного відношення кінематичного ланцюга планетарного диференціала за рахунок зміни його ступеня рухливості шляхом гальмування або гальмування барабана гальма, з'єднаного з водилом.
Таким чином відомо пристрій рекуперації енергії гальмування машини, що включає нерухомий корпус, керуючий пристрій, вали, маховик, редуктори з нерухомими осями, тяговий двигун, провідні колеса машини, трансмісію машини, що зв'язує тяговий двигунпровідними колесами машини, і планетарний диференціал, що складається з сонячної шестерні і центрального зубчастого колеса, а також водила з сателітом, причому, вали тягового двигуна і трансмісії з'єднані між собою за допомогою редуктора з нерухомими осями, а маховик з'єднаний з сонячною шестернею планетарного тим, що додатково включає барабан гальма, з'єднаний з водилом планетарного диференціала, колодки якого з'єднані з корпусом.
Істотна відмінність пропонованого пристрою від аналога полягають у тому, що додатково включає барабан гальма, з'єднаний з водою планетарного диференціала, колодки якого з'єднані з корпусом.
Додаткова відмінність пропонованого пристрою полягає в тому, що додатково включає зчеплення, що з'єднує вал двигуна тягового з редуктором з нерухомими осями. Наявність зчеплення дозволяє відключити тяговий двигун на будь-якому режимі роботи, що є особливо доцільним на стоянці машини. Це важлива відмінність пропонованого пристрою від аналога.
Важливі ознаки пропонованого пристрою, які збігаються з ознаками аналога, полягають у тому, що тяговий двигун з'єднаний з трансмісією, а маховик з'єднаний із сонячною шестернею планетарного диференціала. Однак ці ознаки притаманні численним іншим транспортним машинам.
Істотні ознаки пропонованого пристрою, які не збігаються з ознаками аналога, полягають у тому, що додатково воно включає барабан гальма, з'єднаний з водою планетарного диференціала, колодки якого з'єднані з корпусом.
Кращий варіант пристрою відрізняється тим, що додатково включає зчеплення, що з'єднує вал двигуна тягового з редуктором з нерухомими осями.
Основнасукупність істотних ознак пристрою, що дозволяє реалізувати досягнення заявленого технічного результату, полягає в тому, що додатково включає барабан гальма, з'єднаний з водилом планетарного диференціала, колодки якого з'єднані з корпусом, а також в тому, що додатково включає зчеплення, що з'єднує вал тягового двигуна з редуктор з нерухомими осями.
Досягнення заявленого технічного результату забезпечується тим, що обмін кінетичної енергії між маховиком і трансмісією машини при рекуперації енергії гальмування машини здійснюється за допомогою зміни передавального відношення кінематичного ланцюга планетарного диференціала між маховиком і трансмісією машини за рахунок зміни його ступеня рухливості шляхом гальмування води.
Порівняння властивостей заявляється і відомого рішень показує, що у заявляється рішення з'являються нові властивості, що не збігаються з властивостями відомих рішень, і що рішення має істотні відмінності.
КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ
Сутність винаходу пояснюється кресленнями де: 1 - сонячна шестерня планетарного диференціала; 2 – сателіт; 3 – центральне зубчасте колесо; 4 - водило; 5 - колодки гальма; 6 – маховик; 7 – провідні колеса; 8 – тяговий двигун; 9 - керуючий пристрій; 10, 11 – редуктори з нерухомими осями; 12 - барабан гальма; 13 – трансмісія машини.
На фіг.1 зображено схему пристрою рекуперації енергії гальмування машини. Пристрій та принцип роботи та плоского планетарного диференціала загальновідомі та наведені в [2]. Сонячна шестерня планетарного 1 диференціала з'єднана з центральним зубчастим колесом 3 за допомогою сателіту 2, розташованого на водилі 4.Центральне зубчасте колесо з'єднане 3 з редукторами 10, 11 з нерухомими осями. Водило 4 з'єднане з барабаном 12 гальма, колодки гальма 5 при затягуванні силою F перешкоджають обертальному руху барабана 12, так як з'єднані з нерухомим корпусом пристрою. Маховик 6 з'єднаний із сонячною шестернею 1 планетарного диференціала. Провідні колеса машини 7 з'єднані за допомогою трансмісії 13 і редукторів 10, 11 (з нерухомими осями) з тяговим двигуном 8, який з'єднаний електричними ланцюгами з керуючим пристроєм 9.
Кращий варіант пристрою полягає в тому, що додаткове зчеплення з'єднує вал тягового двигуна 8 з допомогою редукторів з нерухомими осями 10 і 11 з трансмісією машини 13.
На фіг.2 зображена кінематична схема планетарного диференціала, поряд з якою зображені плани швидкостей його ланок у вигляді променів, що виходять з початку координат: V - швидкість точки на радіусі r.; П1 і П2 - полюси зачеплення зубчастих коліс, у яких лінійні швидкості рівні між собою.
Пунктиром показано стан швидкостей ланок планетарного диференціала на стоянці машини, в якій швидкість трансмісії машини 13 і центрального колеса 3 V3 рівні нулю. План швидкостей відповідає планетарному диференціалу зі ступеня рухливості, що дорівнює двом. Колодки 12 гальма відпущені, і водило 4 вільно обертається, а швидкість центру водила V02
максимальна. V1 - швидкість у полюсі П1, що залежить від швидкості центру водила 4 V02 також максимальна.
З початком руху машини затягуються колодки 12 гальма, швидкість водила 4 і його центру V02 приймає нульове значення. План швидкостей, показаний безперервними лініями, переміщається вліво і відповідає редуктору з нерухомими осями та ступенем рухливості, що дорівнює одиниці.Швидкість трансмісії V3 збільшується в порівнянні зі значеннями на стоянці, маховик 6 віддає свою енергію, і швидкість знижується V1 в порівнянні зі значеннями на стоянці. Швидкість трансмісії 13 машини регулюється потужністю та швидкістю тягового двигуна 8.
Під час руху машини спостерігається баланс сил рушійних і опору. Тому потужність тягового двигуна 8 передається кінематичним ланцюгом через зчеплення (не показано на фіг.1 у вигляді загальновідомості пристрою [2]), і через трансмісію 13 провідним колесам 7. При розгоні дисбаланс сил рушійних і опору порушується, і додаткова енергія передається від маховика 6 через центральне зубчасте колесо 3 і 13 трансмісію провідним колесам 7.
Припинення руху машини викликається зниженням потужності тягового двигуна 8 і відпусканням колодок 5 гальма та розгальмовуванням водила 4.
При гальмуванні машини дисбаланс сил рушійних та опору порушується у зворотний бік, що викликає зміну напрямку руху енергії від провідних коліс 7 через планетарний диференціал в маховик 6.
За кращим варіантом пристрою передбачено додаткове зчеплення (не показано на фіг.1 зважаючи на загальновідомість пристрою [2]), вимикання якого дозволяє зберегти кінетичну енергію маховика 6 при зупинці і тягового двигуна 8 і провідних коліс 7 машини.
Пристрій рекуперації енергії гальмування машини дозволяє підвищити ефективність витрати енергії машин і знизити витрату енергії в порівнянні з відомими пристроями. Застосування його дозволяє знизити втрати енергії і підвищити економічність машин на будь-яких режимах роботи, що не встановилися, шляхом зміни передавального відношення між трансмісією машини і маховиком, що дозволяє проводити повну рекуперацію.енергії гальмування.
Найкращими якостями володіє пристрій, керований шляхом підтримки постійного значення запасу кінетичної енергії трансмісії транспортної машини та маховика. Моделювання показало [3], що відповідно до заявленого винаходу може бути реалізовано із забезпеченням безпеки роботи.
2. І.І.Артоболевський. Теорія механізмів та машин. -М: Наука. 1975. 640 с.
3. Барбашов Н.М., Леонов І.В. "Енергетична модель механізму з маховичним акумулятором енергії". Вісник МДТУ ім. Н.Е.Баумана. №4-2010 р.
1. Пристрій рекуперації енергії гальмування машини, що включає нерухомий корпус, керуючий пристрій, вали, маховик, редуктори з нерухомими осями, тяговий двигун, провідні колеса машини, трансмісію машини, що зв'язує тяговий двигун з провідними колесами машини, і планетарний диференціал, і центрального зубчастого колеса, а також водила з сателітом, причому вали тягового двигуна і трансмісії з'єднані між собою за допомогою редуктора з нерухомими осями, а маховик з'єднаний з сонячною шестернею планетарного диференціала, що відрізняється тим, що додатково включає барабан гальма, з'єднаний з водилом планетар колодки якого з'єднані з корпусом.
2. Пристрій п.1, відрізняється тим, що додатково включає зчеплення, що з'єднує вал тягового двигуна з редуктором з нерухомими осями.