СПОСОБ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК F03G3/00 B62D57/00 

Изобретение относится к области инерционных движителей.

Известен движитель для перемещения транспортного средства (аналог), например, из патента РФ 2387567 «Вибродвижитель с преобразованием вращательного движения в поступательное». Недостатком такого движителя является, кроме сложности конструкции, отклонение траектории транспортного средства от прямолинейного.

Наиболее близким к заявляемому является способ передвижения транспортного средства и устройство для его осуществления по патенту РФ 2282054, который заключается во взаимодействии центробежной силы инерционно-импульсного элемента с инерционной массой транспортного средства, при этом инерционно-импульсный элемент включает копир и тягу, установленную на вращающемся коромысле для перемещения инерционно-импульсного элемента посредством привода и усилителя по профилю копира, имеющего дугу и прямолинейные участки.

Недостатком предложенного способа является сложность технического решения, необходимость иметь два устройства для предотвращения разворота транспортного средства и импульсный характер однонаправленного движения транспортного средства.

Техническим результатом изобретения является придание транспортному средству с установленным на нем предлагаемым устройством движения с скоростью, которая имеет периодически разнонаправленную величину с постоянной составляющей.

Наиболее близким к заявляемому устройству для осуществления способа перемещения транспортного средства является динамический гаситель колебаний по патенту РФ 2654241, который содержит корпус, внутри которого расположены инерционная масса в виде рабочей жидкости, инерционные трубки и силовой привод, сообщающий колебательное движение жидкости по инерционным трубкам.

Недостатком предложенного устройства является отсутствие синхронного с колебательным движением привода перекрытия части инерционных трубок, что определяет непригодность данного устройства для использования в предлагаемом способе.

Указанный результат достигается взаимодействием инерционной силы переменной колеблющейся массы устройства с инерционной массой транспортного средства, при этом инерционную массу устройства, совершающую симметричные возвратно-поступательные движения изменяют так, что при положительном значении ее скорости величина массы больше, чем при отрицательном значении скорости, вследствие чего возникает постоянная составляющая скорости перемещения транспортного средства.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:

Фиг. 1. Схема расположения устройства на транспортном средстве.

Фиг. 2. График скорости

Фиг. 3. График скорости при изменении массы.

Фиг. 4. Модель в Matlab/Simulink.

Фиг. 5. Перемещение транспортного средства х0.

Фиг. 6. Конструкция устройства для осуществления способа перемещения транспортного средства.

Фиг. 7. Вид по стрелке А на фиг. 6.

Сущность предложенного способа поясняется фиг. 1, где 1 - корпус устройства; 2 - транспортное средство; - абсолютная скорость транспортного средства; - относительная скорость инерционной массы.

На транспортном средстве с массой m₀ установлено устройство с инерционной массой m₁, которое может совершать прямолинейные симметричные колебания по заданному закону под действием силы F(t).

Согласно закону сохранения количества движения механической системы Q при отсутствии внешних сил и принимая, что при t=0, можно записать

Силовой привод, создающий внутреннюю силу F(t), обеспечивает относительное движение массы m₁ по закону, показанному на фиг. 2. Участки Δt равны между собой. На участке движения массы m₁ с постоянной положительной скоростью величина скорости транспортного средства будет равна

На участке движения массы m₁ с постоянной отрицательной скоростью масса m₁ будет изменена на большее значение m₂, тогда скорость транспортного средства будет равна

График абсолютного движения массы m₀ представлен на фиг. 3, где видно, что на каждом цикле колебаний массы m₁ (при ее изменении на m₂ при смене знака ) возникает постоянная составляющая абсолютной скорости транспортного средства

Уточненная математическая модель, объясняющая заявленный способ представлена дифференциальным уравнением колебательного звена, в котором колеблющаяся масса меняет свою величину в соответствии с указанным принципом, а привод обеспечивает гармоническое воздействие:

где m_пр, m₁ - присоединенная масса жидкости в сквозных каналах поршня (инерционных трубках) и масса поршня;

F₀, ω - амплитуда частота силы привода;

b - коэффициент вязкого трения;

с - коэффициент жесткости пружины;

Усилие R, передающееся на транспортное средство при работе устройства определяется выражением:

Решение дифференциальных уравнений произведено в пакете Matlab-Simulink

Модель в программе Matlab/Simulink реализующая уравнение (5), зависимость (6) и то, что перемещение транспортного средства массой m₀ без учета сил сопротивления моделируется двойным интегрированием согласно второго закона Ньютона приведена на фиг. 4.

Результаты моделирования показаны на фиг. 5, откуда следует что при гармоническом симметричном воздействии на колебательное звено с переменной массой в соответствии с заявляемым способом абсолютное перемещение транспортного средства х₀ будет происходить с скоростью, которая имеет периодическую, определяемую частотой привода, разнонаправленную величину с постоянной составляющей.

Способ реализуется с помощью устройства, изображенного на фиг. 6, 7.

Устройство содержит герметичный корпус 1, заполненный жидкостью 2, две пружины 3, направляющую из немагнитного материала 4, ниодимовый постоянный магнит 5 с магнитопроводом из магнитомягкого материала 6, втулки из немагнитного материала 7 и 8, управляющую обмотку (катушку) 9, обратный клапан 10, перекрывающий часть инерционных трубок 13. Кроме того устройство содержит задающий генератор 11, усилитель 12, выход которого соединен с управляющей обмоткой 9.

Устройство работает следующим образом. В качестве инерционной массы, ускоренное движение которой создает воздействие на транспортное средство, использована масса подвижной части устройства, а именно: элементов 5, 6, 7, 8, 10, представляющих в совокупности поршень, вместе с приведенной массой жидкости в открытых инерционных трубках. Ниодимовый магнит 5, магнитопровод 6 и управляющая обмотка 9 представляют собой электродинамический привод, который приводит в колебательное движение с заданной частотой и амплитудой поршень. В качестве привода могут быть использованы магнитоэлектрические, пневматические и гидравлические устройства.

При действии на подвижную часть периодического усилия F₀sinωt поршень и жидкость в инерционных трубках будет совершать возвратно-поступательное движение. Жидкость в инерционных трубках будет иметь скорость много большую, чем скорость поршня. Вследствие этого на транспортное средство, на котором будет закреплено данное устройство, будет действовать дополнительное инерционное усилие. При этом приведенная масса, возникающая за счет движения жидкости в инерционных трубках, будет на 2-3 порядка больше массы жидкости в трубках в покое.

Приведенная масса m_пр для одинаковых по размеру инерционных трубок определяется по выражению

где m_ж - масса жидкости в одной инерционной трубке в покое;

А - площадь сечения поршня;

S - площадь сечения одной инерционной трубки;

n - количество открытых инерционных трубок.

Если, принять, что диаметр и длина инерционных трубок: d=10 мм, l=100 мм, диаметр поршня D=100 мм, жидкость - вода, то при n=2 а при n=8

При направлении скорости поршня вниз (фиг. 6, 7) за счет давления жидкости все обратные клапаны 10 будут открыты, т.е. n=8 и кг. При движении поршня вверх клапаны за счет давления жидкости будут закрыты и действующими останутся только две инерционные трубки, не оснащенные обратными клапанами (n=2), что обеспечит величину приведенной массы

Таким образом, с помощью обратных клапанов обеспечивается необходимое для реализации заявляемого способа изменение приведенной массы подвижной части устройства в зависимости от направления скорости поршня. В качестве механизмов, перекрывающих инерционные трубки в зависимости от знака скорости поршня, могут быть использованы и электромагнитные клапаны, управляемые от датчика скорости движения поршня.

Группа изобретений относится к области инерционных движителей. Способ перемещения транспортного средства заключается во взаимодействии инерционной силы колеблющейся массы устройства с инерционной массой корпуса транспортного средства. Устройство для перемещения транспортного средства содержит корпус, инерционную массу, силовой привод для придания инерционной массе заданного периодического движения. Корпус заполнен жидкостью и имеет поршень с инерционными трубками и обратными клапанами, приводимыми в движение потоком жидкости и перекрывающими инерционные трубки. При придании поршню поступательного колебательного движения в положительном направлении скорости поршня открыта одна или несколько трубок меньше общего количества, а при отрицательном направлении открыты все трубки. Достигается возможность сообщения транспортному средству движения со скоростью, которая имеет периодически разнонаправленную величину с постоянной составляющей. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ перемещения транспортного средства, заключающийся во взаимодействии инерционной силы колеблющейся массы устройства с инерционной массой корпуса транспортного средства, отличающийся тем, что инерционную массу устройства, которое совершает симметричные возвратно-поступательные движения, изменяют так, что при положительном значении ее скорости в относительном движении величина массы больше, чем при отрицательном значении скорости, вследствие транспортное средство будет совершать прямолинейное движение со скоростью, которая имеет периодически разнонаправленную величину с постоянной составляющей.

2. Устройство для перемещения транспортного средства, содержащее корпус, инерционную массу, силовой привод для придания инерционной массе заданного периодического движения, отличающееся тем, что корпус заполнен жидкостью, имеет поршень с инерционными трубками и обратными клапанами, приводимыми в движение потоком жидкости и перекрывающими инерционные трубки так, что при придании поршню поступательного колебательного движения в положительном направлении скорости поршня открыта одна или несколько трубок, но меньше общего количества трубок, а при отрицательном направлении открыты все трубки.