СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СИЛЫ В ЭНЕРГИЮ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК F03G3/08 B62D57/00 B62D63/02 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к способам преобразования энергии центробежной силы вращающихся грузов в энергию поступательного движения транспортных средств.

Из уровня техники известны способы и устройства, преобразующие один вид энергии в другой. Одним из первых, кто исследовал этот процесс, был В.Н. Толчин, создавший в 1936 году так называемый инерцоид Толчина [1]. В нем вращение грузов происходит с переменной скоростью в соответствующих секторах, что и обеспечивает различную величину центробежной силы по ходу и против хода движения устройства. В последние годы разрабатываются различные способы, и на их основе создано множество различных устройств с импульсно-инерционными движителями. Общими признаками способов и устройств получения направленной силы тяги являются процессы рассогласования циклов вращения грузов непосредственно в самих движителях. Во всем мире активно идут поиски наиболее эффективных способов увеличения этой разницы.

На сегодняшний день известны способы преобразования энергии вращающихся тел в энергию перемещения различных импульсно-инерционных устройств без помощи традиционных движителей: колее, гусениц, винтов, пропеллеров и т.н. (Патент США №3807244, МПК F03H 5/00, от 1974 г., Патенты РФ №№2003564 и 2051832, МПК B62D 57/00, от 1990 г., Патент Великобритании №2111654, МПК F03G 3/00).

Известен способ преобразования энергии вращательного движения в энергию поступательного движения путем принудительного смешения центра массы вращающегося тела в заданном направлении и сохранение этого направления относительно оси вращения тела для получения центробежной силы, приложенной к смещенному центру массы вращающегося тела и действующей на ось вращения вращающейся системы. При этом расстояние между осью вращения тела и его центром массы не фиксировано и может изменяться в заданных пределах и с заданной периодичностью (Патент РФ №2001115911, МПК F03G 3/00 от 2003 г.).

Недостатком этого способа и устройства является малый диапазон рабочих скоростей вращения инерционных масс и разности величины создаваемых центробежных сил, что в свою очередь ограничивает возможности применения движителя.

Известен способ преобразования кинетической энергии вращающегося вала установки в поступательное движение ее корпуса и устройство для осуществления способа. Устройство включает корпус, в котором размещен вал вращения, а также установленный на корпусе пульсатор. На валу вращения жестко закреплен стержень, на котором укреплен груз с возможностью свободного перемещения по стержню. Гибкая связь охватывает в одной плоскости вал вращения, груз и пульсатор. Согласно способу, решается задача обеспечения плавного перемещения установки и упрощения конструкции (Патент РФ №2408808, МПК F16H 19/00, от 2011 г.).

Изобретение и конструкция устройства не может обеспечить высокую скорость вращения груза и изменения радиуса вращения груза. Такое положение не позволяет добиться эффективного перемещения устройства.

Известен способ воздействия центробежной силы на транспортное средство, реализуемый инерционно-импульсным приводом, принятый за прототип. Транспортное средство включает платформу с колесами, на которой расположена двигательная установка, вращающая дебалансные грузы в вертикальном и горизонтальном направлениях. Ввиду того, что центробежная сила формируется по синусоидальному закону, для движения используется только одна ее составляющая, совпадающая с направлением перемещения. Для этого, платформа оснащается механизмом однонаправленного перемещения, выполненным, например, в виде обгонной муфты или храповой муфты, вмонтированной в элементы качения или скольжения платформы. В этом случае, центробежная сила, направленная в противоположную сторону от направления перемещения платформы, замыкается на опору без перемещения платформы (Патент РФ 3118, МПК B62D 57/00, от1996 г.).

Недостатком данного способа является не полное использование энергии центробежной силы. При рассогласовании полуциклов вращающихся грузов со стопорным торможением обгонной муфтой, в прототипе используется энергия центробежной силы вращающихся грузов только по направлению движения транспортного средства, в то время, как в противоположном направлении энергия центробежной силы гасится обгонной муфтой и работу не выполняет.

При создании изобретения решалась задача повышения эффективности преобразования энергии центробежной силы вращающегося груза в энергию поступательного движения транспортного средства.

Поставленная задача и технический результат достигаются за счет того, что в известном способе преобразования энергии центробежной силы вращающегося груза в энергию поступательного движения транспортного средства, включающем вращение груза двигательной установкой, расположенной на платформе транспортного средства с колесами, которые оснащены механизмом стопорного торможения обратного хода, обеспечивая поступательное движение транспортного средства по направлению действия центробежной силы, согласно изобретению, энергия центробежной силы, которая образуется при вращении груза в полуокружности против хода движения транспортного средства, накапливается в механических и иных накопителях энергии с последующим расходом этой энергии на создание дополнительной силы движения транспортного средства при переходе вращения груза в полуокружность по направлению движения.

Другими словами, в отличие от известных способов и прототипа, где центробежная сила вращающегося груза создает тягу по ходу движения транспортного средства, а центробежная сила, действующая в обратном направлении, полностью блокируется обгонными муфтами, в заявляемом способе для движения транспортного средства дополнительно используется также и энергия центробежной силы, действующей в обратном направлении предполагаемого движения транспортного средства. Это достигается за счет того, что при блокировке колес обгонными муфтами, энергия центробежной силы аккумулируется в импульсном накопителе энергии с последующим цикличным расходом этой энергии для усиления импульса направленного движения транспортного средства.

Таким образом, движение транспортного средства максимально эффективно, с учетом полного использования энергии центробежной силы как по ходу движения транспортного средства, так и против движения. Фактически, здесь обеспечивается максимальное до 100% использование энергии центробежной силы, в отличие от прототипа, где это использование не превышает 50%.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 схематично показано транспортное средство (вид сбоку); на фиг. 2 - транспортное средство (вид сверху); на фиг. 3 - фото модели транспортного средства.

Транспортное средство состоит из платформы 1 на колесах 2, на которой закреплена двигательная установка, состоящая из электродвигателя 3, на оси 4 которого закреплен кронштейн 5 с грузом 6.

Передняя пара колес 2 транспортного средства закреплена на неподвижной оси 7 через подшипники качения 8. Ось 7 фиксируется на платформе 1 через импульсный упруго-пластинчатый накопитель энергии 9 узлами крепления. Задняя пара колес 2 закреплена через обгонные муфты 10 на неподвижной оси 11. Ось 11 фиксируется на платформе 1 через импульсный упруго-пластинчатый накопитель энергии 9 узлами крепления. При этом, обгонные муфты 10 установлены таким образом, чтобы обеспечить вращение колес 2 по ходу движения (против часовой стрелки) и блокировать вращение колес в обратную сторону (по часовой стрелке).

Описываемый способ преобразования центробежной силы вращающегося груза 6 в поступательное движение транспортного средства по стрелке на фиг. 1 реализуется на примере рассматриваемого выше устройства следующим образом.

Установленный на платформе 1 электродвигатель 3 при включении начинает вращать кронштейн 5 с грузом 6 в горизонтальной плоскости с постоянной угловой скоростью. Вращение груза может быть и в вертикальной плоскости. При вращении груза 6 образуется центробежная сила, которая при равномерном вращении груза будет постоянной в любом секторе вращения. При этом, по заявленному способу, платформа 1 с электродвигателем 3 закреплена на неподвижных осях 7 и 11 через импульсный упруго-пластинчатый накопитель энергии 9 в виде, например, упругих пластин. В этом случае центробежная сила в секторе вращения груза 6 против хода движения транспортного средства, обеспечивает инерционное продолжение движения платформы 1 с двигателем 3 и грузом вращения 6, а энергия центробежной силы при этом затрачивается на упругую деформацию пластинчатого накопителя 9, сохраняясь как упругая энергия, которая возвращает пластины в исходное состояние после снятия напряжения, т.е. после перехода вращения груза 6 в сектор вращения по ходу движения транспортного средства. При этом платформа 1 с двигателем 3 и грузом вращения 6 осуществляет разнонаправленное колебательное движение.

Для обеспечения поступательного движения транспортного средства при разнонаправленном колебании платформы 1, одна пара колес 2 (могут быть и все колеса) кренится на неподвижную ось 11 платформы 1 не с помощью подшипников 8, а с помощью обгонных муфт 10. Традиционно обгонные муфты разрабатывались для передачи крутящего момента на валу только в одном направлении вращения. В данном транспортном средстве обгонные муфты 10 используются не для передачи крутящего момента, а, наоборот, для торможения при попытке вращения колес 2 в обратном направлении. Резкая блокировка колес 2 после перехода вращения груза 6 в сектор вращения против хода движения транспортного средства не дает возможности движения транспортного средства в обратном направлении за счет сил трения между колесами и поверхностью движения. При этом платформа 1 на упругих пластинах продолжает свое движение до полного преобразования кинетической энергии движения в потенциальную упругую энергию, которая, высвобождаясь при переходе груза вращения 6 в сектор вращения по ходу движения транспортного средства, создает дополнительную энергию движения в дополнение к центробежной силе. Другими словами, платформа 1 со всей двигательной системой выталкивается упругой энергией по ходу движения транспортного средства по аналогии пращи или рогатки, что приводит к суммированию этой силы с центробежной силой вращения груза 6 и, в конечном итоге, приводит к соответствующему повышению эффективности способа преобразования энергии центробежной силы в энергию движения транспортного средства. Таким образом, центробежная сила вращающегося груза 6 создает поступательное движение транспортного средства по направлению стрелки на фиг. 1.

Способ предусматривает различные конструкции транспортных средств, главное, чтобы соблюдалось условие, по которому движение транспортных средств осуществлялось бы за счет суммирования центробежной силы по ходу движения с силой упругого возврата платформы с двигательной установкой, которая возникает за счет расходования накопленной энергии центробежной силы против движения.

Импульсный накопитель энергии центробежной силы может быть другой конструкции, например, пружинный накопитель энергии с закруткой пружины при блокировке колес и возвратом накопленной энергии раскруткой пружины при переходе вращения груза в сектор по ходу движения транспортного средства.

Изготовленное транспортное средство по заявленному способу с вертикальной плоскостью вращения груза, представленное на фото фиг. 3, показало эффективность способа. При мощности микроэлектродвигателя всего 2 Вт при напряжении питания 12 в и оборотах вращения грузов 800 об/мин, транспортное средство перемещает полезную нагрузку 13 весом 5 кг, что по соотношению мощности двигателя и веса полезной нагрузки более эффективно, чем у существующего сегодня автотранспорта. Известно, что на автотранспорте 10 л.с. мощности двигателя перевозят 1 т полезной нагрузки, в модельном транспортном средстве по заявленному способу это соотношение на порядок выше. В автомобилях только 25% используется для движения, а остальное 75%, это потери при нагреве двигателя внутреннего сгорания и при передаче крутящего момента через трансмиссию на ведущие колеса. В транспортном средстве по заявленному способу нет трансмиссия и передачи крутящего момента от двигателя на колеса и, соответственно, нет потерь энергии.

Испытания показали целесообразность применения изобретения для перевозки тяжелых грузов, например, на спецтранспорте, в т.ч. на пневмоходах, болотоходах и вездеходах или на гусеничной технике.

Актуально применение изобретения и на наземных беспилотных транспортных средствах для доставки грузов в труднодоступные места, в т.ч. по бездорожью и по болотам, особенно в зонах стихийных бедствий или СВО.

Устройство имеет простую конструкцию, что позволяет выпускать различные транспортные средства с малой мощностью электродвигателей, например, коляски с электроприводом для маломобильных граждан или внутрицеховой и складской электротранспорт.

Целесообразно использовать устройства по заявленному способу как усилитель привода существующего транспорта или создания гибридной транспортной техники.

Источники информации:

1. Толчин В.Н. Инерциоид. Силы инерции как источник поступательного движения. Пермь, Пермское книжное издательство, 1977, 99 с.

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Способ преобразования энергии центробежной силы в энергию движения транспортного средства включает вращение груза двигательной установкой, расположенной на платформе транспортного средства с колесами, которые оснащены механизмом стопорного торможения обратного хода, обеспечивая поступательное движение транспортного средства по направлению действия центробежной силы. Энергия центробежной силы, которая образуется при вращении груза в полуокружности против хода движения транспортного средства, накапливается в накопителях энергии с последующим расходом этой энергии на создание дополнительной силы движения транспортного средства при переходе вращения груза в полуокружность по направлению движения. Достигается повышение эффективности преобразования энергии центробежной силы вращающихся грузов в энергию поступательного движения транспортных средств. 3 ил.

Способ преобразования энергии центробежной силы в энергию движения транспортного средства, включающий вращение груза двигательной установкой, расположенной на платформе транспортного средства с колесами, которые оснащены механизмом стопорного торможения обратного хода, обеспечивая поступательное движение транспортного средства по направлению действия центробежной силы, отличающийся тем, что энергия центробежной силы, которая образуется при вращении груза в полуокружности против хода движения транспортного средства, накапливается в накопителях энергии с последующим расходом этой энергии на создание дополнительной силы движения транспортного средства при переходе вращения груза в полуокружность по направлению движения.