преобразователь энергии (варианты)

изобретение относится к области возобновляющихся источников энергии, а именно в использовании потенциальной энергии двигающихся транспортных средств или пешеходов, волн, воды, энергии рук и ног человека и преобразование ее в другие виды, преимущественно в электрическую энергию, механическую энергию.

известен преобразователь энергии ветра и волн (алиева A.C., алиева б.з. «пpeoбpaзoвaтeль энергии ветра и вoлн», патент рф JN°2254494 от 10,09,2003г. F03д5/04), который содержит связанные с помощью рычагов вращающейся платформы. на каждой платформе установлена лопасть. преобразователь энергии содержит также кинематически связанные преобразователь движения и узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти, взаимодействующий с флюгером.

преобразователь движения через мультипликатор подключен к электрогенератору.

к недостаткам известного преобразователя энергии можно отнести сложность конструкции и невозможность его применения на суше.

известен также преобразователь энергии волн (алиев A.C., алиев р.а. «пpeoбpaзoвaтeль энергии вoлн», патент рф ж2300663 от 22.11.2005г., F03B13/12), который может быть указан в качестве ближайшего аналога изобретения (прототипа).

прототип содержит кинематически связанные стойку, поплавковые камеры, раму, вал, мультипликатор и генератор. кроме того, преобразователь дополнительно содержит взаимодействующие друг с другом второй вал, первую и вторую шестерни и не менее двух преобразователей движения.

при этом каждый преобразователь движения содержит вертикальный шток, установленный с возможностью вертикальных колебаний, на верхнем конце которого установлен первый блок, а на нижнем - третья звезда, взаимодействующая с первым и вторым поплавками камерами.

в качестве недостатка прототипа можно указать конструктивную сложность преобразователя движения и невозможность его применения на суше для преобразования потенциальной энергии транспортных средств.

техническая задача заключается в упрощении конструкции преобразователя энергии и в создании преобразователя потенциальной энергии двигающихся транспортных средств или пешехода в электрическую.

данная техническая задача решается путем создания принципиально новой конструкции преобразователя энергии, который содержит кинематически связанные вертикальные штоки, преобразователь движения, общий вал, мультипликатор и электрогенератор, а также горизонтальные подпружиненные платформы, установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении и взаимодействующие с подвижными объектами, например, с пешеходами. при этом горизонтальные платформы через штоки взаимодействуют с соответствующими преобразователями движения.

при этом каждая горизонтальная платформа шарнирно соединена с двумя наклонными прямоугольными щитами, нижние грани которых на роликах раздвигаются по горизонтальному поддону в разные стороны вдоль пути движения транспортных средств.

первый вариант преобразователя энергии содержит дополнительно центробежный регулятор скорости вращения, шарнирно установленный на неподвижной вертикальной стойке, который взаимодействует через обгонную муфту с выходным валом мультипликатора и через коническую пару шестерен с электрогенератором. при этом ползун с тормозным диском взаимодействует с неподвижным диском, закрепленным на вертикальной стойке.

первый, вариант преобразователя движения содержит первый и второй штоки, которые связаны друг с другом первым и вторым параллельными зубчатыми рейками неподвижно. кроме того содержит первую и вторую шестерни, установленные неподвижно на обоймах соответствующих обгонных муфт, ступицы которых неподвижно установлены на общем выходном валу.

причём, первая и вторая зубчатая рейки сдвинуты относительно друг друга в поперечном направлении и взаимодействуют с первой и второй шестернями соответствующей пары с диаметрально противоположных сторон. при этом обгонные муфты каждой пары установлены так, что когда первые из них, передающие вращение на выходной вал по часовой стрелке, находятся в сцеплении, вторые муфты, передающие вращение в обратном направлении, находятся вне сцепления и наоборот.

во втором варианте преобразователя движения противоположные штоки соединены друг с другом двухсторонней рейкой, которая взаимодействует одновременно с двумя одинаковыми шестернями, установленными на обгонных муфтах по разные стороны от двухсторонней рейки на двух параллельных валах. кроме того, на указанных валах, один из которых является выходным, неподвижно установлены дополнительно по одной шестерни меньшего диаметра. указанные шестерни взаимодействуют друг с другом через вновь введённую промежуточную шестерню, установленную на оси, с возможностью свободного вращения.

второй вариант преобразователя энергии содержит взаимодействующие друг с другом первый и второй валы, первую и вторую шестерни, мультипликатор и генератор. при этом валы установлены на вертикальных стойках с возможностью свободного вращения в противоположных направлениях, а на каждом валу установлено N-е количество обгонных муфт. обоймы муфт плоскими шарнирами связаны с верхними концами попарно параллельных рычагов, нижние концы которых, также плоскими шарнирами связаны с соответствующими понтонами, установленными попарно симметрично относительно вертикальных стоек. при этом, когда обойма верхней муфты каждой пары входит в сцепление со ступицей, обойма нижней муфты выходит из сцепления и наоборот.

верхний рычаг каждой левой пары через кронштейн и раму ориентации взаимодействует с соответствующей параллельной парой рычагов, уста-

новленных с правой стороны, при условии когда волна надвигается с правой стороны.

третий вариант преобразователя энергии содержит взаимодействующие друг с другом первый и второй валы, первую и вторую шестерни, а также кинетически связанные десятую и одиннадцатую обгонные муфты, третью и четвертую шестерни, первую и вторую зубчатые рейки и пятый понтон. при этом зубчатые рейки установлены с возможностью возвратно- поступательного движения в вертикальной плоскости, а нижние концы их неподвижно связаны с понтоном. кроме того, третья и четвертая шестерня, установленные неподвижно на обоймах десятой и одиннадцатой обгонных муфт, входят в сцепление с соответствующими ступицами поочередно.

четвертый вариант преобразователя энергии, который может быть использован в качестве водного энергетического устройства, которое содержит стойки, горизонтальную планку, водопровод и взаимодействующие друг с другом первый и второй валы, первую и вторую шестерни, мультипликатор и генератор. при этом валы установлены на стойках по одной вертикали с возможностью свободного вращения. на каждом валу установлены N-е количество пар обгонных муфт, обоймы которых неподвижно связаны с соответствующими парами параллельных коромысел, концы которых шарнирно связаны с первыми и вторыми емкостями. причем каждая емкость снабжена узлом фиксации верхнего положения, выпускным клапаном и взаимодействует в верхнем положении с узлом фиксации и через рычаг с вентилем, а в нижнем положении - через выпускной клапан с упором.

узел фиксации верхнего положения емкости содержит подпружиненный фиксатор, шарнирно установленный на внутренней стенке емкости, взаимодействующий с наконечников рычага. на другом конце рычага установлен поплавок и шарнирно связан с кронштейном, закрепленном на горизонтальной планке.

пятый вариант преобразователь энергии содержит кинематически связанные стойку, платформу, флюгер, плоские лопасти и вал, взаимодейст-

вующий с мультипликатором и электрогенератором. кроме того содержит дополнительно взаимодействующие друг с другом штангу, первый и второй узлы изменения ориентации и фиксации положения лопастей, первые и вторые шатуны, радиальные рычаги и обгонные муфты, установленные на валу. при этом штанга установлена на платформе с возможностью колебания на 90° и свободного вращения вокруг собственной оси. причем на концах штанги неподвижно установлены первая и вторая плоские лопасти, плоскости которых взаимно перпендикулярны. кроме того, сцепление муфт и взаимодействие первого и второго узлов изменения ориентации и фиксации положения лопастей с соответствующими упорами происходит по очереди.

при этом первый и второй узлы изменения ориентации и фиксации положения лопастей установлены симметрично от оси колебания штанги. каждый из них содержит взаимодействующее друг с другом кольцо фиксатора, пружина закрутки, третью обгонную муфту и подпружиненный z- образный фиксатор, наконечник которого взаимодействует с двумя диаметрально противоположными отверстиями в кольце фиксатора, неподвижно закрепленного на штанге. кроме того, ступица третьей обгонной муфты установлена на штанге с возможностью свободного вращения, а обойма неподвижно соединена со звездой, которая взаимодействует с соответствующей цепью, закрепленной на платформе в форме сегмента окружности 90°.

шестой вариант преобразователь энергии содержит кинематически связанные второй вал, мультипликатор, гидронасос, гидромотор и электрогенератор, а также взаимодействующие друг с другом понтон, силовой рычаг, третий и четвертый шатуны и радиальные рычаги, четвертую и пятую обгонные муфты. ступицы обгонных муфт неподвижно установлены на втором валу. при этом силовой рычаг установлен с возможностью свободного колебания в вертикальной плоскости и взаимодействует с четвертой и пятой обгонными муфтами по очереди.

седьмой вариант преобразователь энергии, содержит каркас, колеса и руль, взаимодействующие друг с другом ведущая и ведомая звезды, связан-

ные цепью, вал, первой и второй радиальные рычаги, наконечники которых шарнирно связанны с соответствующими педалями. кроме того преобразователь содержит дополнительно первую и вторую обгонные муфты, ступицы которых неподвижно соединены с корневыми наконечниками соответствующих радиальных рычагов, а также первую и вторую пружины, установленные на валу, концы которых взаимодействуют с каркасом и соответствующими радиальными рычагами.

восьмой вариант преобразователя энергии содержит взаимодействующие друг с другом трос, блок, упорную пластину, первую, вторую пружины, первое и второе ограничительные кольца. при этом трос перекинут через блок и концы его шарнирно связаны с педалями. на тросе неподвижно закреплены первое и второе ограничительные кольца, которые взаимодействуют через соответствующие пружины с упорной пластиной, связанной с каркасом.

девятый вариант преобразователя энергии содержит две симметричные половины, каждая из которых включает взаимодействующие друг с другом рычаг, шатун и колесо, а также первые, вторые обгонные муфты, планки, цепи и звезды. при этом цепи, закрепленные параллельно друг другу на планках, взаимодействуют с соответствующими звездами с диаметрально противоположных сторон. кроме того, обгонные муфты установлены так, чтобы они входили в сцепление по очереди, а ступицы их, установленные на оси с возможностью свободного вращения, были неподвижно связаны с колесом.

десятый вариант преобразователя энергии, содержит две симметричные половины, каждая из которых включает взаимодействующие друг с другом рычаг, шатун и колесо, а также первые и вторые обгонные муфты, радиальные рычаги и шатуны. при этом ступицы обгонных муфт неподвижно связаны с колесом, а обоймы через соответствующие радиальные рычаги и шатуны по очереди взаимодействуют с рычагом.

обгонные муфты выполнены в исполнении III, вилки которых взаимодействуют с ручными переключателями.

принцип работы первого варианта преобразователя энергии, который сожжет быть использован в качестве дорожного энергетического устройства, поясняется рисунками, представленными на фиг.l - фиг.l 1.

на фиг.l представлена схема расположения преобразователей движения поперек двухполосного дорожного полотна, где:

1 — дорожное полотно;

2 — вал;

3 — наклонные щиты;

4 — платформа;

5 — шарнирные соединения;

6 — поддон;

7 - маховик;

8 - мультипликатор;

9 - электрогенератор.

на фиг.2 представлена схема цепной связи между параллельно включенными валами 2, где:

10 - обгонные муфты;

11 - звезды;

12 — цепь.

на фиг.з представлена конструкция узла крепления платформы 4, где позиции 3 - 6 те же, что на фиг.1 ;

13 - катки;

14 — пружины;

15 — шток;

16 — преобразователь движения.

на фиг.4 представлена схема расположения преобразователей движения вдоль пешеходного пути и лестниц, где позиции 13 — 16 те же, что и на фиг.з;

17 - каркас металлический.

на фиг.5 представлена конструкция узла регулировки скорости вращения электрогенератора, где:

18 — вертикальная стойка;

19 - центробежный регулятор скорости вращения;

20 - втулка регулятора;

21 — ползун;

22 - тормозной диск;

23 - неподвижный диск;

24 - упорные кольца;

25 - обгонная муфта;

26, 27, 28 - первая, вторая и третья конические шестерни;

29 - электрогенератор.

на фиг.6 представлена конструкция узла крепления платформы, взаимодействующей с колесом железнодорожного вагона, где позиции 3 — 16 те же, что и на фиг.з;

30 - рельс;

31 - колесо;

32 — ободок колеса;

33 — упорное кольцо;

34 — нижний шток.

на фиг.7 представлен вид с по фиг.6, где позиции 2-34 те же, что на фиг.6.

на фиг.8 представлена конструкция первого варианта преобразователя движения, где:

35 - шток;

36 - кронштейны;

37, 38 — первая и вторая зубчатые рейки; 39, 40 - первая и вторая шестерни; 41, 42 - первая и вторая обгонные муфты; 43 - вал.

на фиг.9 представлен вид A-A по фиг.8, где позиции 35-43 те же, что и на фиг.8.

на фиг. 10 и фиг. 11 представлена конструкция второго варианта преобразователя движения, где:

44 - шток;

45 - двухсторонняя рейка;

46, 47 — третья и четвертая шестерни;

48, 49 — третья и четвертая обгонные муфты;

50, 51 - второй и третий (общий) валы;

52, 53, 54 — пятая, шестая и седьмая шестерни;

55 - ось;

56 - кронштейны.

на фиг.12 приведена конструкция второго варианта преобразователя энергии, который может быть использован в качестве волнового энергетического устройства вид с боку, где:

57 - вертикальные стойки;

58 — вертикальная опора;

59 — платформа;

60,61,62,63 - первый, второй, третий, четвертый валы;

64,65 — первое, второе карданные соединения;

66,67 — первая, вторая шестерни (или первая и вторая звезды);

68,69,70,71 - первая, вторая, третья, четвертая обгонные муфты;

72,73,74,75 — пятая, шестая, седьмая, восьмая обгонные муфты;

76 — первый рычаг;

77 - шестой рычаг;

78 - четвертый понтон;

79 - второй понтон;

80 - шарнирные соединения;

81 - мультипликатор;

82 - девятая обгонная муфта;

83 - маховик;

84 — электрогенератор;

85 - рама ориентации рычагов;

на фиг. 13 представлен вид с торца волнового энергетического устройства по сечению B-B фиг.12, где позиции 57-85 те же, что на фиг. 12;

86 — пятый рычаг;

87,88 - седьмой, восьмой рычаги;

89 — первый понтон;

90 - шарнирное соединение рычагов;

91 — кронштейны связанные с рамами ориентации;

на фиг. 14 представлена конструкция третьего варианта волнового энергетического устройства, где позиции 1—5 те же, что на фиг.12 и фиг.13, 92,93 — десятая, одиннадцатая обгонные муфты; 94,95 - третья и четвертая шестерни; 96,97 - первая и вторая зубчатые рейки;

98 — пятый понтон;

99 - направляющая планка;

100 — перемычка;

101 - кронштейны;

на фиг.15 представлен вид с торца (вид к по фиг.16), на конструкцию четвертого варианта преобразователя энергии - водной энергетической установки, где:

102 - вертикальные стойки;

103,104 - первый и второй горизонтальные валы;

105,106 - первое и второе коромысла;

107,108 - первая и вторая емкости;

109 - шарниры;

110,111 - первая и вторая обгонные муфты;

112,113 - первая и вторая шестерни;

114 — выпускной клапан;

115 - заглушка с резиновой прокладкой; 116 - диск; 117 - стержень;

118 - цилиндрическая пружина;

119 — вентиль; 120 - рычаг;

121 — пружина натяжения;

122 - кронштейн;

123 - рычаг фиксатора; 124 - поплавок;

125 - фиксатор;

126 — пружина фиксатора;

127 — планка горизонтальная;

128 - водопровод;

129 — шланг; 130 - упор;

131 - желоб.

на фиг.16 представлен вид с боку на водную энергетическую установку, где позиции 102 - 128 те же, что на фиг.15:

132 - вторая пара емкостей;

133 — мультипликатор; 134 - маховик;

135 — электрогенератор; 136 - подставка; 137 - подпорка.

на фиг. 17 представлен вид сбоку на конструкцию пятого варианта преобразователя энергия, где:

139 — стойка;

140 — платформа;

141 - втулка поворотная;

142 — штанга;

143 - рычаг флюгера;

144 - флюгер;

145, 146 - первое и второе кольца;

147 — неподвижные кольца;

148, 149; - первый и второй узлы изменения ориентации и фиксации положения лопастей;

150, 151 - первый и второй шатуны;

152, 153 - первый и второй радиальные рычаги;

154 - первая обгонная муфта;

155 - вал;

156, 157 - перовая и вторая звезды;

158 — подпружиненный упор;

159, 160 — первый и второй сегменты цепи;

161, 162 — первая и вторая лопасти.

на фиг. 18 представлен вид E-E по фиг. 19, где позиции 1-17 те же, что на фиг. 1 :

163 - вторая обгонная муфта;

164 - мультипликатор;

165 — гидронасос;

166 - гидромотор;

167 — электрогенератор;

168 — фланец;

169 — подставка.

на фиг. 19. представлена конструкция узла изменения ориентации и фиксации лопасти, где:

170 — обгонная муфта;

171 — звезда;

172 - пружина закрутки;

173 — кольцо фиксатора;

174 - центральная втулка;

175 - Z-образный фиксатор;

176 - пружина фиксатора;

177 - наконечник фиксатора; 178 - кронштейн.

на фиг. 20 представлен вид сбоку на конструкцию шестого варианта преобразователя энергии,

на фиг. 21 показан вид сверху на конструкцию шестого варианта, где позиции 179 - 19*3 одни и те же:

179 - силовой рычаг;

180 - плоский шарнир;

181, 182 - третий и четвертый шатуны;

183, 184 - третий и четвертый радиальные рычаги;

185 - четвертая обгонная муфта;

186 — второй вал;

187 - платформа; 188 - стойки;

189 - пятая обгонная муфта;

190 - мультипликатор;

191 - гидронасос;

192 - гидромотор;

193 - электрогенератор; 194 - понтон.

на фиг. 22 представлена конструкция седьмого варианта преобразователя энергии который может быть использован в велосипеде, где: 195 - каркас; 196 - втулка; 197 - вал;

198 - подшипники; 199,200 - первая и вторая обгонные муфты;

201,202 - первый и второй ограничители;

203 - пружина;

204 - рычаг радиальный;

205 - педаль;

206 - звезда ведущая;

207 - цепь.

на фиг.23 представлена конструкция восьмого варианта преобразователя энергии, где позиции те же, что на фиг. 21.

208 - горизонтальная трубка каркаса;

209 - кронштейн;

210 — пластина;

211 - блок; 212 - трос;

213,214 - первое и второе ограничительные кольца; 215,216 - первая и вторая пружины;

217 — крепежные кольца.

на фиг. 24 представлен вид с боку на конструкцию девятого варианта преобразователя энергии, которое может быть использовано в качестве движителя инвалидной коляски, где:

218 - каркас; 219 - рычаг;

220 - рукоятка;

221 - шатун;

222 — колесо;

223 - перемычка;

224 - первая обгонная муфта;

225 - первая звезда;

226, 227 — первая и вторая цепи; 228, 229 - первая и вторая планки; 230 - шарнирные соединения;

231 — ограничительные пальцы.

на фиг. 25 представлен вид C-C по фиг. 24, где позиции 218-231 те же, что на фиг. 24.

232 — ось;

233 — втулка установочная;

234 - кронштейн;

235 — вторая обгонная муфта;

236 — вторая звезда.

на фиг. 26 представлена конструкция десятого варианта преобразователя энергии, которое может быть использовано в качестве движителя инвалидной коляски, где позиции 218-222 те же, что на фиг. 24;

237, 238 — третья и четвертая обгонные муфты;

239, 240 - второй и третий радиальные рычаги;

241, 242 - первый и второй шатуны;

243 — перемычка.

необъятная территория россии, а также весь мир охвачен паутиной шоссейных и железнодорожных путей.

современные информационные космические системы позволяют с высокой точностью контролировать и охранять богатства страны, в частности, лес, нефть, газ, фауну и др. для этой цели необходимо установить вдоль неф- те и газопроводов, шоссейных и железнодорожных путей информационные датчики. для питания таких датчиков, установленных на огромных расстояниях друг от друга, где нет централизованного электроснабжения, требуются автономные источники электрической энергии.

разработка альтернативных источников электрической энергии, которые работают под воздействием веса проходящего автомобильного или железнодорожного транспорта, а также под тяжестью пешехода и животных, является актуальной и востребованной.

дорожное энергетическое устройство устанавливается поперек шоссейной или железнодорожной путей (см. фиг.l).

мощность на валу 2 энергетического устройства зависит от числа и мощности единичного преобразователя движения 16.

горизонтальные платформы 4 с помощью шарниров 5 соединены с наклонными щитами 3 и установлены с возможностью вертикального перемещения вверх и вниз. величина этого перемещения может быть задана в пределах от 3 до 7 см. чтобы водители не объезжали платформ они должны занимать всю ширину дороги или между ними необходимо воздвигнуть бугорки из асфальта высотой платформ. таким образом на дороге создается препятствие, аналогичное «лeжaчeмy милициoнeρy», которое должно быть указано соответствующим дорожным знаком. по четырем углам горизонтальной платформы 4 установлены пружины 14, которые поднимают его вверх после прохождения по ней колес автомобиля. к нижней поверхности платформы неподвижно крепится шток 15, который совершает возвратно-поступательное движение вверх-вниз. нижние ребра наклонных щитов 3 шарнирно связаны с катками (роликами) 13, которые откатываются от центра в разные стороны. при этом платформа 4 и наклонные щиты 3 под тяжестью автомобиля прижимаются к поддону 6. пружины 16 установлены в специальных углублениях поддона, которые обеспечивают максимальный ход штока 15.

после снятия груза сжатые пружины 14 отжимают платформу 4 вверх. таким образом, под воздействием колес автомобиля шток совершает возвратно-поступательное движение вверх-вниз. потенциальная энергия сжатых пружин должна быть таким, чтобы энергия, передаваемая штоком на преобразователь движения 16 при подъеме платформы 4, была равна энергии передаваемой при ее опускании под тяжестью автомобиля.

для этого сила сжатия восьми пружин должна быть равна половине веса автомобиля.

размеры платформ 4 и их расположение на дорожном полотне 1 должны быть подобраны такими, чтобы они взаимодействовали с колесами максимального количества проезжающих автомобилей в обе стороны трассы.

на общий вал 2 передается также энергия вращения от второй пары преобразователей движения, установленных на встречной полосе движения. в зависимости от ширины дороги и числа полос движения количество пар преобразователей движения может меняться. кроме того, для увеличения выходной мощности энергетического устройства и повышения синхронности вращения общего выходного вала может быть использовано параллельное соединение нескольких валов. суммарная мощность устройства при этом определяется единичной мощностью одного преобразователя, умноженное на число преобразователей движения установленных на одном валу, а также на число параллельно включенных валов. это количество задается из экономической целесообразности.

кинематическая схема соединения параллельно установленных валов 2 приведена на фиг.2. на концах валов неподвижно установлены ступицы обгонных муфт 10. обоймы обгонных муфт неподвижно связаны со звездами 11. цепь 12 охватывает звезды всех параллельно установленных валов.

обгонные муфты 10 установлены так, чтобы суммировать мощности, создаваемые на каждом валу. тот вал, который препятствует вращению общего выходного вала, автоматически выводится из кинематической схемы. обойма обгонной муфты и звезда 11 на таком валу свободно вращается при неподвижном вале.

энергетическое устройство, представленное на фиг.l — фиг.з, может быть установлено также на железнодорожном пути. при этом изменяется только конструкция узла крепления платформы (см. фиг.6 и фиг.7).

наклонные щиты и платформа при этом имеют небольшую ширину и должны быть установлены в близи к рельсам с внешней их стороны. наклонные щиты 3 и платформа 4 должны взаимодействовать с обоймами колес 31 вагонов, в результате чего подпружиненный шток совершает возвратно- поступательное движение. преобразователь движения преобразует энергию возвратно-поступательного движения штока 15 в энергию вращательного движения выходного вала 2.

на выходном валу необходимо установить массивных маховик 7. маховик повышает синхронность вращения электрогенератора 9. мультипликатор 8, подключенный к выходному валу, служит для повышения скорости вращения вала до номинальной скорости вращения электрогенератора 9.

в случае применения генератора переменного тока, переменное напряжение через выпрямитель 33 может быть подано на аккумулятор 34.

на фиг.4 представлен пешеходный вариант энергетического устройства.

устройство работает под воздействием сил тяжести пешеходов, наступающих на выдвижные платформы 4, установленных на металлическом каркасе 17.

пружины 14, установленные по углам четырехугольной платформы 4, придает ей горизонтальное положение. вертикальные штоки 15, неподвижно связанные с горизонтальными платформами, совершают возвратно поступательное движение в пределах 3 — 7 см. нижние концы штоков связаны с соответствующими преобразователями движения 16.

преобразователи движения установлены на общем валу 2.

на этом валу установлен маховик 7 и через мультипликатор 8 подключен к электрогенератору 9.

при необходимости в пешеходном варианте также может быть использовано параллельное соединение валов с помощью цепной связи (cм.фиг.2).

для регулирования скорости вращения электрогенератора может быть использован классический регулятор скорости вращения (фиг.5).

центробежный регулятор скорости вращения 19 шарнирно установлен на неподвижной вертикальной стойке 18.

на втулке регулятора 20 неподвижно установлена ведомая коническая шестерня 27. ведущая коническая шестерня 26 установлена на обойме обгонной муфты 25, ступица которой установлена на выходном валу мультипликатора 8. ведома коническая шестерня 27 через третью коническую шестерню 28 передает вращение на электрогенератор 29.

при повышении скорости вращения ведомой шестерни 27 ползун 21 с тормозным диском 22 прижимается к неподвижному диску 23, закрепленной на вертикальной стойке 18. чем больше превышение скорости вращения шестерни 27, тем больше сила торможения.

таким образом, синхронизируется скорость вращения электрогенератора 29.

на фиг.8 представлена конструкция первого варианта преобразователя движения.

штоки 35 неподвижно соединены друг с другом с помощью двух параллельных зубчатых реек 37, 38 и двух поперечных кронштейнов 36.

кронштейны 36 имеют Z-образную форму. зубчатые рейки крепятся к кронштейнам с двух разных сторон.

на валу 43 неподвижно установлены ступицы первой 41 и второй 42 обгонных муфт. обоймы указанных обгонных муфт неподвижно связаны с соответствующими шестернями 39, 40. причём, каждая обгонная муфта работает в противофазе. когда ступицы первой 41 обгонной муфты находятся в сцеплении с обоймой, ступица второй 42 обгонной муфтой вращаются свободно (т.е. не находятся в сцеплении со ступицей.)

при обратном движении штоков 35 под воздействием пружины в сцепление входит вторая обгонная муфта 42. в следствии того, что зубчатые рейки взаимодействуют с шестернями 39,40, установленными на обоймах обгонных муфт, работающих в противофазе, вал 43 сохраняет постоянное направление своего вращения.

для повышения синхронности вращения выходного вала на нём установлен маховик 7.

на фиг.10 и фиг.11 представлен второй вариант конструкции преобразователя движения.

штоки 44 соединены с помощью двухсторонней рейки 45.

двухсторонняя рейка 45 взаимодействует одновременно с третьей 46 и четвертой 47 шестернями. указанные шестерни неподвижно установлены на

обоймах третьей 48 и четвертой 49 обгонных муфт соответственно. ступицы данных обгонных муфт неподвижно установлены на параллельных друг другу втором 50 и третьем 51 (выходном) валах.

третья и четвертая обгонные муфты входят в сцепление по очереди. если двухсторонняя рейка 45 поднимается вверх, третья обгонная муфта 48 вращает вал 50 против часовой стрелки. в этот момент времени обойма четвертой обгонной муфты 49 выходит из сцепления со ступицей и четвертая шестерня 47 крутится в холостую (свободно) по часовой стрелке.

при обратном движении двухсторонней рейки 45 в сцепление входит четвертая обгонная муфта 49. ведущими становятся четвертая шестерня 47 и третий (выходной) вал 51. третий вал сохраняет свое направление и вращается против часовой стрелки.

для суммирования моментов вращения второго 50 и третьего 51 валов используется пятая 52, шестая 53 и седьмая 54 шестерни взаимодействующие друг с другом.

седьмая шестерня 54, установлена на оси 55 с возможностью свободного вращения. эта шестерня, а также пятая 52 и шестая 53 шестерни используются для согласования направления вращения второго 50 и третьего 51 валов. пятая шестерня установлена неподвижно на втором валу 50, а шестая — также неподвижно на третьем (выходном) валу 34.

в результате взаимодействия указанных трёх шестерён не зависимо от направления возвратно-поступательного движения двухсторонней рейки 45, моменты создаваемые на втором и третьем валах складываются и суммарный момент вращения передается на выходной третий вал 51, который постоянно вращается в одном направлении - против часовой стрелки (см. фиг.10) .

во всех конструкциях преобразователя движения, представленных на фиг.8 - фиг.l l, взамен обгонных муфт могут быть использованы храповые колёса. взаимодействие храпового колеса с подпружиненной собачкой позволяет передавать момент вращения шестерни в одном направлении, а в

противоположном направлении - шестерня может вращаться на валу свободно.

для повышения равномерности вращения выходного шестого вала 51, на нём может быть установлен массивный маховик 7. выходной вал подключается к мультипликатору 8, который служит для повышения скорости вращения до номинальной скорости вращения электрогенератора 9. для регулирования скорости вращения электрогенератора может быть использован классический регулятор скорости вращения дополнительный тормозной системой (cм.фиг.5). в качестве электрогенератора могут быть использованы низкооборотные электрогенераторы для ветроэнергетических установок, обеспечивающих номинальную мощность 1-10 квт при 300 об/мин. после генератора переменное напряжение выпрямляется и подается на аккумулятор. дорожное энергетическое устройство может быть использовано как автономный источник электрической и тепловой энергии в местах, где нет централизованного энергоснабжения, в частности как автономный источник электрической энергии для информационных датчиков.

принципы работы второго варианта преобразователя энергии (волнового энергетического устройства), конструкция которого представлена на фиг.12 и фиг.13 заключается в следующем.

волновое энергетическое устройство устанавливается непосредственно на берегу или на некотором расстоянии от берега моря. в зависимости от вырабатываемой мощности, оно может быть растянуто вдоль берега на десятки - сотни метров. вертикальные стойки 57 бетонируются в дно моря на расстоянии нескольких метров от берега и на определенном расстоянии друг от друга.

через вертикальные стойки пропускают горизонтально первый 60 и второй 61 валы с возможностью свободного вращения. горизонтальные валы соседних участков 63, расположенные под углом, соединяются друг с другом через карданные соединения. такое соединение валов позволяет путем их наращивания обходить береговые препятствия, увеличить суммарную мощ-

ность на выходном валу 60 и одновременно повысить синхронность его вращения.

на первом (60) и втором (61) валах неподвижно установлены первая (66) и вторая 67 шестерни, которые входят в сцепление друг с другом. взамен шестерен 66,67 на валах могут быть установлены первая и вторая звезды, кинетически связанные друг с другом целью. с торца цепь (на фигуре не указан) имеет вид 8. цепная связь приводит к вращению валов 60,61 во взаимно противоположных направлениях. цепная связь позволят установить большие расстояния между параллельными валами.

на первом валу 60 неподвижно установлены ступицы первой 68, третей 70, пятой 73 и седьмой 74 обгонных муфт.

при этом на втором валу 61 также неподвижно установлены ступицы второй 69, четвёртой 71, шестой 73 и восьмой 75 обгонных муфт.

нечётные обгонные муфты (68,70,72,74), установленные на верхнем валу, входят в сцепление с обоймами соответствующих муфт и передает вращение первому валу 60 против часовой стрелки. в это время обоймы чётных муфт 69,71,73 и 75 находятся вне сцепления со ступицами и крутятся в холостую. [анурьев в.и. справочник конструктора машиностроителя. M. «Maшинocтpoeниe» 1980 г., том 2, стр. 215-220] однако из-за сцепления шестерён 66 и 67 второй (нижний) вал 61 крутится по часовой стрелке. через пол периода обоймы чётных муфт входят в сцепление со ступицами соответствующих муфт, установленных на нижнем валу 61 продолжает и приводят его во вращение по часовой стрелке. таким образом, второй вал и установленная на нём вторая шестерня 67 становятся ведущими. верхний вал 60 сохраняет своё направление вращения (против часовой стрелки). при этом, все нечётные муфты, установленные на верхнем валу, выходят из сцепления со ступицами и не препятствуют вращению первого вала против часовой стрелки. таким образом, ведущим становится то верхний, то нижний валы.

обойма каждой муфты с помощью плоского (одностепенного) шарнира 90 соединена с верхним концом соответствующего рычага. шарнир по-

зволяет менять угловое положение рычага в горизонтальной плоскости в зависимости от изменения направления течения волны. каждый понтон (79,89) связан с нижними концами двух параллельных рычагов соответствующими плоскими шарнирами 80. расстояние между шарнирными соединениями равно расстоянию между двумя горизонтальными валами 60,61, а следовательно - расстоянию между верхними шарнирными соединениями рычагов 90. при равенстве длин соответствующих параллельных пар рычагов 77,86(87,88) понтоны 79,89 под воздействием волн совершают колебательное движение вверх-вниз.

вес понтона подбирается таким образом, чтобы он погрузился в воду на половину своего объема. в этом случае, моменты, создаваемые верхними и нижними рычагами на соответствующих валах 60,61, при подъеме и опускании понтона будут равны.

при подъеме понтона 79 пятый рычаг 86, связанный с обоймой пятой обгонной муфты 72 приводит первый (верхний) вал 60 во вращение против часовой стрелки. обойма шестой обгонной муфты 73 в это время крутится в холостую.

при опускании понтона с уходом волны нижний (шестой) рычаг 77 вводит в сцепление шестую обгонную муфту 73 и приводит во вращение нижний вал 61 по часовой стрелке. из-за сцепления между шестернями 66, 67 верхний вал 60, который стал ведомым, продолжает свое вращение против часовой стрелки.

аналогичным образом на первый и второй валы передаются моменты вращения от всех пар рычагов, связанных с соответствующими понтонами.

мощность на выходном валу 60 волновой энергетической установки определяется объемом и весом понтонов, длинами рычагов и высотой волн, а также от количества параллельно работающих пар рычагов (понтонов).

для увеличения суммарной выходной мощности волнового энергетического устройства возможно последовательное включение однотипных устройств по фиг.12 и фиг.13. при этом верхние и нижние валы могут быть со-

единены карданными соединениями или плавающими кулачковыми муфтами, когда валы соседних пар сосны друг другу.

если волна надвигается справа (см. фиг.13) левый понтон 89 и рычаги 87,88 под воздействием надвигающейся волны ориентируется вдоль направления его течения.

шарнирные соединения 90 позволяют свободно устанавливать направление рычагов 87,88, находящихся левее от стоек 57, вдоль направления течения волны.

понтоны имеют цилиндрическую форму и ориентируются перпендикулярно течению волны. такая форма и ориентация понтонов обеспечивает максимальную амплитуду их колебаний на волнах, что приводит к увеличению выходной мощности энергетического устройства.

подъемная сила понтона не зависит от высоты волны. длина рычагов также не меняется при их подъеме и опускании. следовательно, моменты вращения создаваемый на первом и втором валах не зависит от высоты волны, когда она превышает радиуса сечения цилиндрического понтона. это способствует синхронности вращения выходного вала и электрогенератора 84.

для изменения ориентации шарнирно закрепленных рычагов (77,86) и т.д. находящихся правее стоек 57 используются рамы ориентации 85. рама ориентации представляет собой вертикальная, удлиненная прямоугольная металлическая рама, которая с двух сторон охватывает с небольшим зазором каждую пару рычагов (77,86), находящихся с правой стороны (cм.фиг.13). с помощью кронштейна 91 прямоугольная рама 85 крепится неподвижно к верхнему левому рычагу 87 противоположней пары. при этом изменение ориентации рычага 87 приводит к изменению ориентации противоположных (правых) рычагов 77, 86. таким образом вдоль направления волны устанавливаются как левые, так и правые рычаги, что обеспечивают максимальный отбор энергии волн.

выходной вал подключается к мультипликатору 81, который повышает скорость вращения выходного вала до номинальной скорости вращения электрогенератора 84.

для установки мультипликатора и электрогенератора используется горизонтальная платформа 59, которая поддерживается вертикальной опорой 58. другой конец платформы приварен к ближайшей вертикальной стойке 57.

выходной вал мультипликатора через обгонную муфту 82 связан с валом электрогенератора 84, на котором установлен массивный маховик 83. маховик повышает синхронность вращения электрогенератора.

при необходимости устройство может быть установлено непосредственно на берегу. при этом отпадает необходимость в стойках 57 и левых понтонах и рычагах в шарнирных соединениях 90 и в раме 85, что существенно упрощает устройство.

принцип работы третьего варианта волнового энергетического устройства (фиг. 14) заключается в следующем:

как и в предыдущих вариантах, первый 60 и второй 61 валы установлены на стойках 57 с возможностью свободного вращения. на них также неподвижно закреплены соответствующие шестерни 66, 67, находящиеся в сцеплении друг с другом.

в отличие от предыдущих вариантов на валах 60,61 дополнительно установлены третья 94 и четвертая 95 шестерни, закрепленные неподвижно на обоймах десятой 93 и одиннадцатой обгонных муфт. причем они сдвинуты относительно друг друга в продольном направлении. при этом третья 94 шестерня входит в сцепление с первой зубчатой рейкой 96, а четвертая 95 — со второй зубчатой рейкой 97.

зубчатые рейки 96, 97 с помощью направляющей планки 99 и перемычки 100 установлены вертикально с возможностью свободного хождения вверх-вниз по вертикали. зубчатые рейки 96,97 сдвинуты относительно друг друга в поперечном направлении, как и соответствующие им шестерни 94, 95.

верхние концы вертикальных зубчатых реек соединены друг с другом горизонтальной перемычкой 100.

нижние наконечники зубчатых реек с помощью кронштейнов 101 также неподвижно соединены с пятым понтоном 98.

это обеспечивает жесткость конструкции при воздействии надвигающихся волн.

понтон под собственным весом и весом зубчатых реек должен быть погружен в воду на половину своего объема.

это обеспечивает равенство моментов вращения создаваемых на валах 60 и 61 шестернями 94, 95, как при подъеме, так и при опускании пятого понтона.

для создания дополнительного момента вращения на выходном валу может быть использована кинетическая энергия надвигающейся волны. для этой цели на выходном валу с помощью обгонной муфты может быть установлено лопастное колесо. лопастное колесо крепится неподвижно на обойме обгонной муфты. под воздействием надвигающейся волны крутится лопастное колесо и передает вращение через обгонную муфту на выходной вал.

при необходимости для увеличения выходной мощности энергетического устройства могут быть одновременно использованы оба варианта преобразования энергии волн. это позволит суммировать моменты вращения, создаваемые каждым из двух вариантов в отдельности. при этом относительный временной сдвиг между крутящими моментами, создаваемыми каждым из двух вариантов, позволяет повысить синхронность вращения выходного вала.

для увеличения выходной мощности энергетического устройства возможно параллельное включение выходных валов. ведущие конические шестерни устанавливаются на обоймах обгонных муфт, ступицы которых неподвижно закреплены на концах валов. ведомые конические шестерни неподвижно установлены на общем выходном валу. моменты вращения валов суммируются на выходе общего выходного вала. кроме того повышается

синхронность работы общего вала, на котором может быть дополнительно установлен маховик.

волновое энергетическое устройство может быть эффективно использовано для защиты береговых зон от разрушительного воздействия волн и одновременно для получения альтернативной электрической, механической и тепловой энергии в прибрежных зонах морей и океанов.

принцип работы четвертого варианта преобразователя энергии (водной энергетической установки) (вэу), конструкция которой представлена на фиг. 15 и фиг. 16 заключается в следующем.

вэу устанавливается ниже уровня воды, чтобы емкости наполнялись самотеком. вертикальные стойки 102 устанавливаются неподвижно. первый 103 и второй 104 горизонтальные валы шарнирно соединены со стойками с возможностью свободного вращения. расстояние между валами определяется диаметром делительной окружности шестерен 112 и 113. ступицы первой по и второй 111 обгонных муфт закреплены неподвижно на соответствующих горизонтальных валах. обоймы указанных муфт неподвижно связанны с соответствующими коромыслами 105,106. коромыслы параллельны друг другу и установлены с возможностью качания относительно горизонтальный валов. при качании коромысел обоймы первой и второй обгонных муфт входят в сцепление с соответствующими ступицами по очереди. концы первой и второй параллельных коромысел 105, 106 с помощью шарниров 109 соединены с первой 107 и второй 108 емкостями. при равенстве плеч параллельных коромысел, при их качании, емкости сохраняют свое вертикальное положение. так как обгонные муфты входят в сцепление с соответствующими ступицами по очереди, это приводит к тому, что при опускании второй емкости 108 ведущим становится первый вал 103, а при опускании первой емкости 107 - второй вал 104.

на горизонтальных валах 103, 104 неподвижно установлены первая 112 и вторая 113 шестерни, которые находятся в сцеплении друг с другом. независимо от того, какой из валов является ведущим в данный момент вре-

мени, они сохраняют постоянным свое направление вращения. первый (нижний) вал 103 вращается по часовой стрелке, а второй (верхний) вал 104 — против часовой стрелки (см. фиг. 15).

при больших расстояниях между двумя параллельными валами для кинематической связи между ними взамен первой и второй шестерни могут быть использована цепная связь. для этой цели на первом 103 и втором 104 валах неподвижно устанавливаются звезды одинакового размера. звезды связывают друг с другом цепью, которая образует форму восьмерки (8). при такой цепной связи между валами они вращаются во взаимно противоположных направлениях, как и при кинематической связи, которая осуществляется с помощью шестерен 112 и 113.

для качания коромысел используется потенциальная энергия воды, которая самотеком заполняет то первую 107, то вторую 108 емкости по очереди.

для более равномерного вращения выходного вала 104 и увеличения мощности на выходном валу, на валах 102, 104 могут быть установлены N- е количество пар однотипных механизмов, представленных на фиг.15. при этом шестерни 112, 113, кинематически связывающие первый и второй валы друг с другом, необходимо рассчитывать на суммарную мощность. они являются общими для всех запараллельных механизмов.

при этом периоды заполнения емкостей в запараллельных механизмах должны быть сдвинуты во времени. сдвиг по фазе периодически качающихся механизмов равен 180° / N.

емкости 107, 108 имеют цилиндрическую форму, открытую с верхнего торца. на дне цилиндрического корпуса емкости установлен выпускной клапан 114. выпускной клапан открывает и закрывает выпускное отверстие в днище емкости. клапан состоит из заглушки с резиновой прокладкой 115. заглушка связана с диском 116 с помощью стержня 117. между корпусом емкости и диском 116 установлена цилиндрическая пружина 118. пружина

обеспечивает необходимое усилие прижатия заглушки с резиновой прокладкой ко дну цилиндра, т.е. его герметичность.

когда полная емкость переходит, а нижнее положение диск 116 взаимодействует с упором 130 и приподнимает подпружиненную заглушку 14 вверх. вода сливается с емкости в желоб 131. упор 130 устанавливается в середине желоба и сохраняет открытое положение выпускного клапана 114 до полного заполнения емкости, находящийся в данный момент времени в верхнем положении.

верхнее положение пустой емкости 108 сохраняется неподвижным до его полного заполнения водой с помощью фиксатора 125, взаимодействующего с поплавком 124. фиксатор 126 шарнирно установлен на внутренней стенке корпуса емкости и подпружинен. пружина 126 отжимает плоский фиксатор от корпуса емкости на угол ~30^4-5°. при подъеме емкости подпружиненный фиксатор взаимодействует с согнутым наконечником рычага 123. рычаг с поплавком шарнирно крепится к кронштейну 122, связанным с горизонтальной планкой 127. под весом поплавка 124 рычаг 123 находится в опушенном положении.

при подъеме емкости наконечник рычага прижимает фиксатор к корпусу емкости, а затем опирается в торец фиксатора. таким образом, обеспечивается неподвижное верхнее положение емкости. по мере заполнения емкости водой поплавок 124 поднимается вверх. при определенном уровне воды наконечник рычага выходит из сцепления с фиксатором 125 и полная емкость опускается вниз. к этому времени нижняя емкость 107 должна быть пуста.

пустая емкость 107 поднимется вверх. пружина натяжения 121 обеспечивает закрытое положение вентиля 119 в нейтральном положении. корпус емкости при подъеме взаимодействует с подпружиненным рычагом вентиля 119. вентиль открывается и начинается процесс заполнения емкости водой. при этом фиксатор обеспечивает неподвижное положение емкости до его

полного заполнения. после чего поплавок выводит наконечник рычага 123 из сцепления с фиксатором.

полная емкость 107 опускается вниз и приводит во вращение верхний вал. для подвода воды к вентилям 119 используется водопровод 128, подключенный к шлангу 129. горизонтальная планка 127, закрепленная на стойках 102, служит для установки водопровода на необходимом уровне.

на фиг.16 представлен вид с боку на водную энергетическую установку с двумя парами емкостей. работа второй пары емкостей 132 сдвинута по фазе относительно работы первой пары 107, 108 на 90°. емкости второй пары находятся на одном уровне и перекрывают друг друга, (см. фиг. 16)

выходной вал 104 подключен к мультипликатору 133. мультипликатор служит для повышения скорости вращения выходного вала 104 до номинальной скорости вращения электрогенератора 135. для повышения синхронности вращения электрогенератора на его валу, подключенном к мультипликатору установлен массивный маховик 134.

электрогенератор, на валу которого установлен маховик, может быть подключен для развязки через обгонную муфту. обойма обгонной муфты должна быть связана с выходным валом мультипликатора, а ступица с валом электрогенератора.

мультипликатор 134 и электрогенератор 135 установлены на горизонтальной подставке 136. один конец подставки связан со стойкой 102, второй - с подпоркой 137.

пятый вариант преобразователя энергии может быть использован в качестве ветроэнергетической установки или для преобразования энергии реки в электрическую энергию.

преобразователь содержит вращающуюся относительно вертикальной стойки 139 платформу 140. на платформе установлена штанга 142 в виде трубы, с возможностью свободного вращения вокруг собственной оси. платформа неподвижно соединена с рычагом флюгера 143, который ориентирован перпендикулярно штанге. второй конец рычага 143 связан с плоским

вертикальным флюгером 144. изменение направления ветра приводит к изменению ориентации платформы. штанга установлена на оси вращения с возможностью колебаний в вертикальной плоскости в пределах угла ± 45. с двух сторон от втулки поворотной на штанге установлены подвижные кольца 145, 146 с возможностью относительного вращения. для предотвращения относительного продольного перемещения колец 145, 146 на штанге установлены неподвижные кольца 147. подвижные кольца шарнирно связаны с корневыми наконечниками соответствующих шатунов 150, 151. периферийные наконечники шатунов также шарнирно связаны с внешними концами первого 152 и второго 153 радиальных рычагов соответственно. корневые наконечники первого и второго радиальных рычагов неподвижно связаны с обоймами соответствующих обгонных муфт 154, 163.

на концах штанги закреплены первая 161 и вторая 162 плоские лопасти, ориентированные взаимно перпендикулярно. когда первая лопасть ориентирована вдоль направления ветра, вторая ориентирована перпендикулярно ветру и наоборот.

колебание штанги под воздействием ветра приводит к колебанию шатунов и связанных с ними радиальных рычагов в вертикальной плоскости.

для изменения ориентации лопастей используются первый 148 и второй 149 узлы изменения ориентации и фиксации положения лопастей (см. фиг.19)

на вертикальной платформе 140 установлен первый подпружиненный упор 158. в конечных точках отклонения штанги 142 узлы изменения ориентации и фиксации положения лопастей 148, 149 взаимодействуют с соответствующими упорами 158, что приводит к повороту лопастей на +90°. после чего штанга начинает колебание в обратном направлении.

на фиг. 18 показан вид E-E по фиг. 17. первая 154 и вторая 163 обгонные муфты установлены на валу 155 так, чтобы при колебаниях штанги в ту или другую стороны они входили в сцепление по очереди.

подъем первой штанги вверх приводит к повороту первого радиального рычага и связанного с ним первой обгонной муфты 154 по часовой стрелке. обойма данной муфты входит в сцепление со ступицей, что приводит к повороту вала по часовой стрелке.

вторая муфта 163 в этот момент времени находится вне сцепления. второй шатун 151 вхолостую опускается вниз. при обратном движении штанги вверх поднимается второй шток. теперь в сцеплении входит вторая обгонная муфта 163. момент создаваемый вторым радиальным рычагом 153 на валу также положительный, что приводит к вращению вала в прежнем направлении — по часовой стрелке.

принцип действия узла изменения ориентации и фиксации положения лопастей, конструкция которого представлена на фиг. 19, заключается в следующем.

преобразователь энергии содержит первый 148 и второй 149 узлы изменения ориентации и фиксации положения лопастей. каждый узел содержит обгонную муфту 154(163), ступица которой свободно вращается на штанге 142 и связана с одним из концов пружины закрутки 35. на обойме обгонной муфты неподвижно установлена звезда (172). при колебаниях штанги в пределах ± 90° звезда взаимодействует с цепью 159(160), закрепленной на платформе 140 по сегменту окружности в пределах 90°. другой конец пружины закрутки неподвижно связан со штангой. при колебании штанги в пределах 90° при взаимодействии звезды 171 с цепью пружина закручивается по часовой стрелке на 90°. наконечник фиксатора 177, который входит в одно из диаметрально противоположных отверстий в штанге, удерживает неподвижное положение штанги относительно центральной втулки 174. наконечник подпружиненного второго фиксатора скользит по поверхности кольца 173 и фиксирует его угловое положение после 180°, т.е. через двукратного поворота на 90°.

второй узел изменения ориентации и фиксации положения лопастей 149 работает аналогично первому 148. закрутка пружины в двух узлах про-

исходит по очереди, т.к. обгонные муфты в них входят в сцепление по очереди. причем закрутка пружин в обоих узлах происходит в одном направлении — по часовой стрелке. фиксирующие отверстия в кольце 173 во втором узле смещены относительно диаметрально противоположных фиксирующих отверстий в кольце первого узла на 90°. фиксаторы первого и второго узлов по очереди взаимодействуют с подпружиненным упором 158. при взаимодействии фиксатора с упором, наконечник фиксатора выходит из отверстия в кольце 173, что приводит к повороту штанги с закрепленными на ней лопастями вокруг ее оси и изменению ориентации лопастей на 90°. после этого начинается процесс обратного колебания штанги на - 90°.

штанга колеблется в пределах 90°, где средний момент на валу равен 0,9RPo.

вращение вала 155 передается на мультипликатор 164, который повышает скорость вращения до номинальной скорости вращения гидронасоса 165. гидронасос подключен к гидромотору 166. путем стравливания излишнего давления достигается синхронность вращения гидромотора 166.

гидромотор приводит во вращение электрогенератор 167.

электрическая энергия может быть использована непосредственно в быту или аккумулирована.

синхронизацию вращения электрогенератора возможно осуществить через синхронизацию частоты колебаний штанги. для этого необходимо чтобы фиксатор положения лопасти срабатывал от электромагнита, который срабатывает от импульсов с постоянной частотой, заданной электронным синхронизатором это происходит после взаимодействия узлов изменения ориентации лопастей с упором.

для смягчения ударов при колебаниях штанги упор 158 должен быть подпружиненным.

на одном валу 155 могут быть параллельно установлены N-е количество параллельно работающих преобразователей движения предполагаемой конструкции. при этом работа их для синхронизации должна быть сдвинута

по фазе на 2п/N. дополнительная синхронизация может быть достигнута, если на выходном валу установить маховик.

аналогичный преобразователь может быть использован под водой. в этом случае отпадает необходимость во флюгере. штанга должны колебаться в горизонтальной плоскости. конструкция должна быть установлена на понтонах, чтобы обеспечить ей положительную плавучесть.

при этом вал и кинематически связанные с ним мультипликатор, гидронасос, а также гидромотор и генератор должны оказаться в наводном положении.

суммарная мощность преобразователя энергии будет зависеть от мощности единичного модуля (по фиг. 17 и фиг. 18) и от числа параллельно работающих модулей.

механическая энергия от вращающего вала может быть передана от мультипликатора непосредственно на электрогенератор или насос. регулировка скорости вращения электрогенератора может быть осуществлена путем изменения эффективной площади лопастей в зависимости от скорости ветра. для этого достаточно изменить ориентацию лопастей относительно плоскости колебания штанги.

принцип действия шестого варианта преобразователя энергии, который может быть использован в качестве волновой энергетической установки, конструкция которого представлена на фиг. 20 заключается в следующем.

шестой вариант преобразователя энергии предназначен для преобразования потенциальной энергии волн в электрическую энергию. преобразователь может быть установлен на вертикальных стойках 188 или непосредственно на берегу моря. все механизмы преобразователя энергии установлены на горизонтальной платформе 187, закрепленной на стойках 188 или на балках, связанных с сушей или с нефтедобывающими платформами.

силовой рычаг 179 одним концом неподвижно соединен с понтоном 194, а другой конец плоским шарниром связан со стойкой 188 или непосредственно с берегозащитной стенкой.

мощность преобразователя определяет длину силового рычага, объем и вес понтона. для выравнивания моментов, создаваемых на валу 186 при подъеме и опускании понтона на волнах, необходимо, чтобы понтон погрузился в воду под собственным весом на половину своего объема.

силовой рычаг колеблется только в вертикальной плоскости. для этого используется плоский шарнир 180. кроме того для ограничения поперечных колебаний рычага 179 могут быть установлены вертикальные стойки или направляющие с двух его сторон.

на валу 186 неподвижно устанавливаются ступицы третьей 185 и четвертой 189 обгонных муфт. обоймы указанных муфт неподвижно связаны с третьим 183 и четвертым 184 радиальными рычагами соответственно.

наконечники радиальных рычагов 183 и 184 шарнирно связаны с верхними наконечниками третьего 181 и четвертого 182 шатунов соответственно. корневые наконечники указанных шатунов шарнирно соединены с силовым рычагом 179. соотношение расстояния между шарнирными соединениями шатунов и шарниром 180(r) относительно всей длины силового рычага 179(R) определяет момент вращения на втором валу 186.

обгонные муфты 185 и 183 установлены на втором валу 186 так, чтобы они входили в сцепление по очереди. третий и четвертый шатуны 181 и 182, шарнирно связанные с соответствующими радиальными рычагами 183 и 184, работают в активном режиме по очереди. при подъеме понтона 194 третий радиальный рычаг, связанный с обоймой четвертой обгонной муфты 189, приводит во вращение вал 186 по часовой стрелке. при опускании понтона усилие на вал передается через четвертый шатун 182, радиальный рычаг 184 и третью обгонную муфту 185. при этом направление вращения вала сохраняется прежним - по часовой стрелке.

на фиг. 21 представлен вид в по фиг. 20. на конструкцию шестого варианта преобразователя энергии. обойма четвертой обгонной муфты 189 неподвижно соединена с третьим радиальным рычагом 183. соединение радиальных рычагов 183 и 184 с обоймами обгонных муфт 189 и 179 осуществляется с диаметрально противоположных сторон от вала 186. при поочередном вхождении в сцепление обгонных муфт 189 и 185, соединение радиальных рычагов с их обоймами также обеспечивает постоянное направление вращения выходного вала 186. вращение выходного вала через мультипликатор 190 передается на гидронасос 191. мультипликатор повышает обороты вала до номинальной скорости вращения гидронасоса.

на один вал может передать вращение N-ое количество преобразователей энергии по фиг. 20, которые включает в себя позиции 185-189. при этом моменты вращения преобразователей энергии суммируются. излишки давления гидронасоса 191 стравливаются, что позволяет синхронизировать скорость вращения гидромотора 192, подключенного к гидронасосу. гидромотор приводит во вращение электрогенератор 193. вырабатываемая электрическая энергия может быть использована непосредственно в быту или аккумулирована. перспективным направлением является получение водорода путем электролиза в качестве альтернативного топлива для двс.

принцип действия узла взаимодействия между двумя педалями, представленными на фиг.22, заключается в следующем.

на горизонтальной трубке 208 велосипеда с помощью кронштейна 209 шарнирно устанавливается блок 211 с нижними наконечниками кронштейна, неподвижно связанный с крепежными кольцами 217, установленными на осях вращения соответствующих педалей с возможностью свободного вращения.

на тросе 212 неподвижно закреплены первое 213 и второе 214 ограничительные кольца. ограничительные кольца взаимодействуют с соответствующими пружинами 215 и 216. пружины смягчают удар в конечных (мертвых) точках колебательного движения педалей. верхние концы пружин упи-

раются в пластину 210. пружины могут быть связаны с упорной пластиной или с соответствующими ограничительными кольцами. колебательное периодическое движение педалей происходит в противофазе. меняя положение колец 217 на тросе 212 возможно менять угол колебательного движения педалей.

первый вариант преобразователя движения, который может быть использован в велосипеде, функционирует следующим образом.

преобразователь движения дополняет существующую конструкцию велосипеда. для этого необходимо снять с вала неподвижно закрепленные оба рычаги с педалями. позиции 195-198; 206, 207 используемые в велосипеде, применяются по своему назначению. втулка 196 связана с каркасом. с помощью подшипников 198 вал 197 установлен с возможностью свободного вращения.

рычаг педели 204 соединяют неподвижно в радиальном направлении с обоймой соответствующей обгонной муфты 199 (200). ступица каждой обгонной муфты устанавливается неподвижно на валу 197 с двух сторон там, где были установлены рычаги педелей велосипеда.

обгонные муфты 199 и 200 должны быть установлены на валу так, чтобы при кручении педалей, они входили в сцепление, и вал вращался в одном направлении — по часовой стрелке.

наиболее эффективно, когда рычаг педали 204 совершает колебания в круговом секторе 90°, где момент, создаваемый рычагами максимален. при прямом ходе педали обойма муфты входит в сцепление со ступицей и создает положительный момент на валу. при обратном ходе педали обгонная муфта выходит из сцепления, и рычаг вхолостую возвращается в исходное положение. для этой цели достаточно ремешком связать педаль со ступней велосипедиста.

для возвращения рычага пружина закручивается на 90° и накапливает энергию. после расслабления ступни и его обратном ходе накопленная энергия закрутки пружины возвращает рычаг в первоначальное положение.

для ограничения угла колебаний рычага 204 используются первый 201 и второй 202 г-образные ограничители, неподвижно установленные на каркасе 195 с двух сторон.

из-за того, что ступня велосипедиста совершает колебательное движение в секторе 90°, частота активного воздействия на педаль возрастает более чем в два раза. при этом вращательным момент на валу также увеличивается из-за того что рычаг максимален в пределах кругового сектора. + 45°

уменьшая круговой сектор, возможно, еще увеличить кпд.

движение ступней велосипедиста становятся ближе к движению ступней бегуна и следовательно более эффективными.

фаза и амплитуда периодических колебаний левой и правой педалей может меняться произвольно. это исключает «мepтвoй тoчки» при движении и позволяет подобрать оптимальный режим движения.

размеры велосипеда становятся менее критичными к росту человека. дети могут спокойно кататься на велосипеде для взрослых.

при этом велосипед может работать и в обычном режиме, когда педаль вращается по кругу. для этого достаточно снять ограничители 201, 202 и пружину 203. в этом режиме педали могут выполнить операцию торможения.

при этом кпд преобразователя движения выше, чем у существующих кривошипно-шатунных преобразователей возвратно поступательного движения во вращательное движение выходного вала.

для торможения велосипеда взамен обгонной муфты группы I, которые используются в конструкциях, представленных на фиг.1 -фиг. , необходимо применить обгонные муфты исполнения III с поводковой вилкой, передающее ускоренное вращение в двух направлениях [анурьев в. и. справочник конструктора машиностроителя, том 2.c.215í216. M. «Maшинocтpoe- ниe» 1980г.]

поводковые вилки обоих обгонных муфт связанных с рукояткой ручного тормоза или с рычагами, которые переключают муфты, и обеспечивает их реверс

вращение педалей передается на вал и установленную на нем ведущую звезду как в одну, так и в другую сторону.

обгонные муфты исполнения могут быть получены установкой двух муфт с поводковой вилкой (звеном 3). в зависимости от положения подковой вилки заклинивается то одна, то другая муфта. когда заклинены первые муфты поступательное движение педалей при водит во вращение ведущую звезду, а следовательно ведущее колесо. когда заклиниваются вторые муфты происходит торможение. поступательное движение педалей (по часовой стрелке) становится холостым. обратное их движение (против часовой стрелки) становится активным. при этом приходит торможение ведущей звезды.

удобными является ручной привод переключения подковой вилки этом случае с помощью одной ручки и двух параллельных тросов переключаются одновременно обе обгонные муфты. в торможении участвует одна из двух обгонных муфт. от обгонной муфты, которая используется в известной конструкции велосипеда для торможения, можно отказаться. но она и не мешает в данной конструкции. она только дополнительно дублирует.

момент вертикальной силы давления Po на педаль равен росоsα, где α угол отклонения рычага педали от горизонтали.

J/ Po - сопst

при суммировании моментов в пределах от — π/4 до + π/4, т.е. в пределах 90° получим:

г ^п/4 R _. Pα cos ada=PoR sina/ ^п/4 PoR ш ₊ ϊя =1.4PoR J-п/4 '-пм ^{V 2 2 /}

среднее значение момента равно:

среднее значение момента за один период равен 2 ^# 0,9P0R=l,8 POR. при суммировании моментов вращения в пределах от -п/2 до п/2, т. е в пределах 180° получим для среднего значения. _ 2 _{Po R} _ _{o ePo R}

таким образом, среднее значение момента при колебаниях рычага в пределах 90° за период увеличивается по сравнению с обычным вращением педали по кругу в

1,8 P0R/0,6 P0R=3 раза.

применение разработанных конструкций велосипеда позволяет повысить кпд и скорость его движения в 3 раза. при одной и той же скорости движения это приводит к пропорциональному уменьшению энергии, затраченной велосипедистом на одно и то же расстояние.

таким образом, предложенные конструкции позволяют существенно улучшить основные технические параметры велосипеда — кпд и скорость движения. это позволит ускорить процесс внедрения указанных конструкций велосипеда в повседневную жизнь.

предлагаемые варианты транспортных средств эффективно могут быть использованы для модернизации конструкций велосипедов и инвалидных рычажных колясок.

принцип действия восьмого варианта преобразователя (движителя инвалидной коляски), конструкция которой представлена на фиг. 24 и фиг. 25, заключается в следующем.

рычаг 219 с рукояткой 220 инвалидной коляски шарнирно крепится на каркасе 218. рычаг, в свою очередь, также шарнирно связан с концом шатуна 221. шарнирные соединения 230 имеют горизонтальные оси вращения и обеспечивают рычагу и шатуну свободное колебательное движение в вертикальной плоскости. угловые колебания рычага 219 и шатуна ограничиваются

с помощью двух, неподвижно связанных с каркасом г-образных ограничительных пальцев 231.

второй конец шатуна 221 неподвижно связан с прямоугольной рамой, состоящей из трех перемычек 223, первой 226 и второй 227 цепей, первой 228 и второй 229 планкой, неподвижно связанных друг с другом.

при этом первая и вторая цепи входят в сцепление с первой 225 и второй 236 звездами соответственно.

цепи неподвижно закреплены сваркой на прямолинейных планках 228 и 229. планки, в свою очередь, сдвинуты относительно друг друга в поперечном направлении и неподвижно связаны друг с другом тремя поперечными перемычками 223, образуя жесткий прямоугольный каркас. каркас также неподвижно связан с шатуном 221.

при воздействии на рукоятку 220 человеком рычаг 219, шарнирно связанный с каркасом рычажной инвалидной коляски (рик), совершает колебательное движение в вертикальной плоскости. шарнирно связанный с рычагом шатун 221 также совершает колебательное движение в вертикальной плоскости. при этом связанные с шатуном параллельные цепи 226 и 227 совершают возвратно-поступательное движение относительно звезд 225 и 236.

таким образом цепи 226, 227 взаимодействуют с соответствующими звездами 225, 236. обгонные муфты 224 и 235 установлены на оси 232 так, чтобы они входили в сцепление по очереди. ступицы данных муфт неподвижно закреплены на установочной втулке 233. втулка, в свою очередь, установлена на оси 232 с возможностью свободного вращения.

кроме того установочная втулка с помощью кронштейна 234 неподвижно соединена с колесом 222.

независимо от направления колебаний рычага колесо (см. фиг. 24) будет вращаться по часовой стрелке.

кпд данного преобразователя энергии выше по сравнению с криво- шипно-шатунными преобразователями, т.к. длина рычага (радиус звезды) не меняется.

принцип действия девятого варианта преобразователя энергии, представленного на фиг. 26, аналогичен принципу действия восьмого варианта.

третья 237 и четвертая 238 обгонные муфты устанавливаются на оси 232 также как на фиг. 25. только обоймы данных обгонных муфт неподвижно связаны с радиальными рычагами 239 и 240 соответственно. периферийные концы радиальных рычагов шарнирно связаны с концами первого 241 и второго 242 шатунов соответственно.

вторые концы шатунов также шарнирно соединены с силовым рычагом 219. при отталкивании рукоятки 220 шатун 241 и радиальный рычаг 239 через третью обгонную муфту вращает колесо 222 по часовой стрелке.

при этом четвертая обгонная муфта 238, связанная с радиальным рычагом и шатуном 242, вращается против часовой стрелки вхолостую.

при обратном движении рукоятки ведущим становится четвертая обгонная муфта, а третья выходит из сцепления и вращается вхолостую.

таким образом независимо от направления колебания рычага 219 колесо 220 вращается в одном направлении - по часовой стрелке.

коляска может работать и с одной обгонной муфтой.

при этом в каком положении установить радиальный рычаг и шатун человек может определить из удобства эксплуатации.

при одной и той же амплитуде колебаний силового рычага 219 длина радиальных рычагов 239, 240 может быть увеличена в 1,4 раза. это приводит к дополнительному увеличению момента на валу. по сравнению с прототипом суммарный момент на валу в данной конструкции возрастает 1,5-1,4 = 2,1 раза.

конструкция инвалидной коляски на фиг. 26 позволяет двигаться назад. для этого необходимо чтобы обгонные муфты 224, 235 были группы III, передающие вращение в оба направления. для переключения направления

движения необходимо вилку обгонной муфты связать тросом с ручным переключателем (на фиг. 26 не указан). ручной переключатель может быть выполнен аналогично ручке торможения от велосипеда.

одновременно должны быть переключены все четыре обгонные муфты. каждая ручка может переключить по две обгонные муфты.

в катамаранах и веломобилях можно одновременно использовать ножной и ручной приводы одновременно.

восьмой и девятый варианты преобразователей энергии могут быть использованы в катамаранах, веломобилях и других изделиях и механизмах, где используются кривошипно-шатунные преобразователи энергии.