Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 92
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рекуператоры кинетической энергии на основе маховиков и планетарных передач не обеспечивают достаточной эффективности работы из-за ступенчатого изменения передаточного отношения привода.
Кинетическая энергия автомобиля выделяется при замедлении его движения, а воспринимается маховиком при ускорении движения. Это вызывает необходимость соединения трансмиссии автомобиля и маховика бесступенчатой передачей с весьма широким диапазоном регулирования передаточного отношения, причем, это регулирование должно проводиться достаточно быстро – ведь торможение автомобиля длится обычно всего несколько секунд. [1]
Кроме того, высокие мощности привода вызывают потребность в его компактности и высоком к. п. д.
В этом смысле представляются перспективными новые схемы рекуператоров кинетической энергии на основе дискретного ленточного вариатора и маховика (рис. 8). Изменение передаточного отношения дискретного ленточного вариатора основано на изменении диаметров витков ленты в процессе перемотки.
Рисунок 8 – Схема дискретного ленточного вариатора:
1–маховики; 2–мотки ленты
Дискретный ленточный вариатор состоит из двух кассет с мотками ленты, навитой на валы с посаженными на них маховыми массами. Один из маховиков, имитирующий, например, движущуюся машину, вращается, другой остановлен, причем вся лента намотана на его валу. При навивании ленты на вал вращающегося маховика она сматывается с другого мотка, и маховик разгоняется по мере перемотки ленты. В конце цикла, когда вся лента сматывается с вала маховика, последний имеет максимальную скорость. Далее цикл может повторяться. [2]
Такие приводы могут обеспечить использование кинетической энергии цикличных машин с очень малыми внутренними потерями за цикл. Дискретный ленточный вариатор обеспечивает варьирование передаточного числа практически в 50 раз при к. п. д. около 0,97. Смазки вариатор не требует, а по удельной мощности (передаваемой мощности, отнесенной к массе установки) он близок к зубчатым передачам.
Особенность работы рекуператора заключается в том, что лента в ленточном вариаторе при торможении и разгоне должна перематываться в разных направлениях – реверсироваться.
Схема рекуперативного тормоза с реверсированием путем переворота ленточного механизма показана на рис. 9. В этой схеме маховик связан с валом вариатора фрикционной и зубчатой муфтами; второй вал вариатора связан с колесами автомобиля точно так же. Ленточный механизм поворачивается на 180° для изменения направления намотки ленты маломощным сервоприводом.
Рисунок 9 – Схема маховичного рекуператора с дискретным ленточным вариатором:
1–маховик; 2–фрикционная муфта; 3–зубчатая муфта; 4–лента; 5–вал трансмиссии
При торможении или разгоне необходимо включение сначала обеих зубчатых муфт, а затем фрикционных.
По завершении процесса следует выключить, фрикционные, а затем зубчатые муфты. Последнее производится автоматически с помощью датчика степени намотки ленты и любой из систем управления автомобиля – механической, пневматической, электрической.
Эксперименты, проведенные на автомобиле с рекуперативным тормозом, показали принципиальную применимость данной системы рекуперирования кинетической энергии на автомобиле. [3]
Лабораторией аккумулирования и рекуперирования механической энергии Курского политехнического института совместно со Всесоюзным конструкторско-экспериментальным институтом автобусостроения разработаны и испытаны экспериментальные рекуператоры к автобусам типа ЛАЗ-695 (рис. 10). Рекуператор установлен в отсеке двигателя справа от него по ходу и связан карданным валом с передачей автобуса.
Рисунок 10 – Экспериментальный рекуператор к автобусу ЛАЗ-695
Масса рекуператора 150 кг при массе маховика 80 кг; максимальная частота вращения маховика 6000 об/мин; энергоемкость рекуператора до 0,6 млн. Дж энергии.
Рекуперация энергии торможения на городских автобусах, как показал эксперимент, может обеспечить экономию около 50% топлива и сохранение основных фрикционных тормозов для экстренных торможений. Значительное снижение расхода топлива и работа двигателя преимущественно на установившихся режимах существенно уменьшает выделение отработавших газов в атмосферу, особенно наиболее вредных компонентов, выделяющихся при неустановившихся режимах. Повышается интенсивность разгона автобусов, а следовательно, и его средняя скорость.
Заключение
Проблема экономного расходования энергии не исчезнет и тогда, когда осуществится переход на использование экологически чистых ее источников. Энергию будут аккумулировать и снова возвращать в рабочий цикл. При помощи специальных устройств будет накапливаться и энергия, потерянная при торможении. Точно также будет аккумулироваться и использоваться вне автомобиля теплота, теряющаяся при охлаждении двигателя.
Традиционные автомобильные силовые агрегаты нуждаются в источнике энергии: горючем и электричестве соответственно. Они имеют ограниченный запас хода, но его можно значительно увеличить за счёт применения маковичного привода, в котором используется маховики высокой энергии. При раскрутке (зарядке) маховика, который с учётом современных технологий представляет собой сплошной диск из стекловолокна, установленный в корпусе, заполненном вакуумом, раскручивается до большой скорости, причём ось маховика закреплена на магнитной подвеске, что минимизирует трение и соответственно потери энергии. Супермаховик, навитый из углеволокна, может в 20 – 30 раз превзойти стальной по плотности энергии, а если использовать для его изготовления, например, алмазное волокно, то накопитель приобретет фантастическую энергоемкость – 15 МДж/кг. Но и это не предел: сегодня с помощью нанотехнологий на основе углерода создаются волокна фантастической прочности. Если из такого материала навить супермаховик, плотность энергии может достичь 2500 – 3500 МДж/кг. Это значит, что 150 -килограммовый супермаховик из такого материала способен обеспечить легковому автомобилю пробег в два с лишним миллиона километров с одной "зарядки" – раскрутки до максимальной скорости. Не каждое шасси машины может выдержать такой пробег. КПД супермаховика, при должном качестве достигает 98%, он намного долговечнее электрохимических аккумуляторов и имеет большую плотность энергии. Таким образом, при дальнейшей разработке, усовершенствовании и внедрении в массовое производство супермаховнков в скором времени махомобили могут вытеснить привычные транспортные средства с ДВС или гибридные и быть на уровне, или даже экономичнее электромобилей. Махомобили более эффективны и дёшевы. Основной преградой является создание зарядных станций – установок, способных раскручивать супермаховики до высоких скоростей за минимально отведенное время, так как для них требуется огромная мощность, не достижимая сегодня. [2]
Список используемых источников
1. Гулиа Н. В. Супермаховики – из суперкарбона! // Изобретатель – рационализатор: журнал. – 2005. – № 12 (672). Архивировано 5 марта 2016 года.
2. Гулиа Н. В. Накопители энергии. – М.: Наука, 1980. – 150 с.
3. Гулиа Н. В. Инерционные аккумуляторы энергии. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1973. – С. 112–118. – 240 с.