В этом разделе рассматриваются низкоскоростные механические и гидравлические конструкции, для своей работы предполагающие использование силы гравитации в её механических аспектах и не использующие электрические, магнитные и другие поля, а также вихревые, кавитационные и прочие высокоскоростные эффекты.
Устройства этого класса используют относительно несложные, общеизвестные и интуитивно понятные законы классической механики, однако есть несколько неочевидных моментов, незнание о которых или пренебрежение ими толкают всё новых и новых изобретателей на создание очередных механических конструкций, использующих лишь силу тяжести и (реже) её производную — силу Архимеда. Несмотря на века усилий изобретателей и тысячи конструкций (сводимых к нескольким базовым вариантам) до настоящего дня все предложенные устройства данного класса оказывались принципиально неработоспособными — если говорить в общем и коротко, по той же самой причине, по которой поднять самого себя за волосы удалось лишь барону Мюнхгаузену. Характерной особенностью такого класса устройств является предполагаемое самопроизвольное начало работы предоставленной самой себе установки — без внешнего стартового импульса (конечно, это возможно либо при определённом положении, либо при наличии достаточно большого числа рабочих элементов). Однако практика показывает, что в этом классе возможно лишь создание даровых двигателей, внешне очень похожих на вечные, но не являющихся таковыми.
Сразу оговорюсь, что практически ко всем описанным в этом разделе конструкциям применимо обоснование неработоспособности, которое Вам сформулирует любой грамотный преподаватель физики, даже не вдаваясь в детали кинематики, а лишь бросив беглый взгляд на рисунок или задав всего три вопроса, ответы на которые одинаковы для всех этих устройств.
Но не все примут столь быстрое и категоричное утверждение, а будут говорить о разности моментов, сил и плеч. И я не скажу, что это неправильный подход! Вот только пока подробный учёт всех механических моментов, сил и плеч, даже самых, на первый взгляд, небольших, даёт, к сожалению, такой же результат. Тем не менее, я считаю необходимым продемонстрировать этот путь, чтобы наглядно показать важность учёта всех нюансов, пренебрежение которыми может вызвать ложные надежды и повлечь огромные потери сил и времени.
Помимо описания некоторых моментов механики и общего подхода к конструированию и проверке работоспособности подобных систем, здесь приведены несколько основных вариантов двигателей этого класса с подробным рассмотрением причин, по которым не будет работать именно этот вариант. Надеюсь, это поможет сократить число наступающих на грабли, по которым прошли уже многие, — я имею в виду не анализ конструкций (это как раз полезно!), а попытки изготовления моделей в натуре, часто требующие существенных затрат средств и времени.
И ещё один интересный момент. Почти все рассмотренные здесь конструкции в той или иной форме используют силу тяжести или силу Архимеда. На этом основании их авторы позиционируют их как «конверторы гравитационной энергии». Однако... При внимательном анализе выясняется, что рабочие элементы многих из них (пожалуй, кроме жидкостных) будут успешно действовать и в невесомости, а также «на боку» и «вверх ногами», если силу тяжести заменить соответствующим образом установленными пружинами, причём в этом случае масса рабочего элемента сократится в разы и будет обусловлена лишь необходимой прочностью деталей, а мощность можно повысить во много раз за счёт использования мощных пружин ... правда, при одном условии — если исходный «гравитационный» вариант будет работоспособным! Так что в большинстве случаев гравитация здесь вообще не причём, она — лишь средство...
* * *На сайте рассмотрены следующие типы механических вечных двигателей.
Идеальный вечный двигатель типа «мельница» — здесь рассматриваются общие принципы и проблемы, характерные для вечных двигателей такого типа, а также показано применение методики анализа работоспособности конструкций этого класса.
Колёса с перекатывающимися шарами — рассматриваются конструкции со свободным перемещением грузов, в качестве которых обычно выступают либо тяжёлые шары из твёрдых материалов, либо та или иная жидкость. Под «свободным перемещением» понимается то, что грузы перемещаются не под механическим воздействием рычагов, тросов или других приводов, а сами по себе за счёт силы тяжести при изменении наклона опорной поверхности.
Колёса с грузами на рычагах — рассматриваются конструкции с грузами, принудительно перемещаемыми рычагами, к которым они прикреплены.
Конструкции с дисбалансом — рассматриваются устройства, которые должны работать за счёт разного веса сторон при неизменной массе каждого отдельного элемента. Проанализированы не только чисто «сухопутные» варианты, но и цепи поплавков, в которых для восходящей и нисходящей ветвей создаются различные силы всплытия.
Система колёс с эксцентриками — состоит из нескольких колёс, синхронизовано вращающихся вокруг общего центра таким образом, что плечо груза на стороне рабочего хода больше плеча во время обратного хода. Это должно создавать разность вращающих моментов, обеспечивающих «вечную» работу такой установки.
Гравитационные весы — колебательный вечный двигатель, механизм которого очень похож на рычажные чашечные весы. Получение работы предполагается за счёт перемещения грузов по «чашкам» весов, что должно изменить момент силы на рычагах.
Архимедова (погружённая) мельница — подробно (в нескольких версиях) рассмотрен вариант полностью погружённого в воду колеса, при работе которого используется как сила тяжести, так и выталкивающая (Архимедова) сила.
Колесо с фиксированным краном — необычная конструкция водонаполненного колеса-«мельницы» с оригинальной системой коммутации резервуаров.
Архимедова драга — оригинальная гидравлическая конструкция, использующая эффект временного подавления плавучести поплавков без изменения их объёма и массы.
Колесо в магнитной жидкости — в этой установке при использовании эффекта Архимеда сделана попытка создать дисбаланс сил для немагнитных поплавков, сместив магнитную жидкость в сторону от вертикали с помощью магнита и направив действие силы всплытия не строго против силы тяжести, а под углом к ней. ♦
khd2.narod.ru
Характер предельного режима движения машинного агрегата определяется, как известно, свойствами приведенного момента инерции, плотностью инерционных параметров системы и соотношением механических характеристик двигателя и рабочей машины. Приведенные момент инерции / и момент М всех действующих сил могут оказаться функциями одного или нескольких кинематических параметров tf, u), t в любой их комбинации [30]. [c.57]
Решению указанной задачи при различных предположениях относительно момента инерции 7 и механических характеристик двигателя и рабочей машины посвящены известные работы советских и зарубежных ученых [101. Интенсивные исследования, ведущиеся но этой проблеме, свидетельствуют о ее большой практической и теоретической значимости. [c.57]МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ И РАБОЧИХ МАШИН [c.19]
Механические характеристики двигателей и рабочих машин представляют собой большей частью сложные зависимости и изображаются в виде кривых линий. Динамическое исследование механизмов во многих случаях целесообразно производить аналитическими методами с тем, чтобы можно было установить закономерности изменения основных параметров машинного агрегата. Это возможно в тех случаях, когда удается решить дифференциальные уравнения движения механизма и представить их решения в конечном виде. Если механические характеристики двигателя и рабочей машины представляют собой сложные функции кинематических параметров, то сделать это оказывается невозможным, и тогда для решения дифференциальных уравнений приходится применять численные или графические методы. Путем их применения получаются результаты частного характера, по которым нельзя сделать обобщающих выводов. [c.24]
По этим соображениям во многих случаях желательно представлять дифференциальное уравнение в таком виде, которое позволяло бы получить его решение в конечной форме. Для этой цели будем представлять механические характеристики двигателей и рабочих машин в виде несложных алгебраических выражений. Практически это вполне выполнимо, так как механические характеристики по большей части являются приблизительными зависимостями кинематических параметров. [c.24]
Работа машинного агрегата устойчива, если при установившемся движении при незначительных отклонениях приведенных моментов сил сопротивлений или движущих сил агрегат без участия регулятора восстанавливает режим установившегося движения. Это происходит при таком взаимном расположении совмещенных механических характеристик двигателя и рабочей машины, когда справа от точки их пересечения (в сторону увеличения скорости) [c.205]
Механической характеристикой двигателя или рабочей машины называется зависимость силового параметра от одного или нескольких кинематических параметров (пути, скорости, ускорения времени). Механические характеристики определяются в результате теоретических или экспериментальных исследований, которыми занимаются энергетические и технологические дисциплины. [c.20]
Т. Рассмотрим типовые механические характеристики машин-двигателей и рабочих машин. [c.211]
Механические характеристики. Перейдем теперь к определению закона движения. Машинный агрегат — это комплекс, состоящий из машины-двигателя, передаточного механизма и рабочей машины. В двигателе создается движущий момент (или движущая сила). В рабочей машине образуется момент (или сила) полезных сопротивлений. Двигатель и рабочая машина имеют собственные кинематические цепи, но при изучении движения агрегата удобно рассматривать его общую кинематическую цепь, не разделяя ее на составные части, т. е. на цепь двигателя, передаточного механизма и рабочей машины. При этом действие внешней среды на механизм изображается внешними моментами (или силами), движущим моментом (силой) и моментом (силой) полезных сопротивлений, приложенными соответственно к ведущему и ведомому звеньям. [c.58]
Силы или моменты сил двигателей и рабочих машин в функции кинематических параметров (время, положения или скорости звена) называют механическими характеристиками (рис. 6.2.1). При решении задач динамики машин они считаются известными внешними силами и моментами. [c.486]
При установившемся режиме движения необходимо в процессе исследования согласовать работу движущих сил и сил сопротивления, как это было показано вьппе. При переходном режиме разгона или торможения механические характеристики для двигателя и рабочей машины являются заданными. При переходном режиме пуск-останов требуется согласование параметров характеристик двигателя, рабочей машины или установки и тормозной системы, обеспечивающих безударное торможение. [c.132]
В подавляющем большинстве современных металлургических машин рабочий процесс протекает при повторно-кратковременных включениях двигателей. В таких условиях переходные процессы определяют движение машины и рабочие нагрузки, которые преимущественно являются динамическими. Для выявления картины переходных процессов с точки зрения фактических режимов движения и динамического нагружения разработана методика динамического расчета тяжелого металлургического привода при пусках, торможениях, переключениях скоростей и реверсах, учитывающая механическую характеристику двигателя и упругость деталей [191]. Эта методика была проверена экспериментальным путем в процессе натурных испытаний действующих кислородных конверторов на Нижне-Тагильском металлургическом комбинате по истечении различных сроков эксплуатации [25, 26]. Результаты эксперимента показали, что установленные аналитически законы движения агрегата весьма близки к экспериментальным, а замеренные в процессе эксперимента динамические нагрузки близки к вычисленным аналитически. [c.252]
При некоторых частных предположениях о характеристиках двигателя Afj и рабочей машины и законе изменения передаточного отношения в работах [95—103] были поставлены и решены различные задачи динамического анализа и синтеза механических систем с вариаторами. В общем же нелинейном случае уравнения движения (8.1) и (8.2) не интегрируются в квадратурах и решение подобных задач сопряжено с большими трудностями. В этой связи приходится прибегать к численным, графическим, графоаналитическим или иным качественным методам исследования. [c.268]
В дальнейшем мы рассмотрим три задачи расчета маховика для следующих машинных агрегатов 1) с поршневым двигателем, 2) с электродвигателем и рабочей машиной ударного действия и 3) с электродвигателем и рабочей машиной с механической характеристикой общего вида. [c.101]
При изучении этой системы необходимо принимать во внимание механическую характеристику двигателя, диссипативные свойства, характеризующие рассеяние энергии системы и взаимодействие обрабатываемого продукта с вибрирующим органом. Однако во многих вибрационных машинах силы взаимодействия продукта с рабочим органом малы, незначительны также диссипативные силы при возвратно-поступательном движении массы М. В таких вибраторах мощность двигателя расходуется только на преодоление трения в зубчатых передачах и во вращательных кинематических парах. Тогда обобщенные силы можно принять равными нулю. Рассмотрение движения указанной системы без внешних сил позволяет оценить влияние конструктивных параметров на характер движения системы. [c.125]
Электрический привод состоит из электродвигателя, аппаратуры управления и механической передачи от двигателя к рабочему органу машины. Тип двигателя выбирают в зависимости от рода тока и номинального напряжения, номинальной мощности и частоты вращения, вида естественной характеристики двигателя и его конструктивного исполнения. [c.281]
Привод состоит из двигателя, передачи, механизмов управления и вспомогательных устройств. В зависимости от основного вида передачи различают механический, гидравлический и пневматический приводы. Передачей называют устройство для преобразования энергии двигателя в движение рабочего органа машины. Применяя одну и ту же передачу, например гидродинамическую, с различными двигателями (например двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем), получим различные свойства привода. Поэтому характеристика привода в целом складывается из взаимодействия характеристик двигателя и передачи. Это находит отражение и в названиях приводов дизель-электрический, электрогидравлический и др. [c.94]
Структура силовой передачи зависит от вида механической характеристики ротационного рабочего органа или исполнительного механизма рабочей машины и от механической характеристики двигателя. В технике встречаются следующие типовые случаи [c.206]
Для уменьшения влияния нагрева электрических машин и усилителей на механические характеристики главных приводов разработаны специальные устройства температурной компенсации, обеспечивающие стабильность механических характеристик двигателей (главным образом, их стопорных моментов) во всем диапазоне температур рабочего оборудования экскаваторов. Сущность таких устройств заключается в том, что потенциометры токовых узлов в схемах управления от силового магнитного усилителя подключаются к таким источникам питания, которые автоматически пропорционально увеличивают или уменьшают напряжение на участке подключения токовой обмотки управления главной цепи. [c.264]
Машинным агрегатом (рис. 1, 2) называется техническая система, состоящая из одной или нескольких соединенных последовательно или параллельно машин и предназначенная для выполнения каких-либо требуемых функций. Обычно в состав машинного агрегата входят двигатель, передаточный механизм и рабочая или энергетическая машина. В настоящее время в состав машинного агрегата часто включается контрольно-управ-ляющая или кибернетическая машина. Передаточный механизм в машинном агрегате необходим для согласования механических характеристик двигателя с механическими характеристиками рабочей или энергетической машины. [c.7]
Основным назначением гидропривода, как упоминалось выше, является преобразование приведенной к выходному звену механической характеристики приводящего двигателя в соответствии с требованиями нагрузочной характеристики рабочей машины или механизма. При этом широкие возможности объемного гидропривода позволяют использовать в качестве привода почти любой машины или механизма наиболее простой и дешевый нерегулируемый трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. [c.217]
В нодавляюш ем большинстве практически важных случаев механические характеристики Мд, двигателя и рабочей машины являются нелинейными функциями соответствуюш,их кинематических параметров. Вследствие этого дифференциальное уравнение движения звена приведения машинного агрегата (1. 35) [c.57]
Благодаря хорошим энергетическим показателям по коэффициенту мощности (созф), к. п. д., жесткости механических характеристик, высокой устойчивости, а также повышенной надежности вследствие значительного воздушного зазора между статором и ротором синхронный двигатель стал почти монопольным для поршневых компрессоров. Для поршневых компрессорных установок средней и большой мощности применяют обычно тихоходные синхронные приводы (частота вращения от 125 до 375 об/мин) с использованием многополюсных синхронных двигателей при непосредственном сочленении двигателя и рабочей машины (воздушные, аммиачные, фреоновые и газовые поршневые компрессоры). Для поршневых компрессорных установок малой и средней мощности (до 180 кВт) при частоте вращения п=500 об/мин используют фланцевые приводы. Статор двигателя крепят фланцем к станине компрессора, а ротор, выполняющий одновременно функцию маховика, устанавливают на удлиненном конце коленчатого вала. Таким приводом мощностью 178 кВт снабжают двухступенчатые вертикально-горизонтальные воздушные компрессоры производительностью 0,5 м /с при давлении сжатия 900 кН/м2. [c.9]
Двигатель служит источником механической энергии, необходимой для преодоления сопротивлений, возникающих при работе машины. Рабочий орган предназначен для выполнения технологических операций. Передаточный механизм (трансмиссия) предназначен для согласования характеристики двигателя и рабочего органа по угловой скорости и вращающему моменту. Для вращательного движения характерна зависимость Р 7со = onst (здесь Р — мощность Т — вращающий момент (О — угловая скорость), а для поступательного движения = onst F— сила v — скорость движения). Управляющее устройство служит для пуска и остановки машины, а также для поддержания заданного режима технологического процесса. [c.12]
Определить число Лу об1мин установившегося движения машинного агрегата, состоящего из двигателя, механическая характеристика которого задана равенством Мд = (100—0,1 п) нм, и рабочей машины, приведенный к валу двигателя момент сопротивления которой изменяется в соответствии с равенством Мс == = 0,000001 нм. [c.156]
В зависимости от типа двигателя или рабочей машины характеристики бывают более или менее сложными. Например, механическая характеристика гиревого привода представляет собой силу постоянной величины (рис. 47), пружинного привода — убывающую прямолинейную зависимость силы от деформации пружины, т. е. от пути (рис. 48). Механические характеристики электромагнитов и соленоидов бывают очень разнообразными и являюгся более сложными зависимостями силы от пути или момента пары сил от угла поворота. На рис. 49 показана одна из простых механических характеристик электромагнита. На рис. 50 изображена механическая [c.76]
На рис. 11.1 показана структурная схема объемного гидропривода. Входным элементом в этой структуре является приводящий двигатель (ПД). Гидропривод сам по себе не вырабатывает энергии. Он работает только тогда, когда в него вводится энергия. В качестве приводящего двигателя чаще всего применяется электродвигатель. Однако это может быть и двигатель внутреннего сгорания или дизель и т.п.
mash-xxl.info
Определение. Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента нагрузки на валу М, т. е. п (М). От ее характера зависит пригодность асинхронного двигателя для привода различных рабочих механизмов. Так, для многих станков требуется, чтобы частота вращения двигателя оставалась неизменной или почти неизменной при изменении нагрузки. Наряду с этим рабочие механизмы, работающие при резко изменяющихся нагрузках, — прессы, краны, ножницы — требуют быстрого изменения частоты вращения двигателя при таких нагрузках.
Поэтому механическая характеристика двигателя играет существенную роль при выборе приводного двигателя.
Вывод уравнения механической характеристики. Зависимость п(М) может быть получена из формулы M(s) (3.23), если учесть, что s = (n1 – n)/n1. График п(М) представлен на рис. 3.18. Все сказанное о характерных точках и участках графика M(s) справедливо и для графика п(М).
Так, на рабочем участке n1 – nном зависимость п(М) линейная.
Действительно, n = n1(1—s). Так как на этом участке
, то, подставляя значение s в формулу n = n1(1—s), получаем:
График этой зависимости представляется прямой линией (рис. 3.19).
Коэффициент b пропорционален тангенсу угла наклона прямой, т. е.
где km— масштабный коэффициент.
Полученная характеристика называется жесткой, так как в пределах от идеального холостого хода до номинальной нагрузки частота вращения ротора падает не более чем на 10%.
electrono.ru
