Pokud dovolím trochu emocí, nikdy nepřestanu žasnout nad vášněmi, které vzplanou pokaždé, když se konverzace v tomto sloupci změní na „čistou energii“. Intenzita diskuse o účinnosti solárních panelů z minulého týdne (viz "") dopadla tak, že při pohledu zvenčí by si člověk mohl myslet, že se diskutuje o velké politice nebo alespoň srovnávání operačních systémů! A pro mě osobně je to nejlepší důkaz toho, že téma se jen zdá být zpracované a založené, ale ve skutečnosti i na zdánlivě elementární otázky (jako je praktická vhodnost solárních panelů při zatažené obloze) existují diametrálně odlišné názory . Takže pokud máte co probrat, máte čísla a ještě k tomu osobní zkušenost, prosím, zapojte se do nové diskuze. Protože dnes riskuji, že budu pokračovat v rozhovoru, který začal v minulých dvou týdnech. Sluneční nebo větrnou energii totiž nestačí jen získávat, nestačí ji distribuovat mezi spotřebitele, stále je životně důležité naučit se ji akumulovat!

K čemu vlastně je ta samá tříkilowattová solární elektrárna IKEA, která zabírá střechu soukromého domu, když ta, schopná bohatě uspokojit potřeby celé domácnosti, funguje jen za denního světla? Ideální by bylo akumulovat přebytky zbývající při výrobě („sníst“ tři kilowatty není žádná sranda, málokterý domácí spotřebič pohltí byť jen kilowatt a taková zařízení většinou nefungují dlouho: průtokový ohřívač vody, trouba... Pravda , vyhřeje můj dům jeden a půl kilowatt bitcoinovou soupravu, ale to je vzácné, musíte uznat) a rozdávejte to podle potřeby v noci. No, řekněme, že na noc a soumrak, který trvá řekněme 18 hodin, potřebuje dům stejné tři kilowatty. To znamená, že zařízení pro skladování energie v domácnosti musí uložit zhruba 54 kilowatthodin. Je to hodně nebo málo?

Pokuta. A řešení tohoto problému přímo, instalací elektrické baterie přijatelných rozměrů a výkonových vlastností, tedy lithium-iontové baterie, je již možné. Navíc jsou vyráběny sériové vzorky dobíjecích baterií přesně s touto kapacitou: jedná se o baterie pro elektromobily - například známý Model S od Tesla Motors, jehož základní konfigurace obsahuje baterii s kapacitou 60 kWh. takové řešení stojí 10 tisíc amerických dolarů, pak je tam dražší než celá solární elektrárna od stejné IKEA. A cenám Elona Muska můžete věřit: své baterie sice sestavují ze zahraničních článků (základ vyrábí Panasonic), ale používají je nejen v autech, ale i v domácnostech solárních elektráren instalovaných Solar City (, jedné z největších montéři solárních panelů v USA). Protože po takových bateriích přirozeně není poptávka, Solar City se zatím omezuje na instalaci relativně malých baterií, které dokážou pokrýt základní elektrické potřeby průměrné domácnosti pouze při krátkodobých výpadcích proudu.

Ale to nejsou všechny špatné zprávy. O postavě, kterou jsme dostali výše, lze říci, že je to šmejd. A profesionálové říkají toto: energetická rezerva v domě by měla být alespoň tři (zataženo) dny a lépe - pět (pak baterie vydrží déle)! Elektrobaterie jsou tedy v současné podobě nepřijatelné ani pro potřeby domácností, o výkonných elektrárnách ani nemluvě. Ale co můžeme dělat? A jak se dostanou projektanti velkých energetických zařízení?

Chcete-li odpovědět na tuto otázku, stačí se podívat na ultramoderní „čisté“ elektrárny, které jsou uváděny do provozu. Řekněme, že stanice Solana, která byla spuštěna onehdy ve Státech, pokrývá plochu několika kilometrů čtverečních a je nejvýkonnější na planetě (280 MW, 70 tisíc průměrných domácností). Takže: žádné nanotechnologie, žádné zázraky elektrochemie. Je to jednoduché: část nashromážděného slunečního tepla se používá k ohřevu velké nádrže roztavené soli (některé soli, řekněme Glauberovy, jsou po ochlazení tuhé, při zahřátí se mění v kapalnou formu) a v noci teplo vrácené solí ohřívá vody na páru a roztočí turbínu. A toto rozhodnutí (přesněji jeho rozsah) se nazývá „bod obratu pro solární energii“! Tady je, vrchol čisté technologie 21. století: slaná ohřívací láhev za dvě miliardy dolarů!

Tohle je vtipné a smutné zároveň. Je to legrační, protože v problému akumulace energie se nikdy nevzdálíme od sto let starých technologií. Je to smutné, protože, pokud vím, řešení tohoto problému existuje již dlouho a čest objevovat a rozvíjet náš krajan. Říká se tomu zvláštní slovo „superflywheel“.

Musím vás hned varovat: při popisu tohoto výtvoru inženýrství nemohu být absolutně objektivní. Protože kniha o super setrvačníku se mi dostala do rukou, když mi bylo asi deset let, a stala se jedním ze stavebních kamenů, na kterých se zformovala moje láska k technice. Proto ještě jednou zopakuji, že případné argumenty a důvody rád uvidím. Ale - k věci. Již v roce 1986 vydalo nakladatelství „Dětská literatura“ (!) knihu sovětského vynálezce Nurbey Gulia „Hledání „Energetické kapsle““ (její kopie je jako vzácná publikace na internetu). S humorem a velmi jednoduše v něm Gulia popisuje svůj vývoj jako inženýr (tak se rozhodli jeho přátelé: říkají, když nejsou jiné talenty, je jen jedna cesta!) a svůj přístup k úkolu, který se stal hlavním jeden v jeho životě. To je problém akumulace energie – i tehdy, před třiceti lety, byla v plném rozsahu. Poté, co prošel mechanickými, tepelnými, elektrickými a chemickými řešeními, podíval se na to, co se brzy stane nanotechnologií, Gulia je všechny z toho či onoho důvodu odmítl – a ustálil se na myšlence známé od starověku: masivní rotující těleso, setrvačník.

Setrvačník najdeme všude, od hrnčířského kruhu a primitivních vodních pump až po vozidla 20. století a vesmírné gyroskopy. Jako akumulátor energie je pozoruhodný tím, že jej lze rychle zrychlit („nabít“) a rychle zastavit (po obdržení významného výstupního výkonu). Jeden problém: jeho energetická náročnost nestačí na to, aby se kvalifikovala jako univerzální „energetická kapsle“. Hustota akumulované energie se musí zvýšit alespoň stokrát. Ale jak to udělat? Pokud zvýšíme otáčky, setrvačník praskne a nahromaděná energie způsobí strašlivou destrukci. Zvětšení rozměrů také není vždy možné. Po přeskočení mnoha let zajímavých výzkumů a přemýšlení (knihu vřele doporučuji, je čtivá i dnes!) lze Guliův skutečný přínos zredukovat na následující: navrhl, aby setrvačník nebyl monolitický, ale aby byl navíjen – např. ocelové lanko nebo páska. Zvyšuje se pevnost, následky protržení se snižují na nepodstatné a energetická náročnost i podomácku vyrobených vzorků překračuje parametry průmyslového rozvoje. Tuto konstrukci nazval super setrvačník (a jednu z prvních verzí si nechal patentovat v roce 1964).

Při práci na nápadu přišel na nápad navinout setrvačník z grafitového vlákna (nezapomeňte, že v té době se teprve vyráběly fullereny a o grafenu nebyla řeč), nebo ještě exotičtějších materiálů jako dusík. Ale i 20kilogramový supersetrvačník z uhlíkových vláken, technicky možný už tehdy, před třiceti lety, byl schopen uchovat dostatek energie k pohonu osobního auta na 500 kilometrů s průměrnými náklady 60 amerických centů na stokilometrový hod.

V případě setrvačníků nemá smysl se obtěžovat srovnávacími odhady – ať už jde o energii uloženou na jednotku hmotnosti nebo výkonové charakteristiky: teoreticky jsou lepší než všechna dostupná alternativní řešení. A oblasti použití se navrhovaly samy. Umístěný ve vakuu, magneticky zavěšený, s účinností přes 90 %, vydrží nepředstavitelný počet cyklů nabití a vybití, dokáže pracovat v nejširším rozsahu teplot, je schopen se otáčet roky a sliboval fantastické věci: auto dokázala ujet tisíce kilometrů na jedno nabití, jinak a po celou dobu své životnosti by elektrárna s mnohasetmetrovým super setrvačníkem ukrytým v základu akumulovala energii dostatečnou k osvětlení celé Země a tak dále a tak dále . Ale tady je otázka: uplynulo třicet let, proč kolem sebe nevidíme supersetrvačníky?

Abych řekl pravdu, neznám odpověď. Technické potíže? Ano, jak konstrukce super setrvačníku, tak plynulé získávání energie jsou problémy s velkým T, ale zdá se, že jsou vyřešeny. Čas od času slyšíme o malých, specializovaných aplikacích. Ale přesně tam, kde se do něj vkládaly hlavní naděje – v energetice a automobilovém průmyslu – nenašel supersetrvačník masové uplatnění. Americká společnost Beacon Power před pár lety zprovoznila nedaleko New Yorku malou stanici pro ukládání energie superflywheel, ale dnes není o projektu nic slyšet a samotná společnost je na hraně.

Nurbey Gulia stále pracuje na vylepšení svého duchovního dítěte a před rokem oznámil možnost stavby grafenového superflywheelu (s odhadovanou měrnou energetickou kapacitou 1,2 kWh/kg, tedy řádově vyšší než lithium-iontové baterie). Ale, jestli tomu dobře rozumím, dosáhl komerčního úspěchu svým dalším vývojem (supervariátor, originální mechanická převodovka), ale super setrvačník z nějakého důvodu zůstává otazníkem.

P.S. Požádal jsem Nurbeye Vladimiroviče, aby se zúčastnil diskuse (ačkoli naděje, jak chápete, je slabá: na jeho osobním webu je přirozeně zahlcen fanoušky).

„Fixed Assets“ dokončuje publikaci řady materiálů o hlavních typech pomocných pohonů instalovaných na sériových vozidlech, aby se snížila potřeba neustálého používání spalovacího motoru. Připomeňme stručný přehled podobných řešení zahrnujících baterie, dieselové generátory a kapacitní akumulační zařízení (kondenzátory), který nastínil i řadu dalších existujících přístupů k této problematice a také příběh o pomocném hydraulickém pohonu. Dnes se podíváme na pohon setrvačníku.

Pozadí

Po cestě si ujasněme, že pomocný kapalinový a vzduchový pohon jsou „dvojčata“, protože olej uložený v nádrži a dusík uložený v pneumatickém válci se úspěšně doplňují. Právě ve dvojicích je používá PSA Peugeot Sitroên, jehož vozy jsou nejznámějším příkladem sériového použití hydraulického pneumatického akumulátoru jako pomocného zdroje trakce. Vlivem kinetické energie olej stlačuje dusík ve válci. Když dusík vytlačí olej, hydraulický pneumatický akumulátor připojený ke kolům přidá točivý moment. Pamatujeme si, že „čistým“ pneumatickým pohonem se zabýval „OS“ v článku s výmluvným názvem „Místo benzínu vzduch“.

Proč se mimochodem u zmíněných materiálů ignoruje hydrostatický převod? Faktem je, že podle zpráv průmyslových médií vyžaduje provoz hydrostatické převodovky, která zajišťuje pohon kol návěsu tahače KamAZ-44108 (takzvaný „silniční vlak s aktivním přívěsem“). „Autonomní čerpací stanice“ (se spalovacím motorem).

Doplnění tohoto výběru o stručný popis setrvačníkového akumulátoru použitého jako doplňkový zdroj tahu se zdá logické ještě z jiného důvodu. Faktem je, že dalším krokem v tomto směru je „nepřímé použití pomocných pohonů vozidel“, nazvěme to tak. Hovoříme o vybavení vozidla několika zařízeními sloužícími k tomuto účelu. Je dieselový generátor s bateriovým nebo kapacitním (kondenzátorovým) úložištěm dlouho známým řešením? Ne vše je tak jednoduché, a proto žádáme naše čtenáře, aby si zapamatovali navrhovanou definici (z hlediska složení nejnovějších pomocných „výkonových dvojic“ a pořadí jejich fungování) pro krátký příběh o nich v budoucnu na příkladu „seddle bar“ Iveco-Glider a experimentální silniční vlak Renault Optifuel (Lab 2). Mimochodem, na výstavě Iveco-Glider je „starší“ pomocný pohon setrvačník.

Setrvačníkový (dříve též setrvačníkový) akumulátor, používaný jako pomocný zdroj tahu a „kroucený“ (jak známo nehospodárný při akceleraci v nízkých otáčkách) motor má kromě svého účelu řadu dalších odlišností. Za prvé, nemluvíme o setrvačnících převodovek starých nákladních automobilů, které jsou známé z předmětu „Teorie a konstrukce automobilu“. Námi uvažovaný pomocný, „náhradní“ setrvačník (na rozdíl od nich vyrobený z lehkých slitin-kompozitů) se otáčí v bezvzduchovém prostoru a v některých případech je umístěn vodorovně (což vyžaduje pohon kuželovým ozubením). Uskladnění setrvačníku v 60. letech 20. století. testován na různých třídách vozidel, v 80. letech se k jeho testování vrátil jako součást osobního vozu Volvo (řada 200), později „osedlával“ závodní vozy. Dnes je v zahraničním tisku celá tato oblast včetně nákladního tahače Glider - prvního průmyslového a výstavního modelu této třídy zařízení, který jej využívá, označována jako KERS (Kinetic Energy Recovery System).

Jak daleko je CIS od použití setrvačníkového akumulátoru na lince, přestože jeho vznik a rozvoj v této funkci je spojen se jménem profesora MGIU N.V. Gulia! S lehkou rukou vědce se takový setrvačník stal známým s předponou „super“. Mimo jiné vyšlo najevo, že se bavíme o setrvačníku instalovaném na vozidle za jiným účelem.

Design

Hlavním cílem propagace těchto pohonů je „otevřené tajemství“: eliminace vynaložení kinetické energie na tření destiček o brzdové kotouče, ke kterému dochází při zpomalení vozu, a její přeměna na rotaci setrvačníku, která následně podílí se na řízení vozidla. Pohon setrvačníku je určitým způsobem připojen k jedné z náprav vozidla. Při brzdění se roztáčí přes otočný hřídel spojený s nápravou vozidla. Setrvačník pokračuje v otáčení po zastavení vozu a „investuje“ do svého zrychlení, když se pohyb obnoví. Jinými slovy, při brzdění a při klesání se kinetická energie neztrácí v brzdových zařízeních automobilu, ale je akumulována příslušným setrvačníkem. Pohon setrvačníku je žádaný zejména v „městském cyklu“ pohybu, který se vyznačuje častým rozjezdem a brzděním. Spalovací motor a setrvačníkový akumulátor mohou pracovat i odděleně, a to: motor dobíjí setrvačník, který pak sám zrychluje vozidlo (v tomto případě se však brzdná energie vrací zpět do setrvačníkového akumulátoru).

Nejnovější generace pohonů setrvačníku (například Torqstor) se vyznačuje kompozitními slitinami na bázi uhlíkových vláken a jsou umístěny v bezvzduchovém prostředí, aby se snížily energetické ztráty. Moderní setrvačníky vyrobené, opakujeme, z uhlíkových vláken, vyznačující se vinutím uhlíkových vláken, jsou vysoce odolné (stejně jako ochranný kryt); ocel jako materiál pro jejich výrobu je minulostí. V některých případech je kompozitní slitina pohonů setrvačníku plněna magnetickým práškem, čímž se současně neguje vznik vířivých proudů. Takto zmagnetizovaný setrvačník je navíc schopen pracovat při zvýšených teplotách, aniž by byla ohrožena jeho životnost. U nejnovějších vzorků uvažovaných zařízení ustoupilo mechanické spojení hřídele, setrvačníku a hlavního převodu v některých případech magnetickému, což eliminuje prokluzování rotujících hřídelí. Plynule měnitelný pohon, dnes známý jako kompaktní variátorová převodovka (CVT-variátor, stejný Torotrak, dříve planetový diskový variátor), koordinuje rychlost otáčení setrvačníku a v konečném důsledku i točivý moment kola, plynule mění převodový poměr mezi vstupním a výstupní hřídele. Jeho přítomnost a správná úroveň výroby jsou jednou z hlavních podmínek pro použití pohonu setrvačníku.

Akumulace značné kinetické energie vyžaduje použití vysokorychlostních setrvačníků. Rychlost otáčení jejich moderních vzorků dosahuje 60 000 ot./min., jejich hmotnost se pohybuje od 6 do 100 kg i více a například s výkonem 100 kW ukládají 200 kJ energie. Moderní setrvačníkové pohony pro různé třídy vozidel nabízí Ricardo, Williams Hybrid Power, Flybrid Automotive (od roku 2014 - Torotrak Group).

Ricardo představil svůj nejnovější vývoj v roce 2014 jako součást zařízení pro stavbu silnic. Dříve vyráběný autobus střední třídy Optare (Solo Midibus) vybavený pomocným setrvačníkem Ricardo dostal název Flybus. Na autobusech v Londýně byly jako pomocný pohon testovány setrvačníky od firmy Williams Hybrid Power (která v tomto směru působí na závodních vozech Formule 1 a také oddělení výroby kočárů multidisciplinární francouzské asociace Alstom). Upřesněme, že v nejznámějším příkladu použití setrvačníku - mimochodem v traťové přepravě cestujících - tukového autobusu Orlikon (50. léta, ve Švýcarsku, Kongu, Belgii), fungoval jako hlavní zdroj trakce pro kolejová vozidla. Anglický FlyBrid Automotive (Torotrak Group) spolupracuje se společností Volvo. To bylo oznámeno v otevřeném tisku v souvislosti s osobním automobilem, ale švédská společnost je světově proslulým výrobcem těžkých nákladních vozidel a silniční stavební techniky. Kromě toho, stejně jako v případě Ricarda, probíhá spolupráce s výrobcem užitkových vozů (Ford) a také se značkami Jaguar a Rover.

Energie vznikající při brzdění se přeměňuje na rotaci setrvačníku a využívá se k pohonu kol vozidla. Úměrně tomu se snižuje potřeba používat spalovací motory v režimech s nízkou účinností – podstata rekuperace.

Na papíře to bylo hladké, ale zapomněli na rokle?

Mimo město hrozí, že setrvačník zůstane bez „krmení“ kvůli omezenému počtu brzdění (pomůže pouze pohyb „z kopce“). V případě pohonu spalovacího motoru a setrvačníku na různé nápravy (říká se, že jde o pohon všech kol) je obava o stabilitu vozového parku. Konstrukce pohonu setrvačníku určuje zejména přesnost hodnot úhlové rychlosti, momentu setrvačnosti, převodových poměrů a elektronického řízení. Požadavky na promyšlenost řídicího systému potvrzuje pouze možnost řidiče podílet se na připojení (pomocí klíče na palubní desce) pohonu setrvačníku přidat „výkon“ během zrychlení, zrychlení (například až 80 koní za 7 sekund ).

Má cenu zdůvodňovat použití setrvačníkových akumulátorů snad pro klíčový ukazatel – spotřebu paliva? Posuďte sami, bylo hlášeno, že v tomto případě došlo k poklesu o 5–25 % (samozřejmě horní hranice pro určité jízdní režimy). Mezi obecné výhody setrvačníkových pohonů patří dlouhá životnost, kterou slibují jejich výrobci, a absence potřeby prvků vzácných zemin (ačkoliv „baterie“ se dnes stále více používají v dopravě pro mnoho různých úkolů). Hmotnostní a rozměrové charakteristiky moderních setrvačníkových úložných zařízení jsou stále atraktivnější (možnost instalace na střechu moderních tramvají hovoří sama za sebe). Naopak pokles nosnosti (kapacity) dříve do značné míry omezoval jejich použití. No, od umístění akumulátoru setrvačníku na obrázku jsme ušli dlouhou cestu, ale v Porsche RSR 2011 je gyroskopický akumulátor energie (jak se mu někdy říká) umístěn vedle řidiče. Vysoký moment setrvačnosti vyvolává otázky o vyváženosti manévrování, protože setrvačník dělá desítky tisíc otáček za minutu.

Upřesněme, že setrvačníkový pohon je „přátelský“ jak se spalovacím motorem, tak s elektromotorem. Navíc se setrvačníkový akumulátor TorqStor od Ricarda dobíjí, když je výložník rypadla spuštěný. Mimo jiné to neguje argumenty pro použití tohoto typu pohonu pouze při brzdění vozidla. Kromě toho může ovládání pomocného setrvačníku zahrnovat elektrohydraulické ventily a elektricky poháněné hydraulické čerpadlo. Dodejme, že dokončena v druhé polovině 80. let. zaměstnanci MADI, MAMI, MASI (MGIU), NAMI, matematické modelování použití setrvačníkového akumulátoru v LiAZ-5256 zahrnovalo jednoproudovou hydraulickou převodovku. Hmotnost „setrvačníku“ byla 35 kg, rychlost otáčení byla až 12 000 ot / min, což je pro autobus docela dost.

Železniční a městská kolejová doprava není výjimkou experimentálního použití pomocných setrvačníků. Je známo, že setrvačníkový pohon SSM (Holandsko) ještě v roce 2004 zajistil průjezd vícenápravové tramvaje Alstom přes jeden z mostů v Rotterdamu bez pantografu. Lehké železniční autobusy Rail PPM, vybavené setrvačníkovým akumulátorem (brzdná energie a při dojezdu, s následnou účastí na akceleraci spolu se spalovacím motorem), jsou k dispozici od poloviny 21. století. přepravovat cestující na neaktivní lince Stourbridge v anglickém hrabství West Midlands.

Je důležité, že v amerických městech (Philadelphia a řada dalších) se začalo používat stacionární setrvačníky (také z uhlíkových vláken), instalované na stanicích metra a akumulující energii vznikající při brzdění vlaků s jejím následným přenosem na kontakt kolejnice nebo napájecí kabel. Zvláštností použití uvažovaných pohonů je v tomto případě početná účast na projektu.

Na elektrických vlacích s jejich častým zastavováním a zrychlováním je nesmírně důležité akumulace kinetické energie při brzdění a její využití pro následné zrychlení. K tomu můžete použít setrvačník jako zásobník energie.

Pojďme zhodnotit energetické schopnosti setrvačníku. Kinetická energie rotace je rovna

Kde J– moment setrvačnosti setrvačníku vzhledem k ose otáčení, ω - úhlová rychlost. Nechť má například setrvačník tvar prstence s momentem setrvačnosti J = mR2. Kroužek je spojen s nábojem hřídele například paprsky, jejichž hmotnost je poměrně malá (obr. 11.3).

Určíme nejvyšší rychlost otáčení bez prasknutí prstence odstředivými silami. V průřezu prstence působí odstředivé síly tahové síly. Abychom je určili, mentálně vystřihneme z prstenu malý prvek délky dl = Rdα. Uvažujme o rovnováze prstencového prvku. V „kruhové“ vztažné soustavě na ni působí odstředivá síla setrvačnosti dF cb = dm ω 2 R. Hmotnost prvku se rovná součinu hustoty materiálu ρ na objem: dm = ρ S R da. Tady S- plocha průřezu. Pak bude velikost odstředivé síly působící na prvek rovna dF cb = ρ S ω 2 R 2 da.

Ze strany prstence v řezu působí na prvek dvě stejně velké tažné síly: F 1 a F 2. Podle podmínky rovnováhy musí být součet sil roven nule: Z trojúhelníku sil (Obr. 12.3).. Dosazením vzorce pro odstředivou sílu získáme sílu, která rozbije prstenec

F = ρ S R 2 ω 2 .(11.7)

Tahová napětí by neměla překročit pevnost materiálu v tahu . Od toho se bude maximální přípustná rychlost otáčení setrvačníku rovnat

(11.8)

Dosazením mezní hodnoty úhlové rychlosti otáčení do vzorce pro kinetickou energii setrvačníku získáme množství energie, kterou může rotující setrvačník uložit bez nebezpečí prasknutí.

. (11.9)

Například mechanická energie elektrického vlaku o hmotnosti 200 tun při počáteční rychlosti PROTI= 15 m/s, bude to 22,5 MJ. Pak objem ocelového setrvačníku s dovoleným napětím σ pr = 0,5∙109 N/m2 . Ne tak moc.

Úkoly

1. Při rekuperačním brzdění vlaku o hmotnosti 360 tun pro zajištění rovnoměrného pohybu při klesání ve výšce 5 m se energie ukládá do setrvačníku ve formě kotouče o hmotnosti 1,0 tuny a poloměru 1 m. Určete rychlost rotace setrvačníku na konci klesání. Ztráty třením zanedbejte.

2. Na kladku trakčního motoru instalovaného na stojanu se silou 1,0 kN přitlačí brzdová destička. Určete výkon motoru při otáčkách 1200 ot/min, je-li průměr řemenice 0,20 m, součinitel kluzného tření je 0,20.

3. Určete, kolikrát se liší kinetická energie automobilu o hmotnosti 40 tun s a bez zohlednění rotační energie kol. Hmotnost kol je 1800 kg, jejich poloměr je 0,51 m. Kola jsou považována za homogenní disky.

4. Dvojice kol o hmotnosti 1400 kg se valí po svahu se sklonem 0,010 rychlostí 1 m/s. Určete kinetickou energii, pokud jsou kola považována za disky. Jak daleko ujede pár kol, pokud je koeficient valivého tření 0,005? Určete adhezní sílu mezi koly a kolejnicemi.

5. Určete, jakou další vzdálenost by mohl ujet motorový vůz o hmotnosti 40 tun rychlostí 10 m/s, vezmeme-li v úvahu i kinetickou energii kotvy elektromotoru s momentem setrvačnosti 50 kg m 2. Převodový poměr je 5,2. Součinitel odporu 0,003 Průměr kola 1,02m.

6. Jakou rychlostí sjede prázdný vůz o hmotnosti 20 tun z hrbolu vysokého 2 m a dlouhého 120 m, je-li hmotnost všech kol 6 tun Koeficient odporu vzduchu je 0,002? Za kola se považují disky o průměru 1,02 m.

7. Dvojice kol se kutálí z kopce o výšce 0,50 m a délce 15 m Jakou rychlost naberou kola na konci klesání? Koeficient odporu 0,004. Určete velikost a směr adhezní síly. Kola jsou považována za homogenní disky.

12. ZÁKON ZACHOVÁNÍ HYBNOSTI

Význam momentu hybnosti v mechanice je dán tím, že spolu s hybností a energií má tu vlastnost, že je zachován v uzavřených soustavách těles.

Momentum

A-priory, Moment hybnosti hmotného bodu je vektor rovný vektorovému součinu vektoru poloměru bodu a vektoru hybnosti:

. (12.1)

Odvoďme vzorec pro moment hybnosti tuhého tělesa při rotaci kolem pevné osy. Nechte tuhé těleso rotovat kolem pevné osy. Trajektorie všech bodů tělesa jsou soustředné kružnice. Pro nějaký bod při rychlosti je moment hybnosti roven Rozšířením dvojitého vektorového součinu dostaneme . Shrňme moment hybnosti všech bodů tělesa: . Podle definice je součtem součinů hmotností částic tělesa druhou mocninou jejich vzdáleností k ose rotace momentem setrvačnosti tělesa. J. Pak moment hybnosti tuhého tělesa vzhledem k pevné ose rotace je roven součinu momentu setrvačnosti tělesa a úhlové rychlosti:

. (12.2)

Úhlová hybnost, stejně jako úhlová rychlost, je axiální vektor, jehož směr je určen gimletovým pravidlem. Pokud otáčíte rukojeťmi gimletu společně s tělem, translační pohyb gimletu se shoduje se směrem vektoru momentu hybnosti podél osy otáčení.

V chladném počasí je nebude nutné přes noc udržovat v teple. Budou mnohem levnější než běžné, protože plast je levnější než barevné kovy. Jejich životnost přesáhne životnost samotného stroje. Budou nabíjeny z elektromotorů, ze stacionárních zdrojů energie.

Tento inertioidy nebo setrvačníky. Akumulují energii a podle potřeby ji pak uvolňují spotřebitelům. S velkým setrvačníkem není potřeba spalovací motor. Energii lze ukládat také na čerpacích stanicích pomocí výkonných elektromotorů pro urychlení jednoho nebo více setrvačníků. Jsou umístěny v utěsněném bezvzduchovém prostoru a jsou zavěšeny na silných magnetech.

Se nazývají supersetrvačníky, protože ukládají tisíckrát více energie než běžné setrvačníky. Vynalezl je před 50 lety ruský vědec N. Gulia, ale nebyly široce používány. Pouze ojedinělé řemeslné vývoje – vozíky, které nahradily elektromobily.

A nyní byl tento vynález reprodukován v průmyslovém měřítku v Americe. Tam jsou supersetrvačníky instalovány v 17tunových kontejnerech. A mohou ukládat a uvolňovat 1,7 megawattu energie! Používají se ke stabilizaci přepětí v elektrické síti. V Rusku jednotný energetický systém takové stabilizátory nepotřebuje, protože funguje podle spolehlivějšího schématu.

Pokud však ve stavebnictví a kdekoli je to nutné, můžete ušetřit téměř polovinu spotřebované ropy a plynu! V zimě nebude potřeba zahřívat studené motory, stačí sednout a jet.

Větrné mlýny i nízkého výkonu mohou vyrábět vysoký výkon tím, že jej ukládají do takových akumulátorů energie. Na autě jsem jen vyměnil setrvačník, nebo dobil - roztočil zastavené setrvačníky a můžete zase jezdit. Daleko a dlouho.

Oproti superflykům vítězí ve všech ohledech. Jsou odolnější, jednodušší a levnější na výrobu a hlavně jsou šetrné k životnímu prostředí. A ukládají mnohem více energie za mnohem kratší dobu. Také rozdávají.

Setrvačníky mohou také dodávat výkon, aniž by přenášely setrvačnost na tělo. Například vysokovýkonná elektrická vrtačka se snaží uniknout z vašich rukou kvůli setrvačnosti vrtačky. Pokud místo elektromotoru nainstalujete setrvačník, bude vrtat jakoukoliv silou a téměř sám drží na místě. Navíc gyroskopický efekt přispěje k vyvrtání dokonale rovného otvoru, jako na stroji. Nevytočený setrvačník vrtačky zabrání jejímu vibrování v rukou.

Obecně na vás čeká nebývalá energetická vymoženost a další výhody civilizace. Jen někdo musí něco udělat, nebo jako vždy bude muset koupit odtamtud.

Dvourotorový push-pull

ly jeřábu, bagru atd.) spojené ojnicí. Pokud zrychlíte pravý setrvačník, levý (poloha „a“) ​​začne plynule zrychlovat a dosáhne (pozice „b“) maximální rychlosti otáčení. Pravý setrvačník se v tuto chvíli po odevzdání veškeré kinetické energie zastaví. Při dalším otáčení levý setrvačník zrychlí pravý (poloha „c“), a když se zastaví, spustí levý (poloha „d“). To znamená, jak jste uhodli, další pozice bude „a“ a proces se bude znovu a znovu opakovat.

Na modelu se zrychlování a zpomalování setrvačníků i po mírném zatlačení opakovalo desítkykrát. To je důkazem vysoké účinnosti. zotavení.

Brzy jsme si uvědomili, že podobným způsobem můžeme obnovit energii vratných pohybů. Pro testování jsme vyrobili vozík (viz foto) s hřebenem a převodem, který převádí translační pohyb na pohyb rotační (houpací). Skutečný setrvačník byl pouze jeden, roli druhého plnila klika spojená ozubeným kolem s hřebenem. Při nárazu do zdi se vozík odrazil, narazil na protější stěnu a znovu se odrazil, jinými slovy -

Schéma a hlavní provozní fáze setrvačníkového rekuperátoru energie.

Nurbey GULIA,

profesor, doktor technických věd

Připomeňme si axiom – čím je robot produktivnější, čím rychleji jeho pracovní části provádějí vratné a kývavé pohyby, tím více energie spotřebuje. A kdyby jen pro podnikání! Ostatně téměř vše se musí uhasit při povinných zastávkách pracovních částí a přeměnit na zbytečné teplo v brzdách.

Originální přístup k řešení letitého problému byl nastíněn v Ústavu strojního inženýrství Akademie věd SSSR. Pod vedením doktora technických věd A.I. Korendyaseva tam byli vyvinuti takzvaní vibrační roboti. V nich je při brzdění absorbována energie pružinami, které ji poté, napřímení, uvolní, aby se mohly pohybovat pracovní části. Taková rekuperace energie snižuje spotřebu energie a tím i její potřeby přibližně o řád.

Ale jsme přesvědčeni, že ještě vyšší stupeň obnovy je docela možný. Rekuperaci kinetické energie při brzdění aut jsem začal pracovat již v 60. letech, psal jsem o tom v TM (viz č. 11, 1972). V jedoucím autě je spousta energie, ale pokud ji akumulujete na jaře, pak hmotnost takové baterie nebude menší než hmotnost samotného auta. A pružina tolik energie nepohltí. Setrvačníky jsou zde mnohem výnosnější. Vypočítali jsme, řekněme, že pokud jsou setrvačník a pružina vyrobeny ze stejného materiálu, například ocelového drátu, pak pro akumulaci stejné energie bude hmotnost setrvačníku tisíckrát menší než hmotnost pružiny. Setrvačníky stočené z drátů, pásků a organických vláken (říká se jim supersetrvačníky) mají kromě vysoké energetické náročnosti velmi cennou výhodu - nehrozí u nich náhodná porucha.

Odlišná je i fyzika akumulace energie v pružinách a setrvačnících.

Pokud to čtenáře zajímá a chce vědět o struktuře pružinových a setrvačníkových zásobníků energie, doporučuji vám nahlédnout do mých článků „Elastic Energy Storage Devices“ („TM“ č. 6 pro rok 1974) a „První Kruh setrvačníku“ („TM“ č. 6 pro rok 1973).

Při vývoji setrvačníkových rekuperátorů s vysokou energetickou náročností jsme mysleli především na automobily. Ale když byl vyroben a testován jeden z návrhů, vynalezený společně s mým studentem (nyní starším vědeckým pracovníkem, kandidátem technických věd) I.D. , houpavé a vratné pohyby.

Tento rekuperátor měl dva setrvačníky (jeden poměrně přesně napodoboval pohyb pracovního těla robota nebo manipulátoru, str.