[发明专利]转盘式变量飞轮

说明书

技术领域

本发明涉一种转盘式变量飞轮，属于飞轮技术领域。 

技术背景

变量飞轮是在研究液压振动节能技术中，为解决能量存储问题而发明的。振动技术是一项广泛用于各工业领域的基础技术。激振方法主要包括机械、电动和液压三类。机械和电动激振比较适合中小功率，液压激振的突出优点是能够产生较大的激振力和位移幅值，大型液压振动台的激振力能达到数十吨，低频段的位移幅值可达数十公分，恰好弥补了机械和电动激振的不足。此外，液压激振力密度和功率密度大，易于小型化，因此，在工程机械等移动装备上得到广泛应用。然而，现有液压激振系统结构单一，无论是实验设备还是工程机械，所用液压激振系统几乎都是阀控缸结构。这种结构虽然简单，但能耗很高。 

自由振动是能量在储能元件之间循环转换的结果。当储能元件的质量、刚度、阻尼等结构参数确定之后，质体的速度、振幅和动量等物理量之间便建立了一一对应的函数关系。在现有阀控缸型液压激振系统中，质体的运动速度是通过节流阻尼调节的，振动能量被阻尼消耗，故系统能耗高。本发明的原理是，飞轮经液压系统与质体产生动量耦合，利用飞轮的蓄能效应吐纳振动能量，当飞轮惯量发生周期性变化时，质体与飞轮之间便会产生动量脉动循环，从而使质体产生振动。由于动量循环不产生能耗，故可达到节能的目的。 

飞轮蓄能是一个古老的理想。在诸多储能方式(化学储能、热储能、电磁储能和机械储能)中，以飞轮储存机械能的方式最为简单。20世纪90年代以来，由于高强度纤维材料，低损耗磁轴承和电力电子学等方面的发展，飞轮储能得到世界各国的高度重视。但目前有关飞轮技术的研究基本上是围绕如何提高其能量密度展开的，现有飞轮不能满足上述振动系统对其转动惯量快速变化的要求。本发明的转动惯量是能够快速周期性变化的，将其串接在电机和动力油泵之间，能将电机输入的恒定转速变成脉动转速输出，驱动液压泵输出脉动流量，使液压缸连同质体产生振动。用这种方法构成的液压振动系统属于容积调速结构，比现有节流调速型振动系统节能。 

发明内容

发明目的：提供一种转动惯量能无级、快速、周期性变化的飞轮蓄能装置，解决液压振动节能技术中能量存储问题。 

技术方案：一种转盘式变量飞轮，包括机架、支架、转盘架、还包括成对构件：主轴一和主轴二，转盘一和转盘二，转盘轴一和转盘轴二，气缸一和气缸二。成对构件的结构形状、尺寸及材料完全相同。 

在上述转盘一上有两个形状和质量相等的质量块。两个质量块在转盘上对称布置，它们的质心与转盘的几何中心同处在一条直线上，为增加惯量，质心半径尽可能大。转盘二的质量块与转盘一的相同。转盘一和转盘二分别与转盘轴一及转盘轴二的轴端同轴固定连接。转盘架为矩形框架，在框架两条长边上分别设有轴承座一和轴承座二，轴承孔的中心线与框架长边的中心线重合。两根转盘轴分别装在两个轴承座中。两个转盘位于转盘架内，盘面相对并留出安装气缸的间隔。两个转盘上各有一个曲柄销孔，它们具有相同的孔径和偏心距。曲柄销的两端分别插入两个转盘的曲柄销孔，将两只转盘固定在一起，曲柄销轴线平行于转盘回转轴线。支架是由四根等长拉杆组成的菱形支架，其不相邻两顶点分别固定在转盘架两条短边的中央，另外两个顶点则分别与气缸一和气缸二缸体上的耳环铰接。两只气缸活塞杆上的耳环均与曲柄销铰接，活塞杆中心线与曲柄销轴线垂直。两只气缸位于转盘一和转盘二之间。 

主轴一、主轴二的轴端分别固定在转盘架两条短边的外侧，两根主轴的轴线与转盘架短边的中心线重合，与转盘一和转盘二的回转轴线在同一平面内正交。主轴一和主轴二分别装在机架的轴承座一和轴承座二中。 

转盘一上两质量块质心连线与转盘二上两质量块质心连线相互平行。曲柄销轴心与转盘一及转盘二回转中心的连线和质量块质心连线之间有一个夹角，曲柄销的偏心距确定以后，该夹角应按以下原则确定：当飞轮主轴一、主轴二以最高转速旋转，而转盘自转转速为零，且转盘质量块质心连线与飞轮主轴线垂直时，气缸所产生的推力刚好能够推动转盘转动。 

上述气缸按以下方式配气。为表述方便，可将与飞轮主轴轴线平行的转盘回转中心线定义为X轴，与X轴垂直的中心线定义为Y轴，这样X、Y轴按常规将转盘划分为I、II、III、IV象限。当转盘随主轴转动时，转盘质量块的离心力将产生绕转盘轴的力矩，当质量块位于I、III象限时，离心力矩为逆时针方向。当质量块位于II、IV象限时，离心力矩为顺时针方向。