Моделирование показало, что с новой системой автобус должен экономить более 10% топлива, а выбросы углекислого газа должны быть ниже примерно на 20%. Как всё сложится на практике, можно будет узнать только после тестов, к которым партнёры по проекту ныне и приступили.
Инжиниринговая компания Ricardo и разработчик тороидальной бесступенчатой трансмиссии — компания Torotrak (обе с Туманного Альбиона), американский специалист по автоматическим коробкам передач Allison Transmission и британский производитель автобусов Optare построили гибридный автомобиль необычного типа. В то время как большинство компаний экспериментирует с гибридами, оснащёнными электромоторами и аккумуляторами, система рекуперации энергии в системе, названной Flybus, чисто механическая.
При торможении кинетическая энергия автобуса передаётся через тороидальный вариатор и магнитную муфту на маховик из углеродного композита, помещённый в вакуумированный корпус (для снижения потерь).
По мере замедления автобуса маховик раскручивается до 60 тысяч оборотов в минуту. При разгоне всё происходит в обратном порядке — маховик отдаёт свою энергию машине.
Вариатор Torotrak, сравнительно компактный и лёгкий, но при этом способный передавать в ту или иную сторону до 60 кВт мощности, а также маховичный накопитель Kinergy от Ricardo явились ключом ко всему проекту, занявшему несколько лет. Теперь система собрана и установлена на автобус Optare Solo Midibus.
"Flybus является следующим этапом в эволюции гибридных автобусов и технических решений, которые помогают снизить расход топлива и выбросы CO2, пишет PhysOrg.com. – При этом основной проблемой стандартных гибридов является цена".
Именно из-за цены всё и затевалось. Ricardo заявляет, что система Flybus должна стоить лишь малую долю от электрической гибридной системы для автобусов.
(Познакомьтесь заодно с маховичными накопителями на железной дороге.)
Двигателем маховик не раскручивается, раскручивается только при торможении.
Будем надеяться, что эта схема окажется рентабельнее гибридной. Хочу увидеть у себя в городе такие автобусы/маршрутки. Имхо, наибольшую загрязненность дает именно крупный дизельный автотранспорт.
К тому же, в сравнении с легковушкой-гибридом, рейсовому автобусу явно нужен электромотор помощнее и помоментнее, а аккумуляторы — и большей ёмкости, и мощнее. Масса то машины ого..
Хотя, думаю, при интенсивной загрузке и гибридный автобус типа электро плюс дизель тоже способен себя окупить за несколько лет (разве плохо?), особенно, если он целый день мотается между десятками остановок с расстоянием по 500 метров между каждой.
Из схемы видно что ось маховика расположена горизонтально. Так на поворотах гироскопические силы (или как они называются) не вырвут коробку с корнями? Помоему ось должна быть вертикальна, тогда нагрузки на конструкцию были бы меньше + маховик прибавлял бы устойчивости всему автобусу, а значит центр тяжести можно было бы расположить выше ..
Где вы видели автобус, совершающий действительно резкий поворот? Разве только при уходе от лобового столкновения. В штатном режиме поворот достаточно плавный. Если на 90 град (на перекрёстке), то уж не на 60 же км/ч, не так ли? Скорее уж на 10 — 15...
Да хоть на месте разворачиваться — неимеет значения. При всём уважении, вам нужно побольше узнать об это эффекте.
А как раз потому то что я поглагаю, что инженеры из нескольких компаний все вместе позабыли про гироскопические эффекты или считать разучились — я и задас этот вопрос, чтоб здешние спецы меня опровергли и вернули веру в инженеров из нескольких компаний вместе взятых.
Да, с надежностью наверное можно и справиться, понаставлять кучу датчиков. Но все равно как то не очень умнО ставить под пол пассажирского автобуса такую бомбочку. Трудно представить во что превратится зад автобуса, если его разорвет.
Разорвет, потому что всё когда нибудь ломается (просто износ, аварии, разные неприятности на дороге). Последний конкорд от чего разбился? Вопрос не в том КОГДА это произойдет, а в том что будет с теми пассажирами, когда это произойдет.
Во первых, подвеска маховика и сцепление его с внешним валом — полностью магнитные. Изнашиваться там нечему.
www.ricardo.com/Global/IA/What-We-Do/Technical-Consulting/Research_and_Technology/Kinergy%20case%20study.pdf
Во вторых, я грубо прикинул наиболее вероятные размеры устройства и получил, на при повороте, даже на максимальных оборотах маховика, на его ось будет приходится около 32 килограмм. Если ось закреплена в двух точках (как всякий нормальный вал) — это будет по 16 килограмм на каждую. Ни про какие «выворачивания мостов» при таких нагрузках и речи быть не может. Выдержит ли подвеска на постоянных магнитах? Вот вам простое рассуждение — разработчикам достаточно было увеличить длину вала, на котором критится маховик, вдесятеро, и нагрузка на его концах снизилась бы в десять раз. Технически это не представляет никаких сложностей, и компоовка всего устройства не особенно бы изменилась — следовательно, это было не нужно.
Масса маховика 5 kg
Скорость вращения 60000 rpm
Или 1000 Hz
Диаметр маховика 0.2 m
Длина окружности 0.63 m
Линейная скорость 628 m/sec
Время поворота автобуса 10 sec
F= 314.2 N
Или 32.0 KG
Это решённая проблема — ротор делают в виде ленты, намотанной на барабан. Наибольшие нагрузки на периферии ротора, при аварии там отрывается край этой ленты и тормозит о стенку кожуха. Так что никаких взрывов, максимум пожар.
За ленту я не подумал, но основная все таки опасность при авариях. Поломки в штатных режимах работы конечно можно предусмотреть. Но как предусмотреть (гипотетически) того пьяного мудака на зипере, с ломом в багажнике. Как поведет себя маховик, если какой нибудь штырь пробьет кожух маховика? Очевидно, что он поведет себя как оторвавшееся колесо, только еще хуже.
Я только хочу сказать, что все это только повышает опасность и возможную тяжесть аварий. И это у пассажирского автобуса. Если и начинать производить такие движки, то эксперименты стоит начинать не на автобусах, а на грузовых автомобилях.
Так и знал, что кто нибудь, не подумав, про бензобак вспомнит. А еще на краю города АЭС, с другой стороны аэропорт, железная дорога и т.д.
По моему здесь бензобак никуда не делся. А к этой бомбе (которая довольно часто взрывается) добавили еще одно довольно опасное устройство.
А еще в машине есть аккумулятор и проводка, которая периодически замыкает и поджигает автомобить. А еще покрышки, которые иногда взрываются и убивают людей. А еще тормоза. Но конечно самая главная опасность — это прокладка между сиденьем и рулем.
Я воспользовался такой моделью: допустим, мы раскрутили на верёвочке длиной 10 см грузик массой 5 кг. Мы знаем, какой импульс требуется, чтобы повернуть плоскость вращения грузика на, скажем, 1 градус. Умножаем этот импульс на 90 и получаем, какой импульс требуется для поворота на 90 градусов. Автобус поворачивает за десять секунд, соответственно делим найденный импульс на десять секунд и получаем силу. Для простоты предположим, что длина оси маховика примерна равна его диаметру — тогда найденная нами сила и будет силой действующей на концы оси.
Потому что я говорю не об этом. Если бы Вы сняли бак и поставили маховик, то тогда и рассуждали бы о том что опаснее, автобус с баком или автобус с маховиком. В данном случае к опасному баку добавляется довольно опасный и еще не опробованный маховик. Значит опасность получения более тяжких последствий в результате аварии повышается. И испытываться это начинает на автобусе, а не на фургоне, развозящем фрукты по магазинам.
Во первых считаются всегда максимальные усилия (а не средние по больнице). Во вторых, перед поворотом автомобиль ВСЕГДА тормозит, естественно в эти моменты у него скорость маховика будет ближе к максимуму, ведь после поворота надо опять ускоряться.
Снижает скорость км до 20 т.е., частота вращения тысяч 40, дополнительно нужно учитывать, что скорость поворота меньше
А Вы вообще к конструированию имеете хоть какое-то отношение, или к устройству движков и вариаторов? Потому как то, что Вы написали про 20 км/ч и 40 тыс. об. — это полный бред.
Чем же бред? Вам конкретную частоту подсчитать?
Обоснуйте в чем бред.
Каюсь м.н.с. (младший научный сотрудник), неизвестно в какой науке, написать не могу, но и не пишу необоснованно «это полный бред», по мере возможностей пытаюсь обосновать свою позицию.
Потому что на ролике режим после первого старта и торможения. В реальной динамике движения зависимости могут быть и не такими. Плюс вариатор с неизвестными передаточными числами и т.д. А плюс добавить уклоны. И в результате мы вполне можем получить на 20к/ч — 60 тыс. оборотов. маховика и больше, если там откажет система контроля.
Во первых поменяйте местами слова в первой строчке, правильней после первого торможения и старта.
Вот именно, что Вы тоже не знаете точно, потому я мог бы сказать и про Ваши слова, что они полный бред.
C Вами все ясно. Я и не знаю, поэтому я и никак не считаю, что при скорости 20 км/ч маховик будет вращаться со скоростью 40 тыс. об. А если Вы грамотный инженер (если вообще инженер) то Вы должны учитывать максимально возможные нагрузки в максимально неблагоприятных условиях, да еще и коэффициент запаса прочности вводить при прочностном расчете.
Вернёмся к заданию параметров, конкретно — частоты вращения.
— Первое ограничение по нижнему пределу, т.е. тормозить маховиком до нуля не получится, окончательное торможение стандартными тормозами, на данном уровне достаточно указать 5 км/ч.
— Второе ограничение верхний предел, торможение начнётся, с 60 км/ч, так как не имеет смысла делать вариатор на большую скорость, так как автобус городской, как вам наверное известно есть ограничение скорости. Междугородние автобусы в расчёт можно не принимать.
Третье ограничение по передаваемой мощности вариатором, 60 кВт указано не зря, скорее всего принималось ограничение ускорения при торможении, всё таки не дрова везёте, при внештатных ситуациях дополнительно замедляется тормозами.
В итоге диапазон при расчёте маховика и соответственно вариатора, от 5 до 60 км/ч, передаваемая мощность до 60 кВт. Делать мощнее вариатор, для внештатных ситуаций не имеет смысла, так как чем мощнее тем дороже и габариты больше.
Далее рассмотрим запасаемую энергию, здесь возможно ошибаюсь, но Вы же м.н.с., поправите.
Кинетическая энергия запасённая маховиком равна массе на угловую скорость в квадрате делёное на два. т.е. зависимость квадратичная.
При торможении до 20 км/ч маховику передадим 73 % (8/11)расчётной кинетической энергии, т.е. маховик частота вращения возрастёт на 85% до 51 тыс. об/мин, т.е. вполне возможно, что при движении под уклон будет частота вращения 60 тыс. об/мин.
А из Ваших коментариев становится ясно что Ваш м.н.с. находится на уровне научного сотрудника Ур Ан товарища Асташкина.
Он тоже любитель выяснять про образование.
К вашему коменту. — "А если Вы грамотный инженер (если вообще инженер) "
Образование:
Учебное заведение: Астраханский Морской Рыбопромышленный Колледж (Астрахань). Специальность: Техник-механик
Учебное заведение: Московский государственный университет путей сообщения. Специальность: Инженер по ремонту и эксплуатации локомотивов и локомотивного хоз-ва.
Опыт работы: Астраханский Тепловозоремонтный завод:
— С мая 2002 по сентябрь 2004 года Мастер механического цеха
— С сентября 2004 по январь 2006 года Технолог по мех. обработке в ОГТ
— С сентября 2007 по июнь 2010 года Инженер-конструктор, сектор судовых механизмов и систем.
КНРГ-Проекты, г.Астрахань
-С сентября 2010 года по настоящее время Специалист по планированию и отчётности
Подойдёт, для общения с Вами?
Начальник сектора инструментального хозяйства АТРЗ
Да, грамотный м.н.с. И для меня почему то все ваши выкладки были не нужны. Это было очевидно с самого начала. А у Вас самолюбие взыграло, регалии и титулы начали перечислять. Только ведь дома на титулах не держатся. Если просчет во время проектирования, то он просто падает, и никакой титул не спасет.
И поправлять я Вас не собираюсь. Я вообще не имею привычки гадать на кофейной гуще, не зная в тонкостях как работает вариатор и сколько энергии запасает сам маховик. А Вы рассуждаете, как будто Вы его и проектировали.
А мощность (которая до...) тут вообще только левым боком прицепить можно.
Геннадий Николаевич 13 сентября, 10:17
Дмитрий Уппе
А Вы вообще к конструированию имеете хоть какое-то отношение
Геннадий Николаевич 13 сентября, 13:54
Дмитрий Уппе
.....................
А если Вы грамотный инженер (если вообще инженер)
Достаточно было бы просто образования. Я вот химтех закончил. Ну и что с того? И конструктором работал (шин), да и сейчас занимаюсь этим иногда. И из каких соображений считать прочность я прекрасно знаю. И поэтому мне непонятно было, когда делаются предположения уровня обывателя по поводу расчета на прочность.
В данном конкретном случае если максимальная скорость вращения маховика задана, то найдется момент и условия, при которых он будет вращаться с максимальной скоростью на повороте. Поэтому грамотный инженер возьмет эти 60000 об. и будет считать по ним а не писать про вращение колес на месте.
В основном режим движения от 0 до 60 км/ч
Фактически, в силу габаритов и особенностей «груза», автобусы (городские) редко ездят больше 40 км/ч. Только на прямых и достаточно протяжённых участках.
Так что задействовать маховик при движении в пределах 40-60 не рационально. Ведь это даст совсем другие передаточные числа.
К тому же это значительно увеличит срок службы.
Кстати интересно почему нельзя заменить комплект: вариатор и эл. магнитная муфта, на просто эл. магнитную муфту с изменяемым, так сказать передаточным числом (кр. моментом). Судя по картинке ротор муфты похож на короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя.
Жуть... страшней чем на самолёте :-)
А большие атобусы на 50 человек, со стоячими местами, ездят, скажем так, не торопясь :-)
nurbejgulia.ru
Небольшая выдержка оттуда:
«Испытания, проведенные Н.В. Гулиа в 1964…65 годах показали, что с помощью маховика, изготовленного из колеса железнодорожного вагона можно добиться автономности работы скрепера без необходимого обычно трактора-толкателя. В мае 1964 года Н.В. Гулиа подает заявку на изобретение первого супермаховика – энергоемкого и разрывобезопасного маховика, в том виде, как он сейчас разрабатывается и используется во многих странах мира. Но затянувшаяся почти на 20 лет экспертиза этого изобретения (патентный документ был выдан лишь в 1983 году!) не позволила автору воспользоваться своими правами на это изобретение, хотя приоритет и остался за ним. В январе 1965 года Н.В. Гулиа публикует статью о прочностно-энергетическом расчете маховиков, которым сейчас пользуются во всем мире. В декабре этого же года в большой статье в популярном журнале «Изобретатель и рационализатор» Н.В. Гулиа предсказывает маховикам то будущее, которое стало реальностью совсем недавно. Супермаховики огромной энергоемкости, их магнитная подвеска в вакууме, оригинальные бесступенчатые трансмиссии для привода машин от маховиков и другие современные достижения в этой области – все это было описано в статье еще в 1965 году Н.В. Гулиа.»
В формуле 1 система K.E.R.S. основана на другом принципе. Там стоит генератор/электродвигатель, который при торможении заряжает литиевую батарею, а в момент разгона способен отдать на вал до 80 кВт дополнительной тяги.
Это несколько ссылок Вам
www.youtube.com/watch?v=QQBnjCmzwVU
formula1ru.blogspot.com/2009/04/kers-kers.html
Там только электрика.
Эх.. настоящих буйных мало.
Короче, если кто даст денег, обещаю построить гидровелосипед в одну номинально человеческую силу или с двигателем в 25 кубов, который на старте уделает любой гоночный мотоцикл))))
Самый экономичный и экологичный автобус — это троллейбус. Если мы говорим о городском автобусе, с многочисленными остановками. Не лучше ли сделать гибрид автобуса с маховиком и троллейбуса? Пока он цепляется за провода, он дополнительно раскручивает мощный маховик, который позволяет ему ездить некоторое время автономно. Понятно, что инфраструктуру надо поменять, но не сильно.
www.abw.by/archive/454/trtrolleytrucks/
По моему вполне достаточно 60 кВт, так как при разгоне двигатель тоже участвует.
Предположим разгон 10 сек. (предположительно), до 40 км/ч (11,1м/с), (судя по фильму).
За 10 секунд, при мощности 60 кВт получим 600 кДж работы, по запасу энергии Вы практически попали.
Тяга 60/11,1=5,4 кН
Данным усилием мы можем разогнать автобус весом 5,4/1,1=4,9 т., не учитывая потерь.
Развитее технологий накопителей энергии идет по близкому сценарию. Сначала изобретали только механические накопители энергии, история их изобретения насчитывает более 5 тысяч лет, затем пневматические, электромеханические и т.д. За последние 15-20 лет мы наблюдаем, прорыв в области химических источников тока (аккумуляторов), но этой технологии уже наступает на пятки технология на основе графеновых суперконденсаторов, которая в конечном итоге и придет. Проблема электрических накопителей в одном, пока не найдена (не разработана) технология по высокой плотности «упаковки» электрической энергии. Эта научно-техническая задача вообще одна из краеугольных. За последние сто лет развития электроэнергетики человечество не смогло накапливать электрическую энергию в промышленных масштабах, а это, ой как нужно в энергетике, транспорте и даже бытовых приборах. Поэтому поиск должен проводиться в области пленочных структур и материалов для аккумулирования в чистом виде электрической энергии, потому что даже накопители на электрохимической основе обладают рядом недостатков: низкая скорость заряд-разряда, ухудшение свойств с понижением температуры, малое число рабочих циклов. И иногда возникает вопрос зачем тратить средства и силы, изобретая велосипед?
Так что ничего нового !!!!
За рубежом, между тем, данная тема считается вроде бы и перспективной, но что-то тоже не особо клеится: есть куча контор, которые занимаются разработками (ActivePower, PowerThru, BeaconPower, и всякие другие, погуглите FlyWheel Energy Storage), но как то все равно большого выхлопа не видно пока.
Отвод энергии нужно выполнять от каждого колеса индивидуально, причем от колес передней оси — обязательно. Рекуператор должен работать совместно (быть элементом) томозной системы ТС. Для маховиков это невозможно в принципе. Поэтому реальный рекуператор должен быть только гидростатическим. Экспериментальный образец такого устройства я делал 25 лет назад. Реальные данные — возврат ТС примерно 25% энергии, выделяющейся при торможении.