Гидротрансформатор

 

(it) 506322

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительный к патенту (51) М Кл г F 16Н 41/10 (22) Заявлено 24.05,72 (21) 1788305/24-6 (23) Приоритет (32) 09.09.71 (31) 42130 (33) Великобритания

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 621 226 5 (088,8) Опубликовано 05.03.76. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 07.05.76. (72) Автор изобретения

Иностранец

Карл Густав Олен (Швеция) Иностранная фирма

С. P. M. Гидромеканик актиеболаг (Швеция) (71) Заявитель (54) ГИДРОТРАНСФОРМАТОР

Изобретение относится к энергетическому машиностроению.

Известны гидротрансформаторы с насосным и турбинным колесами и реактором, установленными во вращающемся корпусе, имеющие каналы для подпит ки рабочей полости гидротрансформатора от источника питания. Однако из|вестные конструкции не позволяют при пуске или в процессе работы отключить насосное колесо от вращающегося корпуса, что ухудшает плавность нарастания момента изза значительных моментов инерции ведущей части гидротрансформатора.

Цель изобретения — повышение плавности передачи крутящего момента без увеличения момента инерции и габаритов.

Указанная цель достигается тем, что насосное колесо установлено с возможностью осевого перемещения относительно корпуса для попеременного соединения и разъединения его с корпусом посредством фрикционной муфты с приводом и устройством управления.

Привод фрикционной муфты выполнен в виде гидроцилиндра, поршнем которого является насосное колесо с закрепленным на нем фрикционным элементом, например коническим, взаимодействующим с фрикционным элементом, закрепленным на корпусе.

В насосном колесе выполнен один или несколько каналов с установленными в них обратными клапанами для сообщения рабочей полости гидротрансформатора с полостью, об5 разованной торцом насосного колеса и вращающимся,корпусом, и поддер>кания заданного перепада давлений между ними.

Устройст|во управления фрикционной муфтой выполнено в виде дополнительных кана10 лоув для сообщения полости, образованной торцом насосного колеса и вращающимся корпусом, с источником управляющей жидкости, например с источником питания гидротрансформатора, и устройства для уменьше15 ния направления потока управляющей жидкости в основных и дополнительном каналах.

Гидротрансформатор снабжен дополнительной фрикционной муфтой, по крайней мере один из дисков, которой установлен с,возмо>к20 постыл осевого перемещения относительно корпуса и взаимодействует по крайней мере с одним диском, связанным с турбинным колесом.

На диске, связанном с турбинным колесом, 25 установлена предварительно напряженная пружина.

Подобные отличия позволяют обеспечить плавную передачу крутящего момента or дви506322

15 гателя к трансмиссии без увеличения момента инерции и габаритов привода, уменьшают усилие, требующееся для управления фри кционной муфтой, позволяют осуществить прямую передачу мощности от двигателя к трансмиссии за счет блокировки насооного и турбинного колес.

На фиг. 1 показан предлагаемый гидротрансформатор; на фиг. 2 — его вариант с дополнительной фракционной муфтой между насосом и турбинным колесами и реактором, установленным на .неподвижной втулке через муфту свободного хода; на фиг. 3 — гидротрансформатор с устройством для управления фрикционной муфтой; на фиг. 4 схематически показаны средства подачи жидкости и удаления ее; на фиг. 5 — внешняя характеристика, иллюстрирующая входной и выходной моменты при насосе.

Во вращающемся корпусе 1 гидротрансформатора установлены насосное колесо 2, турбинное колесо 3, имеющее первую ступень 4 и вторую ступень 5, и реактор 6. Реактор установлен на диске 7, а колесо 2 имеет внутренний тор 8. Турбинное колесо крепится к наружному тору 9, Ступени 4 и 5 турбинного колеса соединяются посредством части внутреннего тора 10, а ступень 4 турбинного колеса имеет наружный тор 11. Турбинное колесо

3 крепится на выходном валу 12, который це нтрируется посредством подшипника 13 у заднего торца и посредством подшипника

14 — у переднего торца в корпусе 1, Последний укреплен передним торцом в источнике вращения с помощью направляющей поверхности 15, а задним торцом — с помощью подшипника 16. Вращающийся корпус 1 имеет выступ 17, выполненный с уплотняющей поверхностью 18 и зубчатым венцом 19, Подшипник 16 и диск 7 установлены на неподв ижной втулке 20, которая уплотняется поршневыми кольцами 21 относительно корпуса 1 и посредством поршневых колец 22 относительно вала 12 турбинного колеса. Втулка

20 и колесо 3 имеют каналы 23 и 24 для входа и выхода рабочей жидкости попеременно из рабочей полости 25, а также каналы 26—

29 для выхода и входа рабочей жидкости соответственно в полость 30. Корпус 1 приводится Во вращение шпоночным соединением

31, установленным в свободно вращающейся шестерне приводного двигателя.

Насо ное колесо 2 (см. фиг. 1) выполнено отдельной деталью, обратный клапан 32 которой действует в качестве устройства для поддержания минимальной разности давлений.

Деталь выполнена с каналом 33 и снабжена коническим фрикционным элементом 34. Вращающийся корпус также снабжен коническим фрикционным элементом 35. Когда через каналы 26 — 29 поступает жидкость, насосное колесо 2 под действием давления перемещается к турбинному колесу. В результате образуется зазор между коническими фрикционными элементами 34 и 35 и жидкость может

65 проходить через рабочую полость 25 и каналы 24 и 23, минуя обратный клапан 32. Когда жидкость поступает через каналы 23,и 24, насосное колесо 2 под действием давления перемещается в левую сторону. Элементы 34 и 35 входят в плотное взаимодействие, а жидкость открывает обратный клапан 32. В результате через него жидкость удаляется. Следствием этого является превышение основного давления в рабочей полости 25 давления в полости

30 между торцом колеса 2 и корпусом 1. Поэтому жидкость проходит через каналы 29, 28, 27, 26.

Таким образом, насосное колесо 2 может быть отключено от пр иводного двигателя и просто подключено к нему.

Насосное колесо 2 (см. фиг. 2) может быть выполнено в виде поршня трехпозиционного цилиндра, являющегося приводом фрикционной муфты. В одном положении поршень испытывает одинаковые давления жидкости с обеих сторон, или несколько более высокое давление в рабочей полости 25, чем в полости 30 между торцом колеса 2 и корпусом 1.

В этом положении предварительно напряженные зле менты 36 поддерживают фрикционный диск 37 в заранее заданном среднем положении. Такое же давление жидкости действует в каналах 24, 23 и в каналах 26 — 29, В другом положении поршня гидроцилиндра жидкость поступает через каналы 26 — 29 и проходит двухходовый обратный кла пан максимального давления 38, после чего поступает в рабочую полость 25. 3а счет этого обеспечи вается разность давлений между полостями

30 и 25. В результате колесо 2 воздействует на конический фрикционный элемент 39, заставляя его входить во взаимодействие с коническим фрикционным элементом 40 корпуса 1. Колесо 2 сцепляется с корпусом 1, обеспечивая гидра влический привод. Коническая фрикционная муфта может включаться и отключаться при небольших перемещениях даже в том случае, если корпус 1 имеет максимальную скорость. Поэтому от вала турбинного колеса можно снимать момент. Но такое соединение»е может быть модулировано до тех пор, пока коническую муфту не заменят многодисковый муфтой, что легко осуществить.

В третьем положении поршня гидроцилиндра жидкость поступает через каналы 23 и 24 и должна проходить через клапан 38 до того, как она поступит в каналы 29 — 26. В результате устанавливается разность давлений между полостями 25 и 30. Поэтому колесо 2 прижимает фрикционный диск 41, установленный с возможностью перемещения относительно корпуса 1, к фрикционному диску 42 дополнительной фрикционной муфты, который укреплен на валу 12 турбинного колеса 3 посредством шпоночного соединения 43 и ступицы 44 и прижат к фрикционному диску 45 соединенному с корпусом 1, за счет чего ио506322 стигается жесткое соединение корпуса 1 с валом 12 турбинного колеса.

Чтобы осуществить указанную блокировку гидротрансформатора, диск реактора устанавливают с возможностью свободного вращения, позволяющей реактору 6 свободно вращаться только в том же направлении, что и корпус 1. Механизм свободного вращения содержит диск 46, соединенный с втулкой 20, кольцо 47, направляющие кольца 48 и ролики 49.

Устройство для управления фрикционной муфтой (см. фиг. 3) содержит управляющий пятиходовой кла пан 50 для направления потока жидкости в каналы 23, 24 и 26 — 29 соответственно или из них, а также средства дистанционного управления 51 управляющего клапана 50, источник 52 для подачи рабочей жидкости под давлением к клапану 50.

Клапан 50, средства 51 и источник 52— это элементы обычного типа. Пятиходовой управляющий клапан представляет собой клапан типа цилиндр-поршень, в котором поршень имеет три камеры для селвктивного подключения двух каналов гидротр ансфор матора к источнику питания рабочей жидкостью к вентильным элементам 53. Такое управление напра влением движения жидкости в каналах гидротрансформатора устанавливается посредством перемещения поршня.

Средства дистанционного управления (yttра вляющие элементы) 51 выбраны пневматического типа с воздухом в качестве основного агента и выполнены в виде двухходового клапана, выходы которого соединены с торцами цилиндра клапана 50. Воздух под давлением подается через средство, например канал, 51 к одному торцу цилиндра управляющего клапана 50. Выходя из противоположного торца цилиндра управляющего клапана, воздух может проходить через один из двух каналов 51.

Как показано на фиг. 3, воздух под давлением подается на левую сторону цилиндра управляющего клапана, что вызывает перемещение поршня к правому торцу указанного цилиндра. Рабочая жидкость под давлением подается через каналы 23 и 24 в рабочую полость гидротрансформатора, в результате чего колесо 2 входит во взаимодействие с корпусом 1 через элементы 34, 35. Избыток рабочей жидкости выходит через клапан 32 и каналы 29, 28, 27, 26 к вентильным элементам

53 и через теплообменник 54 — к баку с рабочей жидкостью. Элементы 53 снабжены клапаном основного давления 55 для жидкости, выходящей из гидротрансформатора, и клапаном максимального давления 56 для жидкости, выходящей из источника 52 в том случае, если оба пути в гидротрансформаторе блокированы, например, двумя центральными положениями поршня управляющего клапана (за исключением повреждения источника 52).

Если рукоятка средств дистанционного управления повернута так, что обеспечивает подачу воздуха под давлением на правую сторону

65 управляющего клапана, как показано на фиг. 3, то рабочая жидкость под давлением подается через каналы 26 — 29 в полость между торцом колеса 2 и корпусом 1. В результате выходят из зацепления элементы конических элементов 34, 35, и колесо 2 отключается от корпуса 1. Избыток рабочей жидкости выходит через клапан 32 и каналы 24, 23 в вентильные элементы 53.

Конструкция, показанная на фиг. 4, в основном аналогична конструкции, изображенной на фиг, 3, но средства управления соединением и разъединением колеса 2 (см. фиг. 2) дополнительно снабжены средствами 57 itëÿ управления прямым и реверсивным соединениями средств «вперед — назад», а та кже средствами, которые должны обеспечить отключение насосного колеса гидротрансформатора во всех случаях переключения зубчатых колес в коробке передач и его обратное включение непосредственно после завершения переключения, если после гидротрансформатора установлена механическая коробка передач.

Средства 57 соединены со средствами дистанционного управления 51 и оборудованы замковым элементом 58 в форме клапана сжатого воздуха, который включает рукоятку

«вперед — назад» в положение «вперед» в том случае, когда подача сжатого воздуха к элементу 51 прекращается, и освобождает указанную рукоятку до возвращения в положение реверса, когда сжатый воздух подается к рукоятке дистанционного управления, а от нее — к рукоятке «вперед — назад». В этом варианте средства дистанционного управления 51 выполнены с тремя положениями. В положении «привод вперед» рабочая жидкость подается в рабочую полость 25 гидротрансформатора, вызывая зацепление насосного колеса 2 с вращающимся корпусом 1 через фрикционный диск 42. Нейтральное положение — это когда замковый элемент 58 освобождает средство для управления 57, который переключается в положение реверса, или имеет то положение гидравлического привода, в котором рабочая жидкость под давлением подается в полость между торцом колеса 2 и корпусом 1, устанавливая гидравлическую связьмежду насосным колесом и вращающимся корпусом через фрикционные элементы 39, 40 муфты. В нейтральном положении рукоятки дистанционного управления поршень клапана 50 находится в центральном положении (см. фиг. 4). Рабочая жидкость подается по каналам 23, 24, и 26, 27, 28, 29 соответственно, в результате чего насосное колесо не соединяется ни фрикционным диском 42, ни элементами 39, 40 с вращающимся корпусом.

Замковый элемент 58 предназначен для обеспечения отключения насосного колеса гидротрансформатора во всех случаях в процессе работы переключающего зубчатого колеса в коробке передач и немедленного повторного соединения насосного колеса с вращающимся корпусом после окончания переключения 3$6506322

50 чатых колес. Для этой цели он одним торцом соединен "o средствами дистанционного управления 51 та к, чтобы направлять поток сжатого воздуха к указанным средствам управления, а другим — с коробкой так, чтобы обеспечивать индикацию любого переключения коробки передач.

На фиг. 5 изображена диаграмма моментов, где на вертикальной оси отложен момент М (в тысячах фунта-метрах), а по горизонтальной оси — скорость вращения п (об/мин) выходного вала гидротрансформатора, соединенного с его турбинным колесом.

Скорость входного вала, соединенпого с вращающимся корпусом 1, постоянна и ра вна

1700 об/мин. На диаграмме показаны два варианта. Вариант 1 относится к измерениям входного и выходного моментов, когда насосное колесо гидротрансформатора соединено с вращающимся корпусом; вариант II прелста вляет собой измерения входного и выходного моментов, когда насосное колесо отключено от вращающегося корпуса. В варианте I выходной момент bI очень быстро падает от начального значения, примерно равного 49 килофунтов-метров, до значения, несколько превышающего ноль, при 1700 об/мин.

Входной момент а> при включенном насосном колесе также снижается довольно быстро. Точка пересечения кривых а и b, расположена вблизи уровня скорости 1800 об/мин: в этой точке моменты совпадают и равны примерно 7,5 килофунтов-метров.

Входной а и выходной b моменты исключительно малы, когда насосное колесо гидротрансформатора отключено от вращающегося корпуса. В этом случае моменты а> и 4 практически равны и составляют примерно 1 килофунт-метр.

Выходной момент становится меньше нуля при мерно при 625 оо/мин. Это означает, что в области А (слева от этой точки) насосное колесо гидротрансформатора развивает момент, а в области В (справа от указанной точки) момент должен прикладываться к турбине для поддержания скорости, Предлагаемый гидротрансформатор может применяться в приводах транспортных и строительно-дорожных машин.

Формула изобретения

1. Гидротрансформатор с насосным и турбинным колесами и реакторам, установленными во воащающемся корпусе, имеющий ка10

45 палы для подпитки рабочей полости гидротрап,:форматера от источника питания, о тл и ч а ю щи и ся тем, что, с целью повышения плавности передачи крутящего момента без увеличения момента инерции и габаритов, насосное колесо установлено с возмож настью осевого перемещения относительно корпуса для попеременного соединения и разъединения его с корпусом посредством фрикционйбй муфты с приводом и устройством управления.

2. Гидротрансформатор по п. 1, отлич аю шийся тем, что привод фрикционной муфты выполнен в виде гидроцилиндра, поршнем которого является насосное колесо с за крепленным на нем фрикционньгм элементом, например коническим, взаимодействующим с фрикц ионныи элементом, закрепленным на корпусе.

3. Гидротрансформатор по пп. 1 — 2, о т л ич а ю шийся тем, что с целью уменьшения усилия управления муфтой, в насосном колесе выполнен один или несколько канало в с установленными в них обратными клапанами для сообщения .рабочей полости гедротрансформатора с поло стью, образованной торцо м насосного колеса и вращающимся корпусом, и под держа н ия заданного перепада давлений между ними.

4. Гидротрансформатор по пп. 1 — 3, отлич а ющий с я тем, что устройство управления фрикционной муфтой выполнено в виде дополнительных каналов для сообщения поло=ти, образованной торцом насосного колеса с источником у правляющей жидкости, например с источником питания тидротрансформатора, и устройства для изменения направления потока управляющей жидкости в основных и дополнительном каналах.

5. Гидротрансформатор по пп. 1 — 4, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью блокировки насо. ного и турбинного колес, он снабжен дополнительной фрикционной муфтой, по крайней мере один из дисков которой установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и взаимодействует по крайней мере с одним диском, связанным с турбинным колесом.

6. Гидротрансформатор по п. 5, отлич аю шийся тем, что, с целью удержания поршня при отключенном состоянии насосного колеса, на диске, связанном с турбинным колесом, установлена предварительно напряженная пружина.

506322 га 000 17 /500 и

Риг 5,500

Составит;ль С. Стесин

Техред Л, Камышникова

Редактор Н. Вирко

Корректор Е. Рожкова

1 ппогра<рпя, пр. Сапунова, 2

Заказ 1275j!0 Изд. ¹ 290 Тираж 1!34 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K-35, Раушская наб., д. 4/5