ГИДРОТРАНСФОРМАТОР Российский патент 1999 года по МПК F16H41/30 F16H45/02 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции гидродинамического трансформатора для передачи энергии между двигателем и потребителем мощности с одновременным автоматическим и бесступенчатым изменением крутящего момента и частоты вращения.

Известен гидротрансформатор [1], выбранный в качестве прототипа, содержащий насосное колесо, которое через входной вал механически связано с тяговым двигателем, турбинное колесо механически связанное с выходным валом, первый и второй реакторы, установленные последовательно каждое соответственно на первой и второй муфтах свободного хода и расположенные между выходами лопастных каналов турбинного колеса и входами лопастных каналов насосного колеса, имеющие между собой гидравлическую связь и образующие при меридиональном сечении однотипные внутренний и наружный торы с расположенными между ними лопастными каналами с углами входа и выхода гидравлического потока, и механизм блокировки насосного и турбинного колес, размещенные в общем герметичном корпусе.

Недостатком известного гидротрансформатора является невозможность получения высоких значений КПД во всем диапазоне изменения частоты вращения выходного вала, так как это обусловлено постоянством конструкционных параметров рабочей полости гидротрансформатора, изменение которых, например, в сторону уменьшения приводит к увеличению КПД на пониженных частотах вращения и уменьшению КПД на повышенных частотах, а при увеличении конструктивных параметров рабочей полости - наоборот [2, 3].

Изобретение направлено на расширение диапазона значений с высоким КПД в зависимости от частоты вращения выходного вала гидротрансформатора.

Решение поставленной задачи достигается тем, что гидротрансформатор снабжен дополнительно третьим реактором, установленным посредством спиц на третьей муфте свободного хода и расположенным над первым и вторым реакторами между внутренними торами турбинного и насосного колес, при этом на внутренней поверхности торов турбинного и насосного колес по периферии выполнены проходные отверстия, соединенные с входами турбинного колеса и выходами насосного колеса, кроме того в турбинном колесе дополнительно выполнены лопастные каналы, имеющие углы выхода больше, чем углы выхода гидравлического потока, связанные гидравлически со входами турбинного колеса и через его выходы со входами третьего реактора, а входные отверстия лопастных каналов турбинного колеса выполнены чередующимися с лопастными каналами, имеющими углы выхода и входа гидравлического потока.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый гидротрансформатор отличается тем, что снабжен дополнительно третьим реактором, а входные отверстия лопастных каналов турбинного колеса выполнены чередующимися с лопастными каналами, имеющими углы выхода и входа гидравлического потока.

На фиг. 1 показан гидротрансформатор, общий вид; на фиг. 2 - схема, поясняющая принцип работы гидротрансформатора, на фиг. 3 - фронтальный вид турбинного колеса; на фиг. 4 - каноническая характеристика гидротрансформатора.

Гидротрансформатор содержит корпус 4, насосное 2 колесо, установленное на входном 5 валу и механически связанное с тяговым двигателем (не показан), турбинное 3 колесо, установленное на входном 9 валу, первый 7 и второй 8 реакторы, установленные последовательно каждый на первой 12 и второй 26 муфтах свободного хода и расположенные между выходами 30 лопастных каналов 24 турбинного 3 колеса и входами 31 лопастных каналов насосного 2 колеса, имеющие между собой гидравлическую связь и образующие при меридиональном сечении однотипные внутренний 14 и наружный торы с расположенными между ними лопастными каналами 24 с углами входа и выхода гидравлического потока. Турбинное 3 колесо, насосное 2 колесо и реакторы 7 и 8 гидравлически связаны между собой. Муфты 12 и 26 свободного хода механически связаны с корпусом 4.

Кроме того, гидротрансформатор содержит механизм блокировки 11, расположенный в картере 1 и имеющий принудительную механическую связь с насосным 2 и турбинным 3 колесами. Гидротрансформатор снабжен дополнительно третьим 6 реактором, установленным посредством спиц 10 на третьей 27 муфте свободного хода и расположенным над первым 7 и вторым 8 реакторами между внутренними 14 торами турбинного 3 и насосного 2 колес, при этом на внутренней поверхности торов 14 турбинного 3 и насосного 2 колес по периферии выполнены проходные отверстия 15, соединенные со входами 23 турбинного 3 колеса и выходами 28 насосного 2 колеса. Кроме того в турбинном 3 колесе дополнительно выполнены лопастные каналы 25, имеющие углы выхода больше, чем углы выхода гидравлического потока лопастных каналов 24, связанные гидравлически со входами 23 турбинного 3 колеса и через его выходы 15 со входами 29 третьего 6 реактора, а входные 22 отверстия лопастных каналов 24 турбинного 3 колеса выполнены чередующимися с лопастными каналами 25, имеющими углы выхода и входа гидравлического потока.

Гидротрансформатор в общем случае работает следующим образом.

Мощность в виде механического вращательного потока от тягового двигателя передается через входной 5 вал на насосное 2 колесо гидротрансформатора. В насосном 2 колесе механический мощностной поток преобразуется в гидравлический поток. Под действием центробежных сил рабочая жидкость (масло) в насосном 2 колесе по однотипным каналам устремляется к его выходам, увеличивая при этом свою скорость. Каждая частица жидкости участвует в двух движениях: в относительном - со скоростью ω и в переносном, при вращении колес вокруг своей оси, со скоростью u. Абсолютная скорость V струи на выходе из насосного 2 колеса будет иметь величину и направление диагонали параллелограмма, построенного на скоростях ω и u. С той же скоростью V (по величине и направлению), а следовательно, одинаковой энергией жидкость поступает одновременно во входы 22 и 23 чередующихся лопастных каналов 24 и 25 турбинного 3 колеса. Различные углы наклона лопастных каналов 24 и 25, а также действие центростремительных сил обеспечивает подвоз гидравлического потока соответственно к первому 7 и третьему 6 реакторам, причем гидравлический поток при выходе из турбинного 3 колеса имеет направление движения, обратное направлению вращения насосного 2 колеса, и при этом механические моменты соответственно на насосном 2 и турбинном 3 колесах равны между собой. При прохождении первого 7 и третьего 6 реакторов гидравлический поток разделяется на два параллельных потока, при этом за счет прогнутости лопастей 6, 7 и 8 в обратную сторону по сравнению с лопастями 17 и 18 турбинного 3 колеса направление в них гидравлического потока совпадает с направлением вращения насосного 2 колеса, и кроме того за счет сужения лопастных каналов реакторов 6, 7 и 8 скорость движения жидкости на выходе из них увеличивается. В насосном 2 колесе оба гидравлических потока суммируются и процесс повторяется.

При использовании гидротрансформатора, например, на транспортном средстве в качестве преобразователя крутящего момента он может работать на трех режимах: режиме трансформации момента, режиме гидромуфты и режиме блокировки.

На режиме трансформации момента гидротрансформатор работает следующим образом.

При трогании (начале движения) транспортного средства с места и дальнейшем движении в неблагоприятных условиях (большой момент сопротивления движению) реакторы 6, 7 и 8 неподвижны, так как вектор абсолютной скорости V гидравлического потока направлен на вогнутую сторону лопастей реакторов, что блокирует реакторы от вращения на муфтах 12, 26 и 27 свободного хода и тем самым создают дополнительные реактивные гидравлические моменты на турбинном 3 колесе. С увеличением частоты вращения входного 5 вала и, следовательно, с увеличением кинетической энергии частиц жидкости в результате меньшего угла наклона лопастей 17 турбинного 3 колеса первым на муфте 12 свободного хода начинает проворачиваться реактор 7, так как вектор абсолютной скорости гидравлического потока на этом реакторе направлен на выпуклую сторону его лопастей. При дальнейшем увеличении частоты вращения насосного 2 колеса начинает проворачиваться реактор 8 и последним начнет вращаться реактор 6. В результате вращения (разблокирования) реакторов будет уменьшаться момент на турбинном валу 9 и соответственно будет увеличиваться его частота вращения.

При выравнивании моментов на насосном 2 и турбинном 3 колесах гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты (точка C). В этом режиме КПД гидротрансформатора больше, чем в режиме трансформации момента. В последующем для исключения проскальзывания насосного 2 и турбинного 3 колес между собой оператор (водитель) может принудительно блокировать (точка B) их с помощью механизма блокировки 11, что возможно при движении в благоприятных условиях (низкий момент сопротивления движению) и в результате чего КПД гидротрансформатора приблизительно будет равен единице, то есть максимален.

Снабжение гидротрансформатора дополнительным реактором 6 позволяет, во-первых, на режиме трансформации момента повысить момент на турбинном 3 валу, а следовательно, и расширить диапазон значений высоких КПД влево (по фиг. 4 это расширение заштриховано). Во-вторых, параллельная установка третьего 6 реактора и наличие дополнительных отверстий во внутренних торах 14 турбинного 3 и насосного 2 колес образовало дополнительную рабочую полость, что обеспечило параллельное прохождение гидравлического потока через реакторы за счет ступенчатого применения конструкционных параметров рабочей полости. Наличие дополнительной рабочей полости увеличило площадь проходного сечения каналов, что уменьшило общий коэффициент гидравлического сопротивления и позволило при равных условиях с прототипом уменьшить момент на насосном колесе и тем самым "сдвинуть" точку пересечения моментов на насосном 2 и турбинном 3 колесах вправо и в результате чего позволило задержать на некоторое время момент поступления режима гидромуфты, а следовательно, и расширить диапазон значений с высоким КПД вправо.

Расширение диапазона значений с высоким КПД гидротрансформатора позволяет повысить его экономичность, так как он имеет меньшие потери, и тем самым снизить затраты мощности при его эксплуатации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Колесное шасси. МАЗ 7911. Техническое описание. Ч. 1. М.: Воениздат, 1990, с. 68...72.

2. Антонов А. С. , Армейские автомобили, Ч. 1., Теория. М.: Воениздат, 1970, с. 171, 172.

3. Трусов С.М. Автомобильные гидротрансформаторы.- М.: Машиностроение, 1977, с. 132.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции гидродинамического трансформатора для передачи энергии между двигателем и потребителем мощности с одновременным автоматическим и бесступенчатым изменением крутящего момента и частоты вращения. Изобретение направлено на расширение диапазона значений с высоким КПД в зависимости от частоты вращения выходного вала гидротрансформатора. Решение поставленной задачи достигается тем, что гидротрансформатор дополнительно снабжен третьим реактором, установленным посредством спиц на третьей муфте свободного хода и расположенным под первым и вторым реакторами между внутренними торами турбинного и насосного колес, при этом на внутренней поверхности торов турбинного и насосного колес по периферии выполнены проходные отверстия, соединенные с входами турбинного колеса и выходами насосного колеса, кроме того, в турбинном колесе выполнены лопастные каналы, имеющие углы выхода больше, чем углы выхода гидравлического потока, связанные гидравлически с входами турбинного колеса и через его входные отверстия лопастных каналов турбинного колеса выполнены чередующимися лопастными каналами, имеющими углы выхода и входа гидравлического потока. 4 ил.

Гидротрансформатор, содержащий насосное колесо, которое через входной вал механически связано с тяговым двигателем, турбинное колесо, механически связанное с выходным валом, первый и второй реакторы, установленные последовательно каждый соответственно на первой и второй муфтах свободного хода и расположенные между выходами лопастных каналов турбинного колеса и входами лопастных каналов насосного колеса, имеющие между собой гидравлическую связь и образующие при меридиональном сечении однотипные внутренний и наружный торы с расположенными между ними лопастными каналами с углами входа и выхода гидравлического потока, и механизм блокировки насосного и турбинного колес, размещенный в общем герметичном корпусе, отличающийся тем, что он снабжен дополнительно третьим реактором, установленным посредством спиц на третьей муфте свободного хода и расположенным над первым и вторым реакторами между внутренними торами турбинного и насосного колес, при этом на внутренней поверхности торов турбинного и насосного колес по периферии выполнены проходные отверстия, соединенные с входами турбинного колеса и выходами насосного колеса, кроме того, в турбинном колесе дополнительно выполнены лопастные каналы, имеющие углы выхода больше, чем углы выхода гидравлического потока, связанные гидравлически с входами турбинного колеса и через его выходы с входами третьего реактора, а входные отверстия лопастных каналов турбинного колеса выполнены чередующимися с лопастными каналами, имеющими углы выхода и входа гидравлического потока.