ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГИДРОТРАНСФОРМАТОРА Российский патент 2001 года по МПК F16H41/30 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и конкретно касается конструкции гидравлической системы гидротрансформатора транспортного средства.

Известна гидравлическая система гидротрансформатора [1], выбранная в качестве прототипа, содержащая размещенные в корпусе насосное, турбинное и реакторное колеса, образующие меридиональную полость, сообщающуюся гидравлически с каналами подвода и отвода рабочей жидкости гидротрансформатора, а также содержащая теплообменник, предохранительный клапан, насос, связанный механически с входным валом, центробежный щиток, связанный механически с выходным валом, и датчик частоты вращения, связанные между собой гидравлически.

Недостатками известной гидравлической системы гидротрансформатора является, во-первых, то, что насос создает напор в меридиональной полости, который возрастает с увеличением передаточного отношения гидротрансформатора [2] , хотя в то же время известно [3], что потери напора наибольшие при низких значениях передаточного отношения гидротрансформатора, а наименьшие при высоких значениях передаточного отношения гидротрансформатора. Этот недостаток обусловлен механической связью насоса с входным валом, что приводит в итоге к снижению высоких значений КПД гидравлической системы гидротрансформатора на режиме трансформации момента (i_ГДТ < 0,7).

Во-вторых, отключение насоса осуществляется предохранительным клапаном, который срабатывает в зависимости от частоты вращения входного вала гидротрансформатора и не имеет связи с выходным валом гидротрансформатора, что в итоге снижает высокие значения КПД гидротрансформатора на режиме гидромуфты.

Изобретение направлено на расширение диапазона высоких значений КПД и его повышение во всем диапазоне передаточных отношений работы гидротрансформатора при компактности и надежности конструкции.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в гидравлическую систему гидротрансформатора, содержащую размещенные в корпусе насосное колесо, установленное на входном валу, турбинное колесо, установленное на выходном валу, реакторное колесо, установленное на муфте свободного хода, образующие меридиональную полость, сообщающуюся гидравлически с каналами подвода и отвода рабочей жидкости, а также предохранительный клапан, насос, связанный механически с входным валом, теплообменник, картер, центробежный щиток, связанный механически с выходным валом, датчик частоты вращения выходного вала, связанные между собой гидравлически, причем предохранительный клапан связан с каналом подвода рабочей жидкости, дополнительно введены предохранительный клапан непрямого действия, содержащий основной и вспомогательный клапаны, и клапанный распределитель, содержащий первый и второй конические клапаны, при этом вход предохранительного клапана непрямого действия связан гидравлически с меридиональной полостью гидротрансформатора посредством канала отвода рабочей жидкости из гидротрансформатора, первый выход - с первым входом клапанного распределителя, второй выход - с муфтой свободного хода реакторного колеса, второй вход клапанного распределителя связан гидравлически с выходом датчика частоты вращения выходного вала, первый выход клапанного распределителя связан гидравлически с картером гидропередачи, а второй - с предохранительным клапаном.

На фиг. 1 показана гидравлическая система гидротрансформатора, общий вид; на фиг. 2 - реакторное колесо и муфта свободного хода; на фиг. 3 - характеристика принципа действия предохранительного клапана непрямого действия; на фиг. 4 - графики зависимостей КПД гидротрансформатора η_ГДТ от передаточного отношения i_ГДТ с выделенными диапазонами высоких значений КПД гидротрансформаторов прототипа d и описываемого d'.

Гидравлическая система гидротрансформатора содержит: корпус гидротрансформатора 1, насосное 14 колесо, установленное на входном 2 валу, связанном механически с двигателем (на чертеже не показан) и с насосом 3, с одной стороны связанным гидравлически через предохранительный 4 клапан с каналом подвода рабочей жидкости в гидротрансформатор 19, а с другой стороны - с теплообменником 21, который связан гидравлически с картером 13 гидропередачи 22, турбинное 15 колесо, установленное на выходном 18 валу, связанном механически с центробежным щитком 12, который гидравлически связан с датчиком частоты вращения 11 и картером 13 гидропередачи 22, реакторное 16 колесо, установленное на муфте свободного хода 17.

Кроме того, гидравлическая система гидротрансформатора снабжена дополнительно предохранительным клапаном непрямого действия 5, содержащим основной 6 и вспомогательный 7 клапаны, и клапанным распределителем 8, содержащим первый 9 и второй 10 конические клапаны, при этом вход предохранительного клапана непрямого действия 5 связан гидравлически с меридиональной полостью гидротрансформатора посредством канала отвода рабочей жидкости из гидротрансформатора 20, первый выход которого связан гидравлически с первым входом клапанного распределителя 8, второй выход - с муфтой свободного хода 17 реакторного 16 колеса, а второй вход клапанного распределителя 8 связан гидравлически с выходом датчика частоты вращения 11, первый выход которого связан гидравлически с картером 13 гидропередачи 22, а второй - с предохранительным клапаном 4.

Гидротрансформатор в общем случае работает следующим образом: мощность в виде механического вращательного потока от двигателя (не показан) передается на входной вал 2 и далее через механическую связь на насосное 14 колесо гидротрансформатора. В насосном 14 колесе механический мощностной поток преобразуется в гидравлический мощностной поток, который передается на турбинное 15 колесо, а от него, проходя через реакторное 16 колесо, возвращается к насосному 14 колесу и цикл повторяется. В процессе работы гидротрансформатора происходят потери напора рабочей жидкости на колесах гидротрансформатора, для восполнения которых в гидротрансформатор подается рабочая жидкость под избыточным давлением от насоса 3. Основной поток рабочей жидкости проходит по следующему пути: картер 13 гидропередачи 22, теплообменник 21, насос 3, предохранительный клапан 4, канал подвода рабочей жидкости в гидротрансформатор 19, насосное 14, турбинное 15, реакторное 16 колеса гидротрансформатора, канал отвода рабочей жидкости из гидротрансформатора 20, предохранительный клапан непрямого действия 5, клапанный распределитель 8, картер 13 гидропередачи 22 и цикл повторяется.

В процессе эксплуатации транспортного средства гидротрансформатор может работать в двух режимах: в режиме трансформации момента и в режиме гидромуфты.

Режим трансформации момента соответствует низким значениям передаточного отношения гидротрансформатора i_ГДТ В этом режиме работы реакторное 16 колесо неподвижно до момента времени, соответствующего i_ГДТ ≈ 0,7 [4]. В этом случае рабочая жидкость, поступающая от насоса 3, создает дополнительный напор на всех колесах гидротрансформатора при низких значениях передаточного отношения i_ГДТ за счет срабатывания предохранительного клапана непрямого действия 5 (фиг. 3) (принцип действия которого описан в [5]). Кроме того, на этом же режиме рабочая жидкость через второй выход предохранительного клапана непрямого действия 5 подается к муфте свободного хода 17, создавая дополнительный напор на ее роликах 23 (фиг. 2) после того, как динамический напор на реакторном колесе изменит направление, воздействуя на его лопатки, превысит усилие пружины 24 толкателя 25 и величину статического давления, подводимого в область заклинивания перед роликами, при этом, замедляя их перемещение и переход гидротрансформатора в режим гидромуфты (штрихпунктирная линия 26, фиг. 4) и тем самым расширяя диапазон высоких значений КПД в сторону низких значений передаточного отношения i_ГДТ, так как в этом случае увеличивается гидравлическая мощность и момент на реакторном 16 колесе (штрихпунктирная линия 27, фиг. 4). На режиме трансформации момента рабочая жидкость после канала отвода рабочей жидкости из гидротрансформатора 20 протекает по следующему пути: вход предохранительного клапана непрямого действия 5, основной 6 клапан, вспомогательный 7 клапан, первый вход клапанного распределителя 8, второй 10 конический клапан, картер 13 гидропередачи 22 и параллельно из предохранительного клапана непрямого действия 5 через второй выход рабочая жидкость подводится к муфте свободного входа 17 реакторного 16 колеса.

С увеличением частоты вращения выходного 18 вала при i_ГДТ ≈ 0,7 [4] гидротрансформатор переходит в режим работы гидромуфты. В этом режиме реакторное 16 колесо начинает вращаться, потери напора на колесах гидротрансформатора становятся минимальными, а их крутящие моменты - приблизительно равными [4]. Кроме того, с увеличением частоты вращения выходного 18 вала увеличивается соответственно и частота вращения центробежного щитка 12, который, захватывая рабочую жидкость из картера 13 гидропередачи, создает дополнительный напор в датчике частоты вращения (трубка Пито) 11, воздействующий на клапанный распределитель 8 и изменяющий в нем путь прохождения рабочей жидкости (принцип действия клапанного распределителя описан в [5]). В этом случае рабочая жидкость, входящая в клапанный распределитель 8, движется по следующему пути: первый вход клапанного распределителя 8, первый 9 конический клапан, предохранительный клапан 4, с помощью которого происходит отключение насоса 3 от меридиональной полости гидротрансформатора и перевод работы насоса 3 в режим холостого хода, что обеспечивает минимальный отбор мощности на привод насоса 3. Расширение диапазона высоких значений КПД гидротрансформатора (d' > d, фиг. 4) обусловлено увеличением напора рабочей жидкости за счет срабатывания предохранительного клапана непрямого действия, что определило на графике дополнительную площадь F₁ на режиме трансформации момента (фиг. 4), и увеличением крутящего момента на реакторном колесе при воздействии рабочей жидкости на ролики муфты свободного хода, что определило на графике дополнительную площадь F₂ на режиме гидромуфты (фиг. 4).

Повышение КПД гидротрансформатора во всем диапазоне его передаточного отношения пропорционально суммарному значению площадей F₁ и F₂. Очевидно, что общая суммарная площадь КПД гидротрансформатора нового технического решения больше по сравнению с площадью зоны КПД гидротрансформатора прототипа.

Кроме того, общий КПД гидравлической системы гидротрансформатора повысился за счет получения дополнительной мощности, не используемой на привод насоса в режиме холостого хода, которая реализуется в гидротрансформаторе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Колесное шасси 7911 и его модификации. Техническое описание. М.: Воениздат, 1990. - С. 79-81.

2. Стесин С. П. , Яковенко Е.А. Гидродинамические передачи. М.: Машиностроение. 1973. - С. 249- 250, рис. 141,б.

3. Антонов А.С., Запрягаев М.М, Хавханов В.П. Армейские гусеничные машины, часть 1. Теория. М.: Воениздат, 1973. - С. 140-142.

4. Вознюк B.C. Гидравлика и гидравлические машины. М.: Воениздат, 1979. - С. 159.

5. Холин К.М., Никитин О.Ф. Основы гидравлики и объемные гидроприводы. М.: Машиностроение, 1989. - С. 103-104, 109-110.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и конкретно касается конструкции гидравлической системы гидротрансформатора транспортного средства. Техническим результатом изобретения является расширение диапазона высоких значений КПД и его повышение во всем диапазоне передаточных отношений работы гидротрансформатора при компактности и надежности конструкции. В гидравлическую систему гидротрансформатора введены предохранительный клапан непрямого действия и клапанный распределитель, при этом вход предохранительного клапана непрямого действия связан с меридиональной полостью гидротрансформатора посредством канала отвода рабочей жидкости из гидротрансформатора, первый выход - с первым входом клапанного распределителя, второй выход - с муфтой свободного хода реакторного колеса, второй вход клапанного распределителя связан с выходом датчика частоты вращения выходного вала, первый выход клапанного распределителя связан с картером гидропередачи, а второй - с предохранительным клапаном. 4 ил.

Гидравлическая система гидротрансформатора, содержащая размещенные в корпусе насосное колесо, установленное на входном валу, турбинное колесо, установленное на выходном валу, реакторное колесо, установленное на муфте свободного хода, образующие меридиональную полость, сообщающуюся гидравлически с каналами подвода и отвода рабочей жидкости, а также предохранительный клапана, насос, связанный механически с входным валом, теплообменник, картер, центробежный щиток, связанный механически с выходным валом, датчик частоты вращения выходного вала, связанные между собой гидравлически, причем предохранительный клапан связан с каналом подвода рабочей жидкости, отличающаяся тем, что введены предохранительный клапан непрямого действия, содержащий основной и вспомогательный клапаны, и клапанный распределитель, содержащий первый и второй конические клапаны, при этом вход предохранительного клапана непрямого действия связан гидравлически с меридиональной полостью гидротрансформатора посредством канала отвода рабочей жидкости из гидротрансформатора, первый выход - с первым входом клапанного распределителя, второй выход - с муфтой свободного хода реакторного колеса, второй вход клапанного распределителя связан гидравлически с выходом датчика частоты вращения выходного вала, первый выход клапанного распределителя связан гидравлически с картером гидропередачи, а второй - с предохранительным клапаном.