ГИДРОТРАНСФОРМАТОР-ГИДРОЗАМЕДЛИТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК F16H41/00 

Изобретение относится к гидравлическим передачам вращения гидродинамического типа.

Область использования - транспортное машиностроение, например в трансмиссиях транспортных машин.

Известна тягово-тормозная гидродинамическая передача, совмещающая функции преобразователя крутящего момента (гидротрансформатора) и гидродинамического тормоза (гидрозамедлителя). Ее конструктивные признаки представлены в описании к патенту на изобретение № 1763757. В настоящей заявке она принята за прототип.

Передача-прототип (гидротрансформатор-гидрозамедлитель) содержит круг циркуляции с активным диаметром D_а, заключенный между наружным и внутренним торами, и установленные в нем последовательно лопаточные части насосного, тормозного, турбинного реакторного и тормозного колес, роликовую муфту свободного хода, фрикцион блокировки насосного и турбинного колес, механический тормоз, взаимодействующий с тормозным лопаточным колесом, входную и выходную гидролинии, входной и выходной валы.

Гидротрансформатор-гидрозамедлитель (ГТ-ГЗ) по прототипу в настоящее время применен и эксплуатируется в нескольких автобусных гидромеханических передачах ГМП-4В конструкции ОАО ″ВНИИ-трансмаш″, ведутся проектные работы по его использованию в ряде транспортных машин специального назначения. Расширение области применения ГТ-ГЗ показало, что оптимальное сочетание его тяговых и тормозных характеристик становится трудно разрешимой задачей в конструкциях ГМП с ограниченными диаметральными габаритами. Это проявляется в том, что по мере уменьшения активного диаметра D_а наблюдается все большее отставание тормозной мощности от тяговой, что ухудшает общемашинные показатели. Увеличение тормозной мощности в прототипе возможно лишь за счет снижения коэффициента трансформации на тяговых режимах, что не всегда допустимо, особенно для коробок передач с относительно небольшим числом переключаемых передач.

Таким образом, практика использования передачи-прототипа делает актуальной задачу повышения тормозной мощности ГТ-ГЗ при сохранении его тяговой характеристики. В предлагаемой заявке эта задача решена благодаря тому, что в полости внутреннего тора образован дополнительный круг циркуляции с активным диаметром D_а1, гидравлически связанный с основным кругом циркуляции, одна половина которого размещена в тормозном колесе, а другая - в насосном, причем в каждой из них установлены плоские лопатки, жестко связанные соответственно с тормозным и насосным колесами; благодаря тому, что угол установки лопаток в дополнительном круге циркуляции находится в пределах 30...90°, D_а1=(0,8...0,9)D_а, осевой размер дополнительного круга циркуляции составляет (0,07...0,11)D_а, а его радиальный размер (0,07...0,09)D_а; благодаря тому, что гидравлическая связь дополнительного круга циркуляции с основным выполнена в виде осевых и радиального зазоров между тормозным колесом и насосным и турбинным колесами; благодаря тому, что гидравлическая связь дополнительного круга циркуляции с основным выполнена в виде сквозных отверстий в полости дополнительного круга циркуляции, размещенной на тормозном колесе.

Предлагаемый ГТ-ГЗ представлен на фиг.1-5. На фиг.1 показана общая конструктивная схема ГТ-ГЗ, на фиг.2 - тормозное колесо с установленными в нем лопатками дополнительного круга циркуляции, на фиг.3 показаны углы установки лопаток в дополнительном круге циркуляции на насосном и тормозном колесах, на фиг.4 представлен фрагмент ГТ-ГЗ, содержащий только насосное, тормозное и турбинное колеса с проставленными характерными размерами, на фиг.5 показано отдельно тормозное колесо со сквозными отверстиями в полости дополнительного круга циркуляции.

Гидротрансформатор-гидрозамедлитель (фиг.1) содержит круг циркуляции с активным диаметром D_а, заключенный между наружным 1 и внутренним 2 торами, и установленные в нем последовательно лопаточные части насосного 3, тормозного 6, турбинного 4, реакторного 5 и снова тормозного колеса 6 (тормозное колесо 6 дважды пересекает круг циркуляции). Он также содержит роликовую муфту свободного хода 7, фрикцион блокировки насосного и турбинного колес 8, механический тормоз 9, взаимодействующий с тормозным лопаточным колесом 6, входную 10 и выходную 11 гидролинии, входной 12 и выходной 13 валы. Основной отличительный признак заключается в том, что в полости внутреннего тора образован дополнительный круг циркуляции с активным диаметром D_а1 (фиг.1), гидравлически связанный с основным кругом циркуляции, одна половина которого размещена в тормозном колесе 6, а другая - в насосном 3, причем в каждой из них установлены плоские лопатки 14 (фиг.2 и 3), жестко связанные соответственно с тормозным и насосным колесами.

Предлагаемый ГТ-ГЗ работает следующим образом. После запуска двигателя, соединенного с входным валом 12, происходит заполнение рабочей жидкостью, например трансмиссионным маслом, круга циркуляции и всей рабочей полости, включающей в себя область внутреннего тора 2 с дополнительным кругом циркуляции, область размещения блокировочного фрикциона 8, объемы маслоканалов входной 10 и выходной 11 гидролиний. Блокировочный фрикцион 8 и тормоз 9 выключены, в коробке передач, с которой соединен выходной вал 13, включена нейтраль. Вращающееся насосное колесо 3 передает через масло вращение тормозному 6 и турбинному 4 колесам, которые, не имея внешних связей (тормоз 9 выключен, в коробке передач - нейтраль), оказываются в свободном вращении практически с равной насосному колесу угловой скоростью. Вращающееся вхолостую турбинное колесо 4 передает вращение (через масло) реакторному колесу 5, направлению которого муфта свободного хода 7 не препятствует.

После включения в коробке передач передачи для трогания выходной вал 13 становится связанным с движителем транспортной машины, турбинное колесо 4 останавливается, реакторное 5 также становится неподвижным, поскольку на нем изменяется знак момента. Возникает кольцевое движение масла по кругу циркуляции из насосного колеса в турбинное и далее через реакторное колесо снова в насосное. Тормозное колесо 6, не имея внешней связи, оказывает очень незначительное сопротивление циркулирующему потоку. (Экспериментально установлено, что тормозное колесо в ГТ-ГЗ, выполненное по патенту № 1763757, снижает КПД гидротрансформатора на 2,0...2,5%.)

Воздействуя на педаль подачи топлива в двигатель, водитель повышает частоту вращения насосного колеса 3, что увеличивает скорость циркуляции масла в полости ГТ-ГЗ, тяговое усилие на турбинном колесе 4 возрастает и происходит страгивание машины. Последовательным переключением передач набирается требующаяся скорость движения машины, после чего, как правило, автоматически включается блокировочный фрикцион 8, что выключает гидротрансформатор из силового потока и вследствие этого повышается экономичность транспортной машины. До момента включения блокировочного фрикциона, так и после кольцевого движения жидкости (масла) в дополнительном круге циркуляции нет, поскольку тормозное колесо на тяговых режимах вращается практически без скольжения по отношению к насосному колесу.

Для торможения машины отпускается педаль подачи топлива в двигатель и осуществляется воздействие на орган управления гидрозамедлителем, в результате чего срабатывает тормоз 9 и гидротрансформатор переводится в режим гидрозамедлителя. Насосное колесо 3 через лопатки основного и дополнительного кругов циркуляции и турбинное колесо 4 начинают взаимодействовать с остановившимся тормозным колесом 6, и выходной вал 13 ГТ-ГЗ вместе с транспортной машиной замедляются. Для окончания торможения снимается воздействие на орган управления гидрозамедлителем, в результате чего тормоз 9 выключается, а тормозное колесо 6 опять переходит на свободное вращение.

Ориентировочные оценки показывают, что при приемлемых конструктивно размерах дополнительного круга циркуляции и углах наклона расположенных в нем лопаток может быть получена дополнительная тормозная мощность, равная 1,4 исходной тормозной мощности, реализуемой в ГТ-ГЗ-прототипе. Другими словами, в предлагаемом ГТ-ГЗ тормозная мощность может быть повышена в 2,4 раза по сравнению с прототипом без ухудшения тяговой характеристики ГТ-ГЗ.

На фиг.2 и 3 показана расстановка лопаток в дополнительном круге циркуляции, а на фиг.4 его активный диаметр D_а1 (также и на фиг.1), осевой размер В и радиальный размер Е. Лопатки - плоские, как и в автономных гидрозамедлителях подобной конструкции. Тормозная мощность гидрозамедлителя в дополнительном круге циркуляции пропорциональна пятой степени его активного диаметра D_а1, поэтому он должен выбираться максимальным, исходя из конструктивных возможностей. Осевой В и радиальный Е размеры дополнительного круга циркуляции определяют его площадь и ее статический момент, влияющий на величину тормозной мощности. Угол установки β лопаток (фиг.3) также существенно влияет на уровень тормозной мощности. При β<90° в насосном колесе 3 (фиг.3) лопатки оказываются наклоненными ″вперед″ по отношению к окружной скорости (вектор И на фиг.3), что увеличивает абсолютную скорость жидкости на выходе из межлопаточных каналов и повышает тормозную мощность по сравнению с радиальными лопатками, у которых β=90°. Конструкторский анализ показал, что возможна и целесообразна следующая регламентация: угол установки лопаток в дополнительном круге циркуляции находится в пределах 30...90°, D_а1=(0,8...0,9)D_а, осевой размер дополнительного круга циркуляции составляет (0,07...0,11)D_а, а его радиальный размер (0,07...0,09)D_а. Разработка одного из вариантов ГТ-ГЗ с дополнительным кругом циркуляции показала, что в пределах указанных соотношений стало возможным выравнивание тормозной и тяговой мощностей в ГТ-ГЗ с активным диаметром 460 мм при радиальных лопатках в дополнительном круге циркуляции, тогда как проектирование его по прототипу потребовало бы для уравнивания мощностей увеличение активного диаметра до 490 мм, что было неприемлемым по располагаемым габаритам моторно-трансмиссионной установки транспортной машины.

На фиг.4 и 5 показано, что гидравлическая связь дополнительного круга циркуляции с основным осуществлена через два осевых и один радиальный зазоры Δ между тормозным и насосным и турбинным колесами, а также в виде сквозных отверстий 15 на тормозном колесе 6, входящих в полость дополнительного круга циркуляции. Гидравлическая связь дополнительного и основного кругов циркуляции должна быть достаточно надежной, поскольку входная и выходная гидролинии (фиг.1, поз. 10 и 11) подпитки и охлаждения гидротрансформатора задействованы на основной круг циркуляции. Наличие указанных зазоров Δ, расположенных на относительно больших радиусах, обеспечивает достаточно большие проходные сечения между тормозным и соседними колесами, по которым беспрепятственно проходит рабочая жидкость (масло), вынося тепло из малого круга циркуляции на тормозных режимах.

Сквозные отверстия 15 способствуют лучшему охлаждению дополнительного круга циркуляции на тормозных режимах. Введение их целесообразно также и потому, что на тяговых режимах они практически разгружают вращающееся тормозное колесо от осевых нагрузок.

Изобретение относится к гидравлическим передачам гидродинамического типа. Гидротрансформатор содержит круг циркуляции с активным диаметром D_а, заключенный между наружным 1 и внутренним 2 торами, установленные последовательно лопаточные части насосного 3, тормозного 6, турбинного 4, реакторного 5 и снова тормозного 6 колес, роликовую муфту 7 свободного хода, фрикцион 8 блокировки насосного и турбинного колес, механический тормоз 9, входную 10 и выходную 11 гидролинии, входной 12 и выходной 13 валы. В области внутреннего тора 2 установлен дополнительный круг циркуляции с активным диаметром D_а1, гидравлически связанный с основным кругом циркуляции, одна половина которого размещена в тормозном колесе 6, другая – в насосном колесе 3. В каждой из них установлены плоские лопатки, жестко связанные соответственно с тормозным 6 и насосным 3 колесами. Технический результат – повышение тормозной мощности гидротрансформатора-гидрозамедлителя при сохранении его тяговой характеристики. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Гидротрансформатор-гидрозамедлитель, содержащий круг циркуляции с активным диаметром D_а, заключенный между наружным и внутренним торами, и установленные в нём последовательно лопаточные части насосного, тормозного, турбинного, реакторного и тормозного колёс, роликовую муфту свободного хода, фрикцион блокировки насосного и турбинного колёс, механический тормоз, взаимодействующий с тормозным лопаточным колесом, входную и выходную гидролинии, входной и выходной валы, отличающийся тем, что в полости внутреннего тора образован дополнительный круг циркуляции с активным диаметром D_а1, гидравлически связанный с основным кругом циркуляции, одна половина которого размещена в тормозном колесе, а другая - в насосном, причём в каждой их них установлены плоские лопатки, жестко связанные соответственно с тормозным и насосным колёсами.2. Гидротрансформатор-гидрозамедлитель по п.1, отличающийся тем, что угол установки лопаток в дополнительном круге циркуляции находится в пределах 30 - 90°, D_а1=(0,8 - 0,9)·D_а, осевой размер дополнительного круга циркуляции составляет (0,07 - 0,11)·D_а, а его радиальный размер (0,07 - 0,09)·D_а.3. Гидротрансформатор-гидрозамедлитель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что гидравлическая связь дополнительного круга циркуляции с основным выполнена в виде осевых и радиального зазоров между тормозным колесом и насосным и турбинным колёсами.4. Гидротрансформатор-гидрозамедлитель по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что гидравлическая связь дополнительного круга циркуляции с основным выполнена в виде сквозных отверстий в полости дополнительного круга циркуляции, размещенной на тормозном колесе.