Устройство привода вентилятора системы охлаждения военной гусеничной машины Российский патент 2025 года по МПК F01P5/02 B60K11/02 

Изобретение относится к военным гусеничным машинам (ВГМ), в частности к системам охлаждения (СО) силовой установки (СУ).

ВГМ эксплуатируются в разных климатических условиях, характеризующихся разницей температур как в течении суток, так и в течении года. Для обеспечения работы СУ температурный режим входящего в ее состав двигателя внутреннего сгорания (ДВС) должен поддерживаться в определенном диапазоне температур.

Поддержание температурного режима работы ДВС осуществляется инжекционными и вентиляторными СО.

Конструктивной особенностью вентиляторной СО ВГМ является то, является наличие центробежного или осевого вентилятора, который имеет различный привод для вращения механический от коленчатого вала (КВ) ДВС, электрический от электромашины, гидравлический от гидравлического мотора. Каждый из этих приводов обладает преимуществами и недостатками. Привод от КВ ДВС обладает преимуществом в сравнении электрическим и гидравлическим, так как он не зависимо от исправности гидросистемы и работоспособности генератора обеспечит поддержание температурного режима. Однако механический привод обладает и существенным недостатком, обуславливающим зависимость частоты вращения вентилятора от частоты оборотов КВ ДВС.

При работе ДВС с нагрузкой (при движении ВГМ в сложных дорожно-грунтовых условиях или на подъем) частота вращения КВ ДВС уменьшается а величина подачи топлива остается неизменной (при работе ДВС на внешней скоростной характеристики (ВСХ)), это приводит к большой теплоотдачи в СО, а производительность вентилятора снижается и как следствие температуры охлаждающей жидкости (ОЖ) ДВС повышается, что может привести к выходу ДВС из строя.

Таким образом необходимо иметь возможность регулировать частоту вращения вентилятора независимо от частоты вращения КВ ДВС с сохранением возможности механической связи вентилятора с КВ ДВС.

Известна вентиляторная система жидкостного охлаждения силовой установки танка Т-72 (Объект 172М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга вторая.М., Воениздат, 1975, 584 с), содержащая дизель с рубашками охлаждения цилиндров двигателя, механический водяной насос, радиаторы, вентилятор, повышающий редуктор, редуктор привода вентилятора, фрикцион вентилятора и датчик температуры. Недостатками этой конструкции является, зависимость скорости вращения вентилятора от скорости вращения КВ ДСВ и недостаточное охлаждение двигателя, особенно при его работе на внешней скоростной характеристике двигателя и в жарком климате;

Известна система охлаждения гусеничной или колесной машины (Патент RU 144056 F01P 7/04, F01D 45/00.Опубл.10.08.2014), содержащая двигатель, датчик температуры двигателя, вентилятор охлаждения содержащая электродвигатель, датчик оборотов электродвигателя, микроконтроллер и транзистор. Недостатком этой конструкции является отсутствие механической связи вентилятора с КВ двигателя, что не обеспечивает его работоспособность, вслучае, выхода из строя электродвигателя или отсутствия его питания при отсутствии напряжения бортовой сети в случае ее отказа.

Известна система охлаждения танка (Патент RU 2199017 F01P 7/04, F01P 5/04.Опубл.20.02.2003). содержащая рубашку блока, радиаторы, вентилятор, входной редуктор, редуктор вентилятора, упругую муфту и датчик температуры. Недостатком этой конструкции является отсутствие механической связи вентилятора с КВ двигателя, что не обеспечивает его работоспособность. При нарушении герметичности контура из строя выйдут обе системы. Что исключит работу двигателя при неподвижной машине, снизив таким образом ее боеготовность (отсутствие возможности использовать ВТТ в оборонительных порядках как огневую точку).

Известна система охлаждения танка (Патент RU. 175715 F01P 5/04, F01P 7/08.Опубл. 15.12.17) содержащая радиатор системы охлаждения, электронный блок управления, дизель с рубашками охлаждения цилиндров, датчик температуры охлаждающей жидкости, редуктор привода вентилятора, магнитореологическую муфту. Недостатком данной системы охлаждения танка являются значительные затраты энергии для создания магнитного поля, изменяющего характеристики магнитореологической жидкости, для обеспечения передачи крутящего момента вентилятору.

Из уровня техники известна система охлаждения танка (Патент RU 185652 F41H 7/12, F01P 11/18. Опубл. 13.12.18), содержащая дизель с рубашками охлаждения цилиндров, радиатор системы охлаждения, турбопривод, состоящий из турбины и электрической фрикционной муфты, вентилятор, электрический жидкостной насос, электронный блок управления, регулировочную заслонку, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик расхода охлаждающей жидкости. Недостатком данной системы является следующее недостаточная эффективность при работе двигателя на режиме холостого хода. Это обусловлено тем, что при переходе танкового дизеля, к примеру семейства, В-2, с режима максимальной мощности на режим холостого хода резко снижается массовый расход воздуха через двигатель. Вследствие этого, энергии выпускных газов будет недостаточно для обеспечения требуемой мощности для вращения турбопривода вентилятора системы охлаждения, что с большой вероятностью приведет к перегреву двигателя. Из этого следует вывод о негативном влиянии такой конструкции привода вентилятора системы охлаждения на надежность силовой установки танка, а также на живучесть его экипажа; снижение мощности двигателя вследствие гидравлических потерь, создаваемых турбоприводом вентилятора системы охлаждения.

Частично решение представленных выше проблем приведено в патенте - «Система охлаждения танка с комбинированным приводом вентилятора» (Патент RU 195107 F01P 7/08, F01P 5/04. Опубл. 15.01.2020), содержащей двигатель с рубашками охлаждения цилиндров, радиатор системы охлаждения, турбопривод, состоящий из турбины и электрической фрикционной муфты, турбину Пельтона с редукционным клапаном вентилятор, электрический жидкостной насос, электронный блок управления, регулировочную заслонку изменения расхода выпускных газов, регулировочную заслонку масленой магистрали системы смазки, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик расхода охлаждающей жидкости, датчик массового расхода воздуха. Недостатком такого решения является необходимость подачи масла на лопатки колеса продолжительное время, что обуславливает наличие в системе масляного насоса высокого давления с большой производительностью. Такие насосы большие в объеме и потребляют большое количество энергии. Кроме того, необходимо создавать дополнительную систему охлаждения масла.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявленной системе охлаждения танка является гидропривод вентиляторов системы охлаждения (патент на изобретение РФ RU 2184250C2, опубликован 27.06.2002 г. Бюл. № 18), содержащий регулируемый гидронасос, связанный с валом приводного двигателя, гидромоторы, соединенные с вентиляторами, датчики температуры охлаждающей жидкости, установленные в выходных магистралях радиаторов, и гидробак с дополнительно введённым один или несколькими гидронасосами по числу гидромоторов для попарного соединения с последними и образования объемно-замкнутых гидросистем по числу вентиляторов, причем все гидронасосы снабжены пропорциональными электрогидравлическими регуляторами, вспомогательный гидронасос, например героторного типа, связанный с общим для всех гидронасосов валом приводного двигателя, при этом выход вспомогательного гидронасоса соединен со входом вновь введенного переливного клапана и входами пропорциональных электрогидравлических регуляторов, а через вновь введенные обратные клапаны – с входами регулируемых гидронасосов и выходами гидромоторов, а его вход и выход переливного клапана соединены с гидробаком, и блок управления, размещенный между выходами датчиков температуры и входами пропорциональных электрогидравлических регуляторов. Блок управления содержит два звена с зоной нечувствительности, причем их входы являются входами блока управления, а выходы подключены ко входам сумматора, выход которого является выходом блока управления.

Недостатком такого решения является:

- сложность системы;

- отсутствие механической связи вентилятора с КВ ДВС.

- необходимость подачи масла на гидромотор продолжительное время, что обуславливает наличие в системе масляного насоса высокого давления с большой производительностью. Такие насосы большие в объеме и потребляют большое количество энергии. Кроме того, необходимо создавать дополнительную систему охлаждения масла.

Проведенный анализ производительности существующих танковых двигателей показывает, что при работе двигателя со скоростью вращения вала выше 1600 об/мин при работе на ВСХ и при температуре окружающего воздуха выше 30°С скорость вращения вентилятора (независимо от того, механически ли он связан с двигателем или связан с двигателем гидравлической приводной группой) недостаточна для обеспечения количества воздуха и скорости, необходимых для охлаждения охлаждающей жидкости в радиаторе и таким образом охлаждения ДВС недостаточна, что приводит к прогреву двигателя и увеличению расхода топлива с одной стороны, с другой стороны, чрезмерный прогрев двигателя может привести к неисправностям и выходу из строя и, таким образом, остановить работу ВГМ в дополнение к затратам на ремонт, времени и усилиям, необходимым для выполнения ремонта ДВС.

Таким образом, техническое решение направлено на обеспечение поддержания температурного режима ДВС, путем изменения количества, прокачиваемого через радиаторы системы охлаждения, путем изменения числа оборотов вентилятора независимо от частоты вращения КВ ДВС с сохранением механической связи вентилятора с КВ ДВС.

Для решения данной задачи, предлагается, устройство привода вентилятора системы охлаждения военной гусеничной машины, содержащее конический редуктор и входной редуктор, механически связанный с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, оснащенным датчиком температуры охлаждающей жидкости, датчиком частоты вращения коленчатого вала, при этом конический редуктор и входной редуктор механически связаны с вентилятором, блок управления, электрически связанный с датчиком температуры охлаждающей жидкости, датчиком частоты вращения коленчатого вала, датчиком температуры окружающей воздуха и бортовой сетью, отличающееся тем, что вентилятор механически связан с планетарным редуктором, механически связанным с коническим редуктором и электродвигателем, электрически связанным с блоком управления и бортовой сетью.

Устройство привода вентилятора системы охлаждения военной гусеничной машины представлена на фиг.1 и содержит: 1 - датчик температуры окружающей воздуха; 2 - блок управления электродвигателя; 3 - электродвигатель; 4 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 5 - датчик вращения частоты коленчатого вала; 6 - двигатель;7 - входной редуктор; 8 - конический редуктор; 9 - планетарный ряд; 10 - вентилятор; 11 - бортовая сеть.

Работает устройство привода вентилятора системы следующим образом.

Схема привода двигателя (2) получает сигнал датчиков (1, 4, 5), при температуре окружающей воздуха менее 30 °С, частоте вращения коленчатого вала менее 1600 об/мин и температуре охлаждающей жидкости менее 90 °С, вентилятор (10) работает в нормальном виде, т.е. вращается пропорционально скорости вращения двигателя, Но когда обороты двигателя превышают 1600 об/мин, температура охлаждающей жидкости превышает 90 °С, или температура окружающей воздуха превышает 30 °С, схема привода электродвигателя (2) выдает выходной сигнал электродвигателю (3), который начинает вращаться со скоростью, соизмеримой с входными сигналами, поступающими от датчиков, так как увеличивает скорость вращения вентилятора (10).

На фигуре 2 показаны рабочие системы вентилятора системы охлаждения, где: 3 - электродвигатель; 8 - конический редуктор; 9 - планетарный ряд; 10 - вентилятор; 12 - солнечная шестерня; 13 - коронная шестерня; 14 - планетарные шестерни (сателлиты); 15 - водило.

Вентилятор работает с двумя рабочими режимами:

- первый, когда обороты двигателя меньше 1600 об/мин, а температура охлаждающей жидкости менее 90 °С, где вращательное движение переходит от двигателя к входному редуктору и затем к коническому редуктору (8) и далее к солнечная шестерня (12) и через коронная шестерня (13) к вентилятору (10), электродвигатель (3) не работает и планетарные шестерни (14) вращаются только вокруг себя, а водило (15) неподвижны.

- второй, когда частота вращения двигателя превышает 1600 об/мин или температура охлаждающей жидкости выше 90 °С, где вращательное движение переходит от двигателя к входному редуктору и затем к коническому редуктору (8) и далее к солнечная шестерня (12) и через коронная шестерня (13) к вентилятору (10), электродвигатель (3) работает и планетарные шестерни (14) вращаются вокруг себя и вокруг коронной шестерни, при частоте вращения, соизмеримой с повышением температуры охлаждающей жидкости и увеличением нагрузки на двигатель (увеличение скорости вращения двигателя), а водило вращается со скоростью является результирующей скорости солнечной шестерне и скорости планетарного шестерни, т.е. вентилятор вращается с большей скоростью, соответствующей требуемому количеству воздуха.

Таким образом, заявленное техническое решение позволяет решить следующие задачи: увеличить скорость вращения вентилятора охлаждения системы охлаждения двигателя танка с сохранением механической связи вентилятора с КВ ДВС с целью поддержания оптимальной температуры охлаждающей жидкости в условиях высоких температур окружающего воздуха и работы ДВС на ВСХ.

Изобретение относится к системам охлаждения силовых установок военных гусеничных машин. Устройство привода вентилятора системы охлаждения военной гусеничной машины содержит конический редуктор и входной редуктор, связанный с коленчатым валом двигателя, оснащенным датчиком температуры охлаждающей жидкости и датчиком частоты вращения коленчатого вала. Конический редуктор и входной редуктор связаны с вентилятором, блок управления связан с датчиком температуры охлаждающей жидкости, датчиком частоты вращения коленчатого вала, датчиком температуры окружающего воздуха и бортовой сетью. Вентилятор связан с планетарным редуктором, связанным с коническим редуктором и электродвигателем, связанным с блоком управления и бортовой сетью. Обеспечивается поддержание температурного режима двигателя. 2 ил.

Устройство привода вентилятора системы охлаждения военной гусеничной машины, содержащее конический редуктор и входной редуктор, механически связанный с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, оснащенным датчиком температуры охлаждающей жидкости, датчиком частоты вращения коленчатого вала, при этом конический редуктор и входной редуктор механически связаны с вентилятором, блок управления, электрически связанный с датчиком температуры охлаждающей жидкости, датчиком частоты вращения коленчатого вала, датчиком температуры окружающего воздуха и бортовой сетью, отличающееся тем, что вентилятор механически связан с планетарным редуктором, механически связанным с коническим редуктором и электродвигателем, электрически связанным с блоком управления и бортовой сетью.