Гидротрансформатор Советский патент 1983 года по МПК F16H41/08 

Изобретение относится к энергети ческому машиностроению,и может быть ис пользовано в трансмиссиях транспортны средств строительных и дорожных машин Известен гидротрансформатор, со держащий корпус и установленные в нем насосное, трубное и реакторные колеса,причем насосное колесо выпол ненб с установленными с возможностью поворота лопастями С Недостатки этого гидротрансформатора являются узкие силовой и скоростной диапазоны регулирования. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является гидротгансформатор, содержащий корпус, установленные в нем насосное,турбин ное и реакторные колеса, имеющие установленные между наружными и внут ренними торами два венца лопастей, соприкасающихся своими лицевыми и тыльными.сторонами, а лопасти перво.го по ходу потока венца установлены на осях с возможностью поворота 2j Недостатками указанного гидротрансформатора являются узкие зона высоких значений КПД и функциональны возможности. Целью изобретения является расширение зоны высоких значений КПД и функциональных возможностей гидротрансформатора. Указанная цель достигается тем, что в гидротрансформаторе, содержащем корпус, установленные в нем наcoci oe, турбинное и реакторные колеса, имеющие между наружными и внутренними торами два венца лопастей, соприкасающихся своими лицевыми и тыльными .сторонами, причем лопасти первого по ходу потока венца установ лены на осях с возможностью поворота лопасти второго по ходу потока венца установлены на осях с возможностью поворота, а соприкасающиеся лицевые и тыльные стороны лопастей выполнены коническими, причем вершины их конусов расположены на пересечении горизонтальнЬй оси гидротрансформато а и оси поворота лопастей. Кроме того, торцевые поверхности лопастей и прилегающие к ним поверхности наружного и внутреннего торов могут быть выполнены сферическими, причем центры сфер расположены на Пересечении горизонтальной оси гидро трансформатора и оси поворота лопастей. При этом торцевые поверхности лопастей, прилегающие к внутреннему тору, могут быть выполнены плоскими, а соответствующие им поверхности ТО7 ра - в виде многогранной пирамиды, причем поверхности лопастей и граней пирамиды перпендикулярны осям поворо та лопастей, На фиг. 1 изображен гидротрансформатор, продольный разрез; на фиг.2 то же, поперечный разрез, на фиг.З лопасти, заключенные между сферическими поверхностями наружного и внутреннего торов; на фиг.4 - схема установки лопастей между сферической поверхностью наружного тора и плоской поверхностью внутреннего тора; на фиг. 5 - положение лопастей насосного колеса гидротрансформатора для 1-го режима его работы - Нейтраль ; на фиг. б - то же, для реакторного колеса; на фиг. 7 - то же, для турбинного колеса; на фиг. 8 - то же, для второго реакторного колеса ; на фиг. 9 - положение лопастей насосного колеса гидротрансформатора режиме его работы - Трогание с места и малые скорости ; на фиг. 10 то же, для реакторного колеса; на фиг. 11 - то же, для турбинного колеса; на фиг. 12 - то же, для второго реакторного колеса; на фиг. 13 положение лопастей насосного колеса гидротрансформатора для 11|,гго режима его работы - Средние скдрости ; на фиг. 14 то же, для реакторного колеса; на фиг. 15 - то же, для турбинного колеса; на фиг, 16 - то же, для второго реакторного колеса; на фиг. 17 - положение лопастей насосного колеса гидротрансформатора для tV-го режима его работы - Высокие скорости ; на фиг. 18 - то же, для реакторного колеса; на фиг. 19 то же, для турбинного колеса; на фиг, 20 - то же, для второго реакторного колеса; на фиг. 21 - положение лопастей насосного колеса гидротрансформатора для V -го режима его работы - Задний на фиг. 22 - то же, для реакторного колеса; на фиг. 23 - то же, для турбинного колеса; на фиг. 24 - то же. для .второго реакторного колеса; на фиг. 25 - положение лопастей насосного колеса гидротрансформатора для VI-го режима его работы - Торможение двигателя ; на фиг. 26 - то же, для реакторного колеса; на фиг. 27 - то же, для турбинного колеса; на фиг.28 то же, для второго реакторного колеса; на фиг. 29 - положение лопастей насосного колеса гидротрансформатора дляVП -го режима его работы - Торможение ; на фиг. 30 - то же, для реакторного колеса; на фиг. 31 - то же, для турбинного колеса; на фиг. 32 то же, для второго реакторного колеса. Гидротрансформатор содержит корпус 1, установленные в нем насосное 2,турбинное 3 и реакторные 4 и 5 колеса, имеющие установленные междунаружными 6 и внутренними 7 торами два венца 8 и 9 лопастей 10 и 11, соприкасающихся своими лицевьми 12 и тыл ными 13 сторонами.Лопасти 10 первого по. ходу потока венца 8 установлены на осях 14 с возможностью поворота. Лопасти 11 второго по ходу потока венца. 9 установлены на осях 15с возможностью поворота, а соприкасающиеся лицевые 12 и тыльные 13 сторон лопастей 10 и 11 выполнены конически ми, причем вершины 0 их корпусов расположены на пересечении горизонтальной оси гидротрансформатора и оси поворота лопастей 10 и 11. Торцевые поверхности 16 и 17 лопастей 10 и 11 и прилегающие к ним поверхности 18 и.19 наружного 6 и внутреннего 7 торов могут быть выполнены сферическими, причем центры 0 сфер расположены на пересечении горизонтальной оси гидротранс форматора и оси поворота-лопастей 10 и 11. Торцевые поверхности 17 лопастей 10 и 11, прилегающие к внутреннему тору 7, могут быть выполнены плоски ми, а соответствующие им поверхност 19 тора 7 - в виде многогранной пар миды, причем поверхности 17 лопасте 10 и 11 и поверхности 19 граней пирамиды перпендикулярны осям поворот лопастей 10 и 11. Насосное 2, турбинное 3 и реакто вые 4 и 5 колеса образуют рабочую полость. Гидротрансформатор работает след ющим .образом. Режим 1. На стоянке машины до ее трогания с места гидротрансформатор устанавливается на режим Нейтраль (фиг.5 8). При этом лопасти 10 и 11 насос.ного колеса 2 устанавливаются в по|ложении, при котором производительность насосного колеса 2 равна нулю Мощность двигателя (не показан. минимальная. Режим ГГ , При трогании машины с места (фиг. 9-12) лопасти 10 и 11 насосного колеса 2 устанавливаются в положение, при котором двигатель работает на режиме максимального момента. Лопасти 10 и 11 реакторного колеса 4 изменяют направление поток жидкости в рабочей полости, увеличи вая скорость потока. Лопасти 10 и 1 турбинного колеса 3 изменяют направ ление потока жидкости на обратное, благодаря чему обеспечивается высок крутящий момент на турбинном колесе 3. Лопасти iO и 11 реакторного коле са 5 устанавливаются в положение, при котором поток жидкости ова ме няет направление и согласовывается по углу с входом в насосное колесо Все углы входов и выходов лопастей 10 и 11 колес 2-5 гидротрансформато ра согласованы друг с другом, т.е. ,коэффициент трансформации максимальный . Режим U. На средних скоростях движения машины (фиг. 13-16) лопасти 10 и 11 насосного колеса 2 устанавливаются в положение, обеспечивающее работу двигателя на эксплуатационных оборо-тах. Разворот потока жидкости, в турбинном колесе 3 производится на меньший угол, т.е. крутящий момент на турбинном колесе 3 получается того же порядка, что и крутящий момент двигателя (коэффициент трансформации порядка 1-2). Установка лопастей 10 и 11 реакторных колес 4 и 5 позволяет согласовать углы входа и выхода всех колес 2-5 т.е.получить высокий КПД. Режим IV . Высокие скорости движения машины обеспечиваются обгойным режимом (фиг. 17-20) , при. котором обороты турбинного колеса 3 выше оборотов насосного колеса 2. . С этой целью лопасти 10 турбинного колеса 3 устанавливаются на такой угол, чтобы вход жидкости в турбинное колесо 3 был безударнь1м при высокой скорости его вращения. Поворот потока в турбинном колесе 3 небольшой т.е. крутящий момент меньше момента двигателя (коэффициент трансформации меньше 1J . Использование обгонного режима позволяет в 1,5 - 2 раза увеличить силовой диапазон гидротрансформатора, причем КПД остает. ся высоким, так как поворот лопастей 10 и 11 реакторных колес 4 и 5 обеспечивает согласование углов входа и выхода всех колес 2 - 5. Режим V . Для получения заднего хода (фиг. 21-24) лопасти 10 и 11 насосного колеса 2 устанавливаются в положение, х обеспечивающее работу двигателя режима максимального момента. Лопасти 10 и 11 реакторного колеса 4 разворачиваются таким образом, чтобы поток (жидкости изменил направление на обратное. Лопасти 10 и 11 турбинного колеса 3 образуют такие же входные и выходные углы, как и при трогании с места и на малых скоростях, но повернутые симметрично в обратную сторону. Крутящий момент на турбинном колв се 3 получает обратное направление. Лопасти 10 и 11 реакторного колеса 5. распределяют поток жидкости между турбинным и насосным колесами 3 и 2 соответственно. На всех указанных режимах обеспе чивается безударный входы и выходы на лопасти колес 2-5 гидротрансформатора, причем изменение углов входа и выхода может производиться бесступенчато и непрерывно.

Режиму

Гидротрансформатор обеспечивает также торможение маишны. Для торможения с небольшими отрицательными ускорениями служит режим торможения двигателем (фиг.25-28) . .С этой целью лопасти 10 и 11 турбинного колёса 3 устанавливаются таким образом, чтобы колесо 3 могло работать как насос. Соответственно разворачиваются и логпасти 10 и 11 насосного колеса 2, образуя турбину с малым углом поворота потока, то есть с невысоким крутящим.моментом, так как двигатель в тормозном режиме не способен воспргнимать большие крутящие моменты.

Лопасти 10 и 11 реакторных колес 4 и 5 согласуют углы входа и выхода насосного и турбинного колеса 2 и 3. Поток жидкости в рабочей полости 20 гидротрансформатора на режиме торможения двигателем имеет обратное направление.

РежимVtl .:

Режим торможения выя|одного вала (фиг.29г32) обеспечивается установ кой лопастей 10 и 11, турбинного колеса;3 таким образом,, чтобы они вместе с лопастями 10 и 11 реакторных колес 4 и 5 образовали замкнутые

контуры, аналогично обычному гидротормоз у. Лопасти 10 и 11 насосного колеса 2 устанавливаются в положение при котором подача рабочей жидкости равна нулю, чем и обеспечивается работа двигателя на холостом ходу.

Таким образом, гидротрансформатор заменяет ряд агрегатов трансмиссии транспортных машин. Работа на режиме 1 Нейтраль позволяет исключить сцепление (главный фрикцион); режим lI,KlHlV обеспечивают диапазон л 6-10 достаточный для замены коробки передач при высоком КПД на всех режимах движения режим V позволяет исключить из трансмиссии реверс (передачу заднего хода). Наконец, режимы VI и VH обеспечивают торможение машины, кроме стояночного. Трансмиссия сводится к гидротрансформатору и стояночному тормозу, т.е. существенно упрощается.

Гидротрансформатор, будучи фактически оболочкой для потока рабочей жидкости, имеет значительно меньший вес, чем обычные трансмиссионные агрегаты.. Таким образом,уменьшается и металлоемкость изделия. Описанные усовершенствования расширяют зону высоких КПД и функциональные возможности.

rs

фиг.

1.ГИРДОТРАНСФОРМАТОР, содержащий корпус,установленные в нем i насосное,турбинное и реакторные колеса имеющие между наружными и внутренним., ; торами два венца лопастей,соп зикасающихся своими лицевыми и тыльными сторог нами,а лопасти первого по ходу потока венца установлены на осях с воэмож ностью поворота,отличающийся тем, что, с целью рзсширения зоны высоких значений функциональных возможностей, лопасти второго по ходу потока венца установлены на осях с возможностью поворота, а соприкасающиеся лицевые и тыльные стороны лопастей выполнены коническими, причем вершины их конусов рас- . положены на пересечении горизонтальной оси гидротрансформатора и оси поворота лопастей. 2.Гидротрансформатор по пД, отличающийся тем, что торцевые поверхности лопастей и прилегающие к ним поверхности наружного и внутреннего торов выполнены сферическими, причем центры сфер расположены на пересечении горизонтальной оси гидротрансформатора и оси поворота лопастей. 3.Гидротрансформатор по пп.1и2, g от-личающийся тем, что (Л торцевые поверхности лопастей, прилегакицие к внутреннему тору, выполнены плоскими, а соответствующие им поверхности тора - в виде многогранной пирамиды, причем поверхности лопас- Н I тей и граней пирамиды перпендикуляр - iны осям поворота лопастей. о ел :о :o :

Vr/ Ю

n /7

// ro

I-//

Ф1/г.&

фиг. 5 Ю

Фиг. 8

фиг. 7

//