Механическая передача тепловоза Советский патент 1984 года по МПК B61C9/12 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и касается конструкции трансмиссии тепловоза. Известна механическая передача тепловоза, содержащая электромагнитную муфту сцепления, внутренний ротор которой кинематически связан с одной стороны с валом двигателя и с другой - с первой ведущей шестерней через обгонную муфту, а наружный ротор - с второй ведущей щестерней, причем ведущие шестерни кинематически связаны с двумя парами шестерен, установленных с возможностью осевого перемещения на входных валах двух параллатьно расположенных коробок передач, в которых на промежуточных осях, размещенных параллельно входному и выходному валам, расположены блоки шестерен, сцепленные между собой последовательно, а на выходных валах коробок передач установлены с возможностью перемещения шестерни, кинематически связанные с выходным валом передачи 1. В известной механической передаче тепловоза понижен коэффициент использования мощности теплового двигателя, который порожден ступенчатостью крутящего момента на выходном валу передачи. Целью изобретения является повышение надежности механической передачи тепловоза путем увеличения плавности переключения. Указанная цель достигается тем, что в механической передаче тепловоза, содержащей электромагнитную муфту сцепления, внутренний ротор которой кинематически связан с одной стороны с валом двигателя и с другой - с первой ведущей шестерней через обгонную муфту, а наружный ротор - с второй ведущей щестерней, причем ведущие щестерни кинематически связаны с двумя парами шестерен, установленных с возможностью осевого перемещения на входных валах двух параллельно расположенных коробок передач, в которых на промежуточных осях, размещенных параллельно входному и выходному валам, расположены блоки шестерен, сцепленные между собой последовательно, а на выходных валах коробок передач установлены с возможностью осевого перемещения щестерни, кинематически связанные с входным валом передачи, в каждой коробке передач установлены с возможностью осевого перемещения на их входных валах дополнительные щестерни, причем в каждой коробке передач расстояния между входным валом и двумя указанными промежуточными осями, а также между последними и выходным валом одинаковы. Такое выполнение коробок передач позволяет уменьшить ступенчатость крутящего момента на выходном валу передачи. На фиг. 1 изображена кинематическая схема предложенной механической передачи тепловоза; на фиг. 2 - схема расположения шестерен в коробке перемены передач, вид сверху; на фиг. 3 - то же, вид спереди; на фиг. 4 - схема расположения щестерен в реверсивно.м механизме, вид слева; на фиг. 5 - то же, вид спереди. Тепловой двигатель 1 соединен с внутренним ротором 2 скользящей электромагнитной муфты, который в свою очередь соединен с ведущей щестерней 3 передачи через обгонную муфту 4. Наружный ротор 5 скользящей электромагнитной муфты соединен с ведущей щестерней 6 передачи. На входные валы коробок передач 7 и 8 насажены подвижные щестерни 9, 10 и 11, 12 а выходные валы 13 и 14 соединены с реверсивным механизмом 15, вал 16 передачи которого является выходным. Электрические мащины 17 и 18 соединены соответственно с входными валами коробок передач 7 и 8. Электрическая машина 19 соединена с щестерней 3. Коробки передач 7 и 8 взаимозаменяемы. Схема расположения шестерен в коробке передач представлена на фиг. 2 и 3. На входном валу коробки передач насажена подвижная шестерня 20, на выходном - подвижная шестерня 21. На промежуточных осях установлены блоки шестерен 22 и 23 и шестерня 24. Схема расположения шестерен реверсивного механизма 15 представлена на фиг. 4 и 5. На выходных валах 13 и 14 коробок передач установлены соответственно подвижные щестерни 25 и 26. На выходном валу 16 передачи закреплен блок нлестерен 27, который находится в постоянном зацеплении с блоком шестерен 28. Переключения скоростей в коробках передач 7 и 8, сцепление и расцепление подвижных шестерен 25 и 26 в реверсивном механизме 15, а также подвижных шестерен 9, 10 и 11, 12 на входных валах коробок передач 7 и 8 с соответствующими шестернями и блоками шестерен автоматическое (автоматика управления механизмами переключения в механической передаче и автоматика управления электрическими мащинами не показаны). Механическая передача тепловоза работает следующим образом. При невращающемся выходном вале 16 передачи и работающем тепловом двигателе 1 в реверсивном механизме 15 сцепляется подвижная шестерня 25 с наименьшим диаметром (фиг. 4 и 5) с одним из блоков шестерен 28 или 27 в зависимости от того, в какую сторону должен вращаться выходной вал 16 передачи (например, с блоком щестерен 28). Коробка передач 7 включается на самое больщое передаточное отнощение. С этой целью в коробке передач 7 сцепляются подвижные шестерни 20 и 21 (фиг. 2 и 3) соответственно с блоком шестерен 22 и щестерней 24. Подвижная шестерня 9 предварительно была сцеплена с шестерней 6. После этих переключений подается плавно ток возбуждения на внутренний ротор 2 скользящей электромагнитной муфты. Вал теплового двигателя 1, имея постоянную минимальную частоту вращения, передает вращающий момент на внутренний ротор 2 скользящей электромагнитной муфты, который электромагнитным путем передается на наружный ротор 5 этой же муфты и далее на шестерню 6, подвижную щестерню 9, входной вал коробки передач 7, подвижную щестерню 20 (фиг. 2 и 3), блоки шестерен 22 и 23, шестерню 24, подвижную щестерню 21, выходной вал 13 коробки передач 7, подвижную щестерню 25 (фиг. 4 и 5), блоки шестерен 28 и 27 и выходной вал 16 передачи. Частота вращения этого вала увеличивается при минимальной и постоянной частоте вращения вала теплового двигателя 1 до тех пор, пока частота вращения наружного ротора 5 скользящей электромагнитной муфты не будет меньше частоты вращения внутреннего ротора 2 той же муфты на величину скольжения. Если тормозной момент на выходном валу 16 передачи .меньше вращающего, дальнейщее увеличение частоты вращения этого вала происходит за счет увеличения частоты вращения вала теплового двигателя 1, и это увеличение частоты вращения происходит до определенного предела, обусловленного максимальной частотой вращения вала теплового двигатетя 1.

Если и далее происходит уменыиение тормозного момента выходного вала 16 передачи, то для того, чтобы не превысить максимальной частоты вращения вала тепло-. вого двигателя 1, следует механическую передачу тепловоза переключить на следующий скоростной режим. Для этого коробка передач 8 в состоянии покоя переключается на самое большое передаточное число, т. е. подвижные шестерни 20 и 21 (фиг. 2, 3) сцепляют соответственно с блоком шестерен 22 и шестерней 24. Далее вводится в зацепление подвижная шестерня 10 с шестерней 3, соединяются электрические машины 17 и 18, что позволяет частоту врашения входного вала коробки передач 8 с подвижной шестерней 11 увеличить до частоты вращения входного вала коробки передач 7 и когда их частоты сравняются, т. е. произойдет синхронное вращение валов, вводится в зацепление подвижная щестерня 11 с щестерней 6. После этого снимается ток возбуждения с внутреннего ротора 2 скользящей электрол1агнитной муфты, подвижная шестерня 9 выводится из зацепления с щестерней 6, разъединяются электрические машины 17 и 18, а соединяются электрические машины 18 и 19, что позволяет снизить частоту вращ.ения входного вала коробки передач 8 относительно входного вала коробки передач 7 на величину, равную корню квадратному из коэффициента регулирования коробок передач, а следовательно, на эту же величину снижается и частота вращения

выходного вала 14 коробки передач 8 и подвижной шестерни 26 (фиг. 4 и 5). Окружные скорости подвижной щестерни 26 и блока шестерен 28 одинаковы, а это позволяет подвижную шестерню 26 сцепить с блоком шестерен 28. После этих переключений плавно подается ток возбуждения на внутренний ротор 2 скользящей электромагнитной муфты, которая берет на себя нагрузку, одновременно снимая ее с обгонной

0 муфты 4, при этом частота вращения вала теплового двигателя 1 снижается до минимального значения. Далее подвижные щестерни 10 и 25 входного и выходного 13 валов коробки передач 7 выводятся из зацепления соответственно с ведущей щестерней

3 и блоком щестерен 28, коробка передач 7 останавливается и подготавливается на следующее передаточное отнощение. С вала теплового двигателя 1 крутящий момент передается на внутренний ротор 2 скользящей

Q электромагнитной муфты и далее электромагнитным путем на наружный ротор 5 этой же муфты, щестерни 6, 11, на входной вал коробки передач 8, подвижную щестерню 20 (фиг. 2 и 3), блоки щестерен 22 и 23, щестерню 24, подвижную шестерню 21, вы5 ходной вал 14, подвижную щестерню 26 (фиг. 4 и 5), блоки щестерен 27, 28 и выходной вал 16 передачи.

При дальнейшем уменьшении тормозного момента на выходном валу 16 передачи

0 происходит увеличение частоты его вращения, а следовательно, и увеличение частоты вращения вала теплового двигателя 1. Когда частота вращения вала теплового двигателя 1 достигает максимального значения, следует механическую передачу переключить

на следующее передаточное отношение. Для этого в коробке передач 7, находящейся в покое, подвижная щестерня 20 сцепляется с блоком шестерен 23, а подвижная щестерня 21 остается в сцепленном состоянии с

0 шестерней 24. Далее вводится в зацепление подвижная щестерня 12 с шестерней 3, соединяются электрические машины 17 и 18, что позволяет частоту вращения входного вала коробки передач 7 с подвижной шестерней 9 увеличить до частоты вращения вход5 ного вала коробки передач 8, и когда их частоты сравняются, т. е. произойдет синх- ронное вращение валов, вводится в зацепление подвижная шестерня 9 с щестерней 6. После этого снимается ток возбуждения с внутреннего ротора 2 скользящей электромагнитной муфты, подвижная шестерня 11 выводится из зацепления с шестерней 6, разъединяются электрические машины 17 и 18, а соединяются электрические машины 17 и 19, что позволяет снизить частоту враще5 ния входного вала коробки передач 7 относительно входного вала коробки передач 8 на величину, равную корню квадратному из коэффициента регулирования коробок передач, а следовательно, на эту же величину снижается и частота вращения выходного вала коробки передач 7 и подвижной шестерни 25. Окружные скорости подвижной шестерни 25 и блока шестерен 27 одинаковы, а это позволяет подвижную шестерню 25 сцепить с блоком шестерен 27.

После этих переключений плавно подается ток возбуждения на внутренний ротор 2 скользяш,ей электромагнитной муфты, которая берет на себя нагрузку, одновременно снимая ее с обгонной .муфты 4, при этом частота вращения вала теплового двигателя 1 снижается до минимального значения. После этого подвижные шестерни 12 и 26 соответственновходного вала коробки передач 8 и выходного вала 14 выводятся из зацепления соответственно с шестерней 3 и блоком шестерен 28, коробка передач 8 останавливается и подготавливается на следующее передаточное отношение. Крутящий момент теплового двигателя 1 с вала передается на внутренний ротор 2 скользящей электромагнитной муфты и далее электромагнитным путем на внутренний ротор 5 этой же муфты, шестерни 6 и 9, на входной вал коробки передач 7, подвижную шестерню 20 (фиг. 2 и 3), блок шестерен 23, шестерню 24, подвижную шестерню 21, выходной вал 13 коробки передач 7, подвижную шестерню 25, блок шестерен 27 и выходной вал передачи 16.

Если и далее уменьшается тормозной момент на выходном валу 16 передачи, то следует включать в работу поочередно коробки передач 8 и 7 с соответствуюши.м передаточным отношением. Наибольшая частота вращения выходного вала 16 передачи наступает в тот момент, когда в работающей коробке передач 8 подвижная шестерня 20 сцеплена с шестерней 24, а подвижная шестерня 21 - с блоком шестерен 22.

Если же произойдет увеличение тормозного момента на выходном валу 16 передачи, то частота вращения его, а следовательно, и частота вращения вала теплового двигателя 1 начнут уменьшаться (весь поток мошности проходит через коробку передач 7, в которой сцеплены подвижная шестерня 20 с блоком шестерен 23, а подвижная шестерня 21 - с шестерней 24). Так как коробка передач 8 находится в покое, то в ней подвижную шестерню 20 сцепляют с блоком шестерен 22, а подвижную шестерню 21 с шестерней 24. Когда частота вращения вала теплового двигателя 1 уменьшается до минимального значения, соединяются электрические машины 17 и 18, что позволяет частоту врашения входного вала коробки передач 8 с подвижной шестерней 12 увеличить до частоты вращения входного вала коробки передач 7 и, когда их частоты сравняются, т. е. произойдет синхронное вращение , валов, вводится в зацепление подвижная шестерня 12 с шестерней 3. После этого разъединяются электрические машины 17 и 18, а соединяются электрические машины 17 и 19. Когда частоты вращения электрических машин 17 и 19 сравняются, то частота

0 вращения входного вала коробки передач 8 будет больше частоты вращения входного вала коробки передач 7 на величину корня квадратного .из коэффициента регулирования коробок передач, а это, в конечном счете, позволит сравнять окружные скорости блока шестерен 28 и подвижной шестерни 26, которые сцепляются между собой. Электрические машины 17 и 19 разъединяются.

Далее постепенно уменьшается ток возбуждения на внутреннем роторе 2 скользя0 щей электромагнитной муфты, что позволяет увеличить частоту вращения вала теплового двигателя 1, и это увеличение происходит до тех пор, пока не возьмет на себя нагрузку обгонная муфта 4. После чего подвижные шестерни 9 и 25 входного и выход5 но го 13 валов коробки передач 7 выводятся из зацепления соответственно с шестерней 6 и блоком шестерен 27. Коробка передач 7 останавливается и подготавливается на следующее передаточное отношение. На внутренний ротор 2 скользящей электромагнитной муфты подается ток возбуждения, что позволяет увеличить частоту вращения наружного ротора 5 этой же муфты, а вместе с ним и шестерни 6. А когда скольжение между роторами 2 и 5 скользящей электро магнитной муфты достигает значения скольжения при установившемся режиме работы этой муфты (в пределах 1-4%), сцепляется подвижная шестерня 1 с шестерней 6, а шестерня 12 выводится из зацепления с шестерней 3. Крутящий момент вала теплового двигателя 1 поступает на скользящую электромагнитную муфту, коробку передач 8, реверсивный механизм 15 и выходной вал 16 передачи.

Электрические машины 17-19 должны быть синхронизированными асинхронными,

т. е. представлять собой комбинацию синхронной и асинхронной машин, мощность каждой из них не превышает 0,5% мощности теплового двигателя.

Изобретение позволяет снизить динамиQ ческие нагрузки в механической передаче тепловоза путем увеличения плавности переключения, а следовательно, повысить надежность передачи.

1 и

20

23

21

«

Фиг. 2

25

21

Фиг. 5

МЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА ТЕПЛОВОЗА, содержащая электромагнитную муфту сцепления, внутренний ротор которой кинематически связан с одной стороны с валом двигателя и с другой - с первой ведущей щестерней через обгонную муф ту, а наружный ротор - с второй ведущей шестерней, причем ведущие щестерни кинематически связаны с двумя парами шестерен, установленных с возможностью осевого перемещения на входных валах двух параллельно расположенных коробок передач, в которых на промежуточных осях, размещенных параллельно входному и выходному валам, расположены блоки шестерен, сцепленные между собой последовательно, а на выходных валах коробок передач установлены с возможностью осевого перемещения шестерни кинематически связанные с выходным валом передачи, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, в каждой коробке передач установлены с возможностью осевого перемещения на их входных валах дополнительные шестерни, причем в каждой коробке передач расстояния между входным валом и двумя указанными промежуточными осями, а также между последними и выходным валом одинаковы.

26

/3,W

i-t

25 16

27

,28

Фиг.

Фтг.б