СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА Ю.Д.ПОГУЛЯЕВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Советский патент 1995 года по МПК F16H41/00 

Изобретение относится к гидродинамическим передачам.

Цель изобретения расширение диапазона регулирования.

На фиг. 1 представлено устройство для осуществления способа, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 разрез В-В на фиг.1.

Устройство для реализации способа (фиг. 1) состоит из насосного 1 и турбинного 2 колес, корпуса 3, левой 4, правой 5 и выходной 6 крышек, блока шестерен 7 с выходным валом 8 в правой крышке 5, дополнительных силовых цилиндров 9, жестко связанных с корпусом 3, активного диска-крыльчатки 10, установленного на правом конце насосного колеса 1, программного диска 11, закрепленного на входном валу 12 и снабженного профилированной наружной поверхностью 13, взаимодействующей со штоками 14, снабженными пружинами 15, силовых цилиндров 9, поршневые полости которых через напорные трубопроводы 16 и обратные клапаны 17 соединены с входной полостью колеса 1. Входная полость колеса 1 разделена с каналом 18, выполненным в левой крышке 4 посредством подвижных лепестковых клапанов 19, консольно закрепленных во втулке 20. Отверстия 21 в левой крышке 4 соединяют входную полость колеса 1 с каналами 18. В насосном колесе 1 выполнены аксиальные пазы 22, в турбинном колесе 2 пазы 23, которые радиальными каналами 24 соединены через отверстия 25 корпуса 3 с каналами 26, выполненными в корпусе 3 с уменьшающимся к входу насосного колеса 1 сечением, а через отверстия 27 корпуса 3 с каналами 18 в левой крышке 4. Всасывающие трубопроводы 28 через обратные клапаны 29 соединены с поршневыми полостями цилиндров 8, а также между собой.

При вращении насосного колеса 1 жидкости проходит через аксиальные пазы 22 насосного колеса 2, радиальные каналы 24 турбинного колеса 2, отверстия 25 в корпусе 3, каналы 26 с уменьшающимся справа налево сечением корпуса 3, отверстия 27 корпуса 3, каналы 18 с уменьшающимся сечением в левой крышке 4, отклоняет лепестковые клапаны 19 вниз, поступает в отверстия 21 левой крышки 4 и снова в пазы 22. Лепестковые клапаны 19 перекрывают все каналы 18 (фиг. 2). Турбинное колесо 2 раскручивается и с него через блок шестерен 7, расположенных между крышками 5 и 6, и выходной вал 8 снимается момент. Увеличению передаваемого с насосного колеса 1 момента способствует кольцо 10 с активной поверхностью, которое восстанавливает частично скорость жидкости, которая тормозится в пазах 23.

Регулирование момента осуществляется следующим образом.

Насосное колесо 1, приводимое во вращение внешним приводом, создает какой-то постоянный момент. Величина его определяется расходом жидкости, геометрией колеса, начальной и конечной скоростями жидкости на входе в пазы 23 и на выходе из них.

Величина регулируемого момента зависит также от геометрических размеров турбинного колеса 2 в его начале и конце расхода жидкости через пазы 23, начальной скорости жидкости в турбинном колесе 2, которая равна конечной скорости жидкости, выходящей из насосного колеса 1, а также от конечной скорости жидкости в пазах 32 турбинного колеса. Эта конечная скорость тем меньше, чем меньше внутренний радиус в правом конце турбинного колеса 2, и тем меньше, чем меньше угловая скорость колеса 2. Величина момента зависит от разности упомянутых радиусов и скоростей при постоянном расходе жидкости.

Если разность радиусов постоянна в турбинном колесе 2, то разность скоростей будет зависеть от его угловой скорости, т.е. от его скольжения, от нагрузки на выходном валу 8, поскольку весь поток жидкости проходит через каналы 24 в турбинном колесе 2. Эти каналы совместно с каналами 26 и 18 представляют собой реактор. Таким образом, реактор представляет собой вращающуюся часть (каналы 24 в турбине) и неподвижную часть (каналы 26 и 18 в корпусе 3 и крышке 4). Во вращающемся реакторе формируется конечная скорость потока жидкости, которая тем меньше, чем меньше скорость колеса 2. Скорость турбинного колеса 2 тем меньше, чем больше нагрузка на выходном валу 8. С другой стороны, чем больше разность скоростей потока в начале и конце турбинного колеса 2, тем больше создаваемый момент.

Поскольку начальная скорость потока жидкости в турбинном колесе 2 зависит от скорости вращения насосного колеса 1 (она постоянна), а конечная от нагрузки, то создаваемый на турбинном колесе 2 момент регулируется в зависимости от нагрузки.

Поскольку момент, создаваемый турбинным колесом 2, зависит от его угловой скорости (скольжения момента, нагрузки), он будет больше момента, создаваемого насосным колесом 1, начиная с некоторых скольжения или передаточных отношений. Моментные характеристики гидротрансформатора строят в функции передаточного отношения.

Таким образом работает гидродинамическая часть устройства, реализующего способ.

Диапазон регулирования (саморегулирования) зависит от геометрии насосного 1 и турбинного 2 колес, длины каналов 24, геометрии пазов 22 и 23, их площадей сечения. От геометрии каналов 26 и 18 зависит КПД гидродинамической части передачи.

Если конечное сечение канала 18 во много раз меньше начального сечения канала 26, а длина каналов 24 достаточно большая, то на холостом ходу при максимальном передаточном отношении потери в реакторе будут максимальными за счет интенсивного торможения разогнавшегося потока в жидкости в каналах 26 и 18, а КПД стремится к минимуму. При пуске потери будут максимальными не в реакторе за счет торможения, а в пазах 23 за счет торможения и резкого замедления потока, в конце пазов 23 (до минимума скорости, колесо 2 неподвижно и ускорению жидкости в каналах 24 ничто не способствует). Часть реактора (каналы 26, 18) работает наиболее эффективно на скоростях, близких к скоростям холостого хода, когда скорости вращения насосного колеса 1 и турбины 2 примерно равны. Часть реактора из каналов 24 действует на рабочей части характеристики при регулировании момента. И, наконец, пазы 22, 23 и каналы 24 можно считать также частью реактора, действующей при пуске.

Разделение реактора на части условно и приводится для того, чтобы оттенить физический смысл явлений, происходящих в устройстве.

Работа гидростатической части накладывается на работу гидродинамической части устройства и осуществляется следующим образом.

Рассматривается работа двух силовых цилиндров 9. Число пар таких цилиндров может быть различным и определяться назначением устройства. Когда поворачивается программный диск 11 с профилями 13, происходит всасывание жидкости, например, в нижний силовой цилиндр 9, в котором шток 14 под действием пружины 15 и при наличии соответствующего профиля 13 движется влево и засасывает жидкость из каналов 26 корпуса 3, через обратный клапан 29 и трубопроводы 2. Одновременно из верхнего силового цилиндра 9 штоком под действием профиля 13 программного диска 11 жидкость нагнетается в полость перед насосным колесом по трубопроводу 16 через обратный клапан 17 (пружина на штоке силового цилиндра 9 при этом сжимается). Жидкость из силового цилиндра 9 под давлением, величина которого определяется обратным клапаном 17, подается на вход насосного колеса 1. При этом лепестковые клапаны 19 отклоняются вверх под действием давления жидкости, поступаемой из силового цилиндра 9, и не позволяют жидкости поступать в каналы 18. Давление передается на все клапаны 19 через круговую полость перед насосным колесом 1. Поэтому жидкость под давлением поступает в пазы 22 и 23. Статическое давление распределяется обратно пропорционально площадям сечения пазов 22 и 23. Если момент сопротивления не возрастает, то подача жидкости под давлением на вход насосного колеса 1 способствует увеличению движения жидкости за счет возрастания скорости жидкости. Это приведет к возрастанию скорости турбинного колеса 2 выше синхронной. За синхронную скорость можно принять постоянную скорость насосного колеса 1. Диапазон регулирования скорости или момента расширяется. Если момент сопротивления возрос, то статическая составляющая, создаваемая силовыми цилиндрами 9, идет на создание дополнительного момента на турбинном колесе 2 для компенсации возросшего момента сопротивления и частично на увеличение момента количества движения потока жидкости. Давление на выходе силовых цилиндров 9 можно варьировать в самых широких пределах, если, например, вместо обратных клапанов 17 поставить регулируемые клапаны давления. Давление на выходе регулируемых клапанов можно изменять по заданному закону во времени, в функциях каких-либо параметров.

Изобретение позволяет расширить возможность регулирования момента как за счет саморегулирования, возможности которого возрастают уже при подаче жидкости под постоянным давлением, так и за счет управления давлением через регулируемые клапаны давления и объемом жидкости, поступаемой в гидротрансформатор под давлением, регулируемым изменением угла наклона шайбы, которую используют вместо диска 11. Кроме того, привод штоков 14 может быть выполнен независимым.

Изобретение позволяет формировать характеристики в самом широком диапазоне. Например, можно за счет гидростатической части резко улучшить пусковые характеристики гидропередачи с гидротрансформатором.

Оптимальный выбор давлений жидкости и параметров гидротрансформатора позволяет создать передачу с высоким КПД в широком диапазоне скоростей и моментов.

Изобретение относится к гидродинамическим передачам. Цель изобретения расширение диапазона регулирования. При вращении насосного колеса 1 поток жидкости проходит через аксиальные пазы 22 насосного колеса 1, пазы 23 турбинного колеса 2, радиальные каналы 24 турбинного колеса 2, отверстия 25, канала 26 и отверстия 27 корпуса 3, каналы 18 в левой крышке 8, взаимодействует с лепестковыми клапанами 19, поступает в отверстия 21 левой крышки 4 и затем снова в пазы 22. При этом лепестковые клапаны 19 перекрывают все каналы 18. Турбинное колесо 2 вращается и с него через блок шестерен 7 крутящий момент передается на выходной вал 8. Увеличению передаваемого крутящего момента способствует кольцо 10 с активной поверхностью, которое восстанавливает скорость потока жидкости, тормозящейся в пазах 23. 4 ил.

1. Способ регулирования крутящего момента, заключающийся в подаче потока рабочей жидкости с выхода насосного колеса гидродинамической передачи на ее турбинное колесо, причем поток направляется под углом к входным кромкам турбинного колеса, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, рабочую жидкость отводят от реактора в дополнительную емкость и одновременно тот же объем жидкости под повышенным давлением подают на вход насосного колеса. 2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее корпус, установленные в корпусе соответственно на входном и выходном валах насосное и турбинное колесо, а также реактор, образованный каналами, выполненными в корпусе, причем рабочая полость турбинного колеса расположена концентрично относительно рабочей полости насосного колеса и охватывает ее по наружному периметру, выходные кромки насосного колеса расположены под углом к выходным кромкам турбинного колеса, а насосное и турбинное колеса снабжены аксиальными пазами, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, в турбинном колесе выполнены радиальные каналы, соединенные с его аксиальными пазами и посредством каналов, выполненных в корпусе, соединенные с входной полостью насосного колеса, выходная полость реактора через обратные клапаны соединена с поршневыми полостями гидроцилиндров, снабженных подпружиненными штоками, при этом поршневые полости гидроцилиндров через обратные клапаны соединены с входной полостью насосного колеса, выходная полость реактора и входная полость насосного колеса разделены между собой подвижными лепестковыми клапанами, консольно закрепленными на наружной поверхности кольцевой втулки, а подпружиненные штоки гидроцилиндров установлены с возможностью взаимодействия с профилированной наружной поверхностью программного диска, закрепленного на входном валу.