Гидромеханическая передача Советский патент 1991 года по МПК B60K17/10 

Гидромеханическая передача предназначена для применения в транспортном машиностроении и преимущественно в качестве трансмиссии для колесных и гусеничных машин.

Цель изобретения - повышение КПД и упрощение конструкции гидромеханической передачи (ГМП).

На фиг. 1 представлена кинематическая схема предлагаемой ГМП; на фиг,2 - исход- пая (внешняя) характеристика гидротрансформатора (ГТ); на фиг.З - характеристики ГМП; на фиг.4,5 и 6-геометрические схемы для расчета параметров центробежных насосов системы переключения режимов ГМП.

Ведущий озл соединен с двигателем транспортного средства. Из ведущем валу 1 расположены гидротрансформаторы 2, 3 и 4, Насосное колесо 5 ГТ 2 связано непосред- ственно с ведущим валом 1. Турбинное колесо 6 ГТ 2 связано с шестерней 7, сцепленной с шестерней 8 цилиндрического зубчатого редуктора. Шестерня 8 соединена с ведомым палом 9 через муфту свободного хода (МСХ) 10, Реактор 11 ГТ 2 связан с опорой реактора 12 через МСХ 13 и соединен с полым валом 14, на другом конце которого закреплено лопаточное колесо 15 центробежного насоса 16, Выходная сторо- на 17 насоса 16 через канал 18 соединена с полостью 19 бустера 20, Бустер 20 через подшипник 1 взаимодействует с нажимным диском 2 фрякциона 23. Ведущие диски 24 фрим .иона 23 связаны с ведущим палом 1, а пядомые диски 25 - с насосным колесом 26 FT 3. Турбинное колесо 27 ГТ 3 снабжено шестерней 28, сцепленной с шестерней 29, которая соединена с ведомым валом 9 через МСХ 30. Реактор 31 ГТ 3 закреплен не опоре 32 в картере ГМП при помощи МСХ 33. С реактором 31 при посредстве полого вала 34 связано лопаточное колесо ЗП центробежного управляющего насоса 36, Выходная сторона 37 насоса 36 через канал 38 соединяется с полостью 39 бустера 40. Бустер 40 через подшипник 41 взаимодействует с нажимным диском 42 фрикциона 43. Ведущие диски 44 фрикциона 43 связаны с ведущим валом 1, а ведомые диски 45 - с насосным колесом 46 ГТ 4. Турбинное колесо 47 ГТ4 снабжено шестерней 48, которая сцеплена с шестерней 49, сидящей непосредственно на ведомом валу 9. Реактор 50 ГТ4 закреплен на опоре 51 в картере ГМП при посредстве МСХ 52.

Для движения транспортного средства полости ГТ 2, 3 и 4 и насосов 16 и 36 (см. фиг.1) заполняются рабочей жидкостью при

помощи системы подпитки (не показана). При трогании с места ведомый вал 9 неподвижен. Неподвижны также и шестерни 7 и 8 и турбинное колесо 6 ГТ 2. Насосное колесо 5 вращается вместе с ведущим валом 1 от приводного двигателя транспортного средства, Передаточное отношение ГТ 2, таким образом, равно нулю и коэффициент трансформации имеет максимальное значение (см. фиг.2). Передаточное число цилиндрического редуктора, состоящего из шестерен 7 и 8, наибольшее из всех цилиндрических зубчатых редукторов ГМП, поэтому динамический фактор при трогании с места имеет максимальное значение (см, фиг.З, режим V 0). Машина начинает движение. По мере разгона машины увеличиваются обороты выходного вала 9 и связанного с ним через шестерни 8 и 7 турбинного колеса 6, Обороты насосного колеса 5 за счет изменения AI (см. фиг.2) повышаются незначительно (см. фиг.З, участок I) и передаточное отношение ГТ 2 быстро увеличивается. По достижении ГТ 2 режима а (см. фиг.2) происходит переход ГТ на режим гидромуфты, т.е. выключается МСХ 13 и начинает вращаться реактор 11. Вращение реактора 11 полым валом 14 передается лопаточному колесу 15 центробежного насоса 16. При вращении колеса 15 в полости (улитке) 17 создается давление жидкости, которое по каналу 18 передается в полость 19 и воздействует на бустер 20. Бустер 20 через подшипник 21 перемещает нажимной диск 22 и сжимает комплект ведущих 24 и ведомых 25 дисков. Крутящий момент от ведущего вала 1 начинает передаваться на насосное колесо 26 ГТ 3. Давление, создаваемое центробежным насосом 16 в улитке 11, и, следовательно, усилие бустера 20 и крутящий момент, передаваемый дисками 24 и 25, возрастают с ростом оборотов лопаточного колеса 15, связанного с реактором 11 ГТ2. На характеристике ГТ(см.фиг.2) это воз- растание оборотов реактора соответствует участку а-в на оси передаточных отношений (оси абсцисс). Кривая AI показывает, что одновременно с увеличением передаточного отношения I уменьшается крутящий момент, передаваемый ГТ 2. Таким образом, происходит перераспределение мощностей, передаваемых ГТ 2 и 3, причем при подходе к точке в ГТ 2 полностью разгружается, а ГТ 3 начинает передавать всю мощность двигателя. Указанное перераспределение нагрузок (передаваемых мощностей) соответствует участку II характеристики ГМП (см. фиг.З). В момент выхода ГТ 2 в точку в его характеристики МСХ 10

разгружается от передаваемого крутящего момента и выключается, не препятствуя дальнейшему увеличению оборотов ведомого вала 9.

При продолжении разгона машины вся мощность двигателя передается от ведущего вала 1 через фрикцион 23, насосное колесо 26, турбинное колесо 27. шестерни 28 и 29, МСХ 30 на ведомой вал 9. МСХ 33 включена и реактор 31 ГТ 3 неподвижен. Наха рактеристике ГМП (см. фиг.З) это соответствует участку IH. При достижении ГТ 3 участка его характеристики, соответствующего точке а (см. фимг.2), МСХ 33 отключается и реактор 31 начинает вращаться. Начинает вращаться и связанное валом 34 с реактором 31 колесо 35 центробежного насоса 36. В улитке 37 насоса 36 возникает давление рабочей жидкости, которое по каналу 38 передается в полость 39 бустера 40. Бустер 40, перемещаясь, через подшипник 41 и нажимной диск 42 сжимает ведущие 44 и ведомые 45 диски фрикциона 43. Крутящий момент от ведущего вала 1 через фрикцион 43 начинает пере- даваться на насосное колесо 46 ГТ 4, От турбинного колеса 47 крутящий момент передается через шестерни 48 и 49 на ведомый вал 9. Режим, при котором работают одновременно ГТ 3 и 4, соответствует участ- ку У характеристики ГМП (см. фиг.З). По достижении точки в характеристики ГТ 4 (см. фиг.2) отключается МСХ 30 и мощность двигателя передается только через ГТ 4. МСХ 52 при этом включена и реактор 50 ГТ 4 не вращается. На характеристике ГМП (фиг.З) такой режим обозначен У. На заключительном этапе разгона транспортного средства выключается МСХ 52 и реактор 50 начинает вращаться, т.е. ГТ 4 переходит в режим гидромуфты. Это соответствует участку У характеристики ГМП.

При наличии в ГМП иного числа ГТ их последовательное включение происходит аналогичным образом..

Отключение и включение в работу ГТ при замедлении движения транспортного средства происходит в обратном порядке.

Для расчета параметров центробежного насоса 16 принимают режим отключения МСХ 10 ГТ 2 (точка в характеристики ГТ. см. фиг.2). В этот момент обороты реактора 11 и, следовательно, обороты насосного колеса 15 равны оборотам двигателя, что соответствует работе ГТ как гидромуфты без скольжения (с нулевой нагрузкой). Через ГТ 2 мощность не передается. В то же время последующий ГТ 3, передающий всю мощность двигателя, имеет обороты насосного

колеса, равные оборотам двигателя, роты турбинного колеса, равные:

„ цил2 1цил2

Пт2 - Пт1 -Пдв ,

1цил11цил1

где 1цил1 - - передаточное число первого цилиндрического редуктора;

цил2 - - передаточное число второго

228

цилиндрического редуктора;

Z, ZetZ28iZ29 - числа зубьев соответственно 7, 8, 28 и 29 шестерен.

Передаточное число второго ГТ (ГТЗ) будет

I - Пт2 цил2 1цил2 1

Пдв цил1

и коэффициент момента Aic может быть определен по характеристике фиг.2 (точка с). Крутящий момент на насосном колесе ГТ 3 (момент двигателя) будет

Мн2 Ale D Пдв , (1)

где Da активный диаметр ГТ.

Указанный крутящий момент должен передаваться через фрикцион 23, размещенный между ведущим валом 1 и насосным колесом 26. Из курса Деталей машин известно, что крутящий момент, передаваемый фрикционом, равен

Мфр I- Р„д.1 1ФР«+ГЧ Р МН2 , (2)

где fi - коэффициент трения;

Рнд - осевое усилие на нажимном диске; i - число поверхностей трения, Отсюда, учитывая выражение (1), получаем

.

Р -9 Л-1с Ра Пдв,.

А Р I (гфр. + гфр,) (3}

Усилие Рнд на нажимном диске создается за счет давления жидкости в полости 19 бустера. Оно по общеизвестным формулам равно

Рнд Рб Рб Рб л: (lie - rii), (4)

где Ре - давление жидкости в бустере; Рб - площадь бустера.

Учитывая зависимость (3), получаем

2Aic

Da5

дв

I (гфре +Тфр1) (Г§е rfji)

.(5)

Давление Рб создается в улитке 17 центробежного насоса 16 при вращении колеса 15. При этом расход жидкости равен нулю - гидравлическая схема тупиковая, через бустер после его заполнения жидкость не протекает. При нулевом расходе в лопаточном колесе центробежного насоса, вернее в межлопаточных каналах, отсутствует относительно движение жидкости. Следовательно, относительная скорость жидкости V0 0. Ясно, что при этом переносная скорость совпадает с абсолютной скоростью жидкости и частицы жидкости движутся по окружностям с центрами на оси вращения колеса.Мощность, необходимая для вращения насосного колеса центробежного насоса, равна нулю (не считая дисковых потерь и некоторых утечек в щелях между колесом и корпусом насоса), так как мощность насоса равна произведению расхода жидкости на ее давление, а расход равен нулю. Таким образом, потери на управление в предлагаемой ГМП оказываются весьма малыми.

Для определения давления в жидкости, находящейся в радиальных каналах вращающегося колеса (см. фиг,5 и 6), выделим на расстоянии г от оси вращения слой жидкости толщиной dr и элемент этого слоя площадью 1 см . На элемент действует со стороны оси вращения сила, равная давлению р в слое жидкости, а с противополож- ной стороны сила р + dp, где dp - центробежная сила жидкости, составляющей сам элемент, т.е.

dp dm г о/,

(6).

где со - угловая скорость колеса. Масса элемента будет

dm 1 см

з

(7)

где у- удельный вес (плотность) жидкости: д - ускорение свободного падения. Из выражений (6) и (7) следует:

dp

g

г dr.

Для радиуса гН| (входное сечение колеса) принимаем р 0, т.е. жидкость на вход в колесо центробежного насоса подводится без давления (открытым каналом). Тогда

давление в улитке (и, следовательно, в бустере)

„р. .м

гн| 99

Приравнивая выражения (5) и (8), получаем

2 А 2 g v

Гне - X

уиг

v2Aic Df nja

7Г/М f (Гфре + Гфр|) (Г§е Г§|)

(9)

,Л Пдв

Учитывая, что ш Ј , получаем для

oU

наружного радиуса колеса насоса следующую зависимость:

5

0

5

0

5

0

5

v3600Aic Dig ,5

Гне + Гн ,

Л3/4 I Х(гФре + Гфр|) (П5е - г||)

(10)

которая и определяет размеры центробежного насоса.

Формула изобретения

1.Гидромеханическая передача, содержащая ведущий и ведомый валы, комплексные гидротрансформаторы, насосные колеса которых, кроме первого, связаны с ведущим валом через фрикционы, а турбинные колеса, кроме последнего, связаны с ведомым валом через зубчатые редукторы и муфты свободно о хода, центробежные насосы, гидравлические бустеры, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и увеличения точности автоматического переключения режимов работы, лопаточное колесо каждого из центробежных насосов связано с реактором соответствующего гидротрансформатора, а улитка каждого из центробежных насосов соединена с гидравлическим бустером включения фрикциона последующего гидротрансформатора.

2.Передача по п.1, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, гидравлические бустеры взаимодействуют с нажимными дисками фрикционов через подшипники качения.

3.Передача по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что размеры лопаточного колеса каждого из центробежных насосов подчиняются зависимостям

Гне

3600AicDa9

Я3/Л у (Гфре + Гфр|) (lie Г§|)

+ гЈ|.

где Гне - наружный радиус лопаточного колеса центробежного насоса;

Ale коэффициент момента гидротрансформатора, размещенного за центробеж- ным насосом (считая от двигателя);

Da - активный диаметр гидротрансформатора, размещенного за центробежным насосом;

g - ускорение свободного падения; ju. - коэффициент трения дисков фрикциона,;

- число поверхностей трения фрикциона;

у-удельный вес (плотность) рабочей жидкости;

0

гфре, гфр| - наружный и внутренний ра- диусы трущихся поверхностей дисков фрикциона;

Гбе, re; - наружный и внутренний радиусы гидравлического бустера;

гн| - внутренний радиус лопаточного колеса центробежного насоса, причем Aic берется для передаточного отношения гидротрансформатора

„1цил2 1цил1

где 1цил2, 1цил1 - значения передаточных чисел зубчатых редукторов, расположенных по Обе стороны соответствующего центробежного насоса.

1гт2

Изобретение относится к транспортному машиностроению и позволяет повысить КПД и увеличить точность автоматического переключения режимов работы, а также упростить конструкцию гидромеханической передачи (ГМП). ГМП имеет два или более гидротрансформатора (ГТ) 2-4. Насосные колеса 26 и 46 ГТ 3 и 4 соединены с ведущим валом 1 ГМП через фрикционы 23 и 43, а турбинные колеса 6 и 27 - с ведомым валом 12 5 2 19 Я 2425 26 П J / 9 через зубчатые редукторы и муфты 10 и 30 свободного хода. Реакторы 11,31 и 50 установлены на муфтах 13, 33 и 52 свободного хода и соединены (кроме ректора 50) с колесами 15 и 35 управляющих центробежных насосов 16 и 36, стороны высокого давления (улитки 17 и 37) которых связаны с бустерами 20 и 40, включающими фрикционы 23 и 43 насосных колес ГТ 3 и 4. При переходе очередного ГТ на режим гидромуфты эго реактор начинает вращаться, а связанный с ним центробежный насос - срздавать давление в бустере, что приводит к включению фрикциона, который соединяет насосное колесо следующего ГТ с ведущим валом, т.е. включает следующий ГТ. ГМП переходит автоматически на следующую ступень. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. 4S51 /3 37 4/7 42 46 VI 4 & // / (Л С о СП к Фиг. 1

Фиг, 2

ФмЗ

Фаг. 5