Гидромеханическая передача Советский патент 1993 года по МПК F16H47/06 

Изобретение относится к автотракторным силовым передачам и может быть использовано в гидромеханических трансмиссиях различных колесных и гусеничных машин.

Известна гидромеханическая передача, содержащая гидротрансформатор, включающий в себя образующие круг циркуляции насосное, турбинное и реакторное колеса, входной подпиточный канал, соединенный с полостью круга циркуляции между насосным и реакторным колесами, и выходной подпиточный канал, входной вал, соединенный с насосным колесом, планетарную передачу, зключающую в себя солнечную шестерню, эпицикл, соединенный с насосным колесом, и водило, соединенное с турбинным колесом, а также выходной вал и муфту свободного хода (Лаптев Ю.Н. Автотракторные гидротрансформаторы, М., Машиностроение, 1973, с.192, рис. 94 б 10).

В известной передаче планетарный механизм позволяет изменить передаточное отношение и максимальный КПД передачи по отношению собственно к гидротрансформатору, не изменяя его исходной характеристики, что не исчерпывает всех возможностей схемы, например существенного воздействия на КПД самого гидротрансформатора.

Цель изобретения - расширение диапазона передаточных отношений и повышение КПД гидротрансформатора и передачи в целом.

Поставленная цель достигается тем, что гидромеханическая передача снабжена дополнительным насосным колесом с подводным и отводным каналами, установленными

vi

|S

§

ю

вне круга циркуляции, которое через муфту свободного хода соединено с солнечной шестерней, при этом входные участки лопастей турбинного и реакторного колес выполнены с внутренними полостями и со сквозными отверстиями, подводный канал дополнительного насосного колеса соединен с внутренними полостями лопастей реакторного колеса и с выходным подпиточным каналом, который Соединен с внутренними полостями лопастей турбинного колеса, а отводный канал дополнительного насосного колеса соединен с входным подпиточным каналом/причем выходной вал соединен с водилом.

Изобретение иллюстрируется фигурами 1-5. На фиг.1 представлена конструктивная схема гидропередачи; на фиг.2 и 3 показаны лопатки реакторного и турбинного колес гидротрансформатора; на фиг.4 - дополнительное насосное колеса; на фиг,5- графики КПД и коэффициента трансформации базового гидротрансформатора, новой гидромеханической передачи и гидромеханической передачи-прототипа.

Гидромеханическая передача (см. фиг.1) содержит гидротрансформатор, включающий в себя образующие круг циркуляции насосное 1, турбинное 2 и реакторное 3 колеса, входной подпиточный канал 4, соединенный с полостью круга циркуляции между насосным и реакторным колесами, выходной подпиточный канал 5, входной вал 6, соединенный с насосным колесом 1 гидротрансформатора, планетарную передачу, включающую в себя солнечную шестерню, эпицикл 8, соединенный с насосным колесом 1 гидротрансформатора, и водило 9, со- единенное с турбинным колесом 2 и выходным валом 10. Дополнительное насосное колесо 11 через муфту свободного хода 12 соединено с солнечное шестерней 7. Входные участки лопастей (фиг.2 и 3) турбинного 13 и реакторного 14 колес выполне- ны с внутренними полостями и со сквозными отверстиями, подводный канал 15 дополнительного насосного колеса 11 соединен с внутренними полостями лопастей реакторного колеса и с выходным подпиточным каналом 5, который соединен с внутренними полостями лопастей турбинного колеса, а отводной канал 16 дополнительного насосного колеса 11 соединен с входным подпиточным каналом 4. На фиг.1 показаны необходимые уплотнительные элементы, например, поз.17.

Гидромеханическая передача работает следующим образом.

На режиме трогания, когда турбинное и колесо реактора неподвижны, их лопатки

обтекаются с наибольшими углами атаки и Д(см. фиг.2 и 3). Для перевода направления относительной скорости Wp (фиг.2) на направление безударной скорости Ср требуется переносная скорость VOTB.P., направленная вдоль отверстий 14 (на турбинном колесе сходные скорости обозначены индексом т - см. фиг.З). Скорость VOTB.P и VOTB.T на стоп- режиме также наибольшие и обеспечиваются

дополнительным насосным колесом 11, имеющим на этом режиме максимальную частоту вращения, равную п.н.доп. -Кр-пн, где пн - частота вращения насосного колеса 1, Кр - передаточное отношение планетарного ряда,

равное отношению радиусов эпициклической 8 и солнечной 7 шестерен. Направление циркуляции масла от внутренних полостей лопаток к подводному (всасывающему) каналу 15 дополнительного насосного колеса и далее показано на фиг.1 стрелками. Часть масла прокачивается внешней гидросистемой подпитки и охлаждения, к которой гидротрансформатор подключается подпиточными каналами 4 и 5. Изменение направления

„ „ ,,..

натекающего потока с ударного на безударное в реакторном и турбинном колесах приводит, как показали стендовые испытания реакторного колеса базового гидротрансформатора, к существенному повышению преобразующих свойств гидротрансформатора.

Повышение преобразующих свойств (КПД и коэффициента трансформации) будет происходить до тех пор, пока скорость вращения турбинного колеса не достигнет такой

величины, когда исчезнут углы атаки на лопатках турбинного и реакторного колес. В трехколесных гидротрансформаторах с симметрично расположенными насосным и турбинным колесами (фиг.1) это наступает на

передаточном отношении ir пт/Пц, равном примерно (0,7-0,8), где пт - частота вращения турбинного колеса. Здесь же у гидротрансформаторов наблюдается максимум КПД и необходимость в прокачке масла через пустотелые лопатки турбины и реактора исчезает.

0

5

Это требование вполне удовлетворяется благодаря приводу дополнительного насосного колеса, поскольку на передаточном

ОТНОШеНИИ ir Пу/Пн П2/ГЦ П9/П8 (СМ.

I/

сноски на фиг.1), равном л v , частота

1 +Кр

вращения солнечной шестерни 7 и дополнительного насосного колеса 11, связанного с ней через муфту свободного хода 12, становится равной нулю,

При конструктивных (распространенных практически) значениях Кр 2-3 величины ir будут равны: ir

4пг- 0,67-0,75.

Т 1Чр

Таким образом, в нужный момент дополнительное насосное колесо выключается из работы. С увеличением передаточного отношения свыше (0,67-0,75) солнечная шестерня 7 изменяет направление вращения и происходит разблокировка муфты свободного хода 12, а гидротрансформатор далее может выйти на режим гидромуфты при наличии муфты свободного хода 18 или быть заблокированным фрикционной муфтой 19 (см. фиг.1).

Ориентировочная оценка технической эффективности новой гидромеханической передачи показана на графике фиг.5. Кривая КПД (;) и коэффициент трансформации (Кг) базового гидротрансформатора показаны сплошной линией, В качестве базового принят гидротрансформатор, на котором проведены эксперименты по улучшению обтекания колеса реактора за счет прокачки масла через пустотелые лопатки и было получено повышение КПД до 15%. Поскольку в турбинном колесе на стоп-режиме имеют место столь же высокие ударные потери, о чем можно судить из входных треугольников скоростей (фиг.2 и 3), выполненных в одном масштабе, можно ожидать, что в новой гидромеханической передаче будет возвращено еще 15% мощности и общее наибольшее повышение КПД достигнет 30%. В этом случае кривая ожидаемого КПД будет выглядеть так, как показано на фиг.5 пунктиром. Соответствующая ей кривая коэффициента трансформации находится из выражения Кг ц /ir и показывает, что при КПД г 80% значение Кг близко к 4 (см. точку а на графике фиг.5).

Известно, что диапазон изменения передаточных отношений ступенчатых коробок передач, например, колесных и гусеничных машин легкой категории по массе не превышает(4-4,5)единиц. Это говорит о том, что новая гидропередача будет способна обеспечить движение таких машин с КПД не хуже 80% без дополнительной ступенчатой коробки передач. Возможно понадобится одноступенчатая коробка передач, если реальный КПД окажется при ir 0,2 ниже 80%, что и в этом случае даст общее заметное упрощение конструкции трансмиссии, поскольку коробки передач содержат обычно 3-4 ступени даже при наличии типового трехколесного гидротрансформатора.

Оценка технической эффективности новой гидромеханической передачи не может считаться достаточной без учета потребляемой мощности дополнительным насосным колесом 11. Ориентировочные расчеты показывали, что для обеспечения требующегося расхода и давления масла на стоп-режиме

гидротрансформатора (ir 0) дополнительное насосное колесо 11 будет потреблять около 3,5% мощности, идущей в круг циркуляции с насосного колеса 1. Учитывая, что к передаточному отношению ,7 эта мощность становится равной нулю, можно прогнозировать, что при ,2 потребляемая мощность будет равна 2,5%, а ожидаемый КПД гидромеханической передачи на этом режиме будет меньше на 2,5%, т.е. 77,5%

вместо 80% по кругу циркуляции. Это приведет к снижению коэффициента трансформации с 4,00 до 3,88, что несущественно.

Таким образом, контур циркуляции масла с дополнительным насосным колесом

практически не снижает высокие технические характеристики новой гидромеханической передачи.

Следует отметить еще одно существенно важное свойство новой гидропередачи.

Поскольку процессы в круге циркуляции гидротрансформатора и в дополнительном насосном колесе подчиняются одним и тем же законам гидродинамического подобия, то правильно выбранные параметры дополнительного насосного колеса (расход, напор) при какой-либо входной частоте вращения останутся правильными при любой другой входной частоте вращения гидропередачи. Благодаря этому новая гидропередача, как и передача-прототип, сохраняет свои свойства независимо от входной частоты вращения.

В заключение сравним характеристики новой гидромеханической передачи и гидромеханической передачи-прототипа. Рас- четно-теоретический анализ показал, что стоп-режим гидропередачи, составленной из базового гидротрансформатора и планетарной передачи с передаточным отношением Кр 3, реализуется при передаточном отношении гидротрансформатора Гт 0,75. Максимальный коэффициент трансформации при ir 0 равен 2,56, а точка перехода на гидромуфту соответствует передаточному отношению ir 0,44 (см. фиг.5 штрихпун- ктирная линия). От ir 0,44 до ir 1 гидромеханическая передача-прототип работает в режиме гидромуфты. Таким образом, по КПД и рабочему диапазону

передаточных отношений с приемлемыми значениями КПД гидропередача-прототип уступает как базовому гидротрансформатору, так и в существенной степени новой гидромеханической передаче.

Формула изобретения Гидромеханическая передача, содержащая гидротрансформатор, включающий в себя образующие круг циркуляции насосное, турбинное и реакторное колеса, вход- ной подпиточный канал, соединенный с полостью круга циркуляции между насосным и реакторным колесами, и выходной подпиточный канал, входной вал, соединенный с насосным колесом, планетарную пе- редачу, включающую в себя солнечную шестерню, эпицикл, соединенный с насосным колесом, и водило, соединенное с турбинным колесом, а также выходной вал и муфту свободного хода, отличающая- с я тем, что, с целью расширения диапазона передаточных .отношений и повышения КПД, она снабжена дополнительным насосным колесом с подводным и отводным каналами, установленным вне круга циркуляции, которое через муфту свободного хода соединеной с солнечной шестерней, при этом входные участки лопастей турбинного и реакторного колес выполнены с внутренними полостями и со сквозными отверстиями, подводной канал дополнительного насосного колеса соединен с внутренними полостями лопастей реакторного колеса и с выходным подпиточным каналом, который соединен с внутренними полостями лопастей турбинного колеса, а отводной канал дополнительного насосного колеса соединен с входным подпиточным каналом, причем выходной вал соединен с водилом.

Сущность изобретения: гидротрансформатор содержит образующие круг циркуляции насосное, турбинное и реакторное колеса. Входной подпиточный канал соединен с полостью круга между насосным и реакторным колесами. Входной вал соеди- нен с насосным колесом. Планетарная передача содержит солнечную шестерню, эпицикл, соединенный с насосным колесом, водило, соединенное с турбинным колесом, выходной вал и муфту свободного хода. Дополнительное насосное колесо с подводным и отводным каналами установлено вне круга и через муфту соединено с солнечной шестерней. Входные участки лопастей турбинного и реакторного колес выполнены с внутренними полостями и с сквозными отверстиями. Подводной канал дополнительного насосного колеса соединен с внутренними полостями лопастей реакторного колеса и с выходным подпиточным каналом, который соединен с внутренними полостями лопастей турбинного колеса. Отводной канал дополнительного насосного колеса соединен с входным подпиточным каналом. Выходной вал соединен с води- лом. 5 ил. СО С