Гидротрансформатор Советский патент 1976 года по МПК F16H41/10 

(54) ГИДРОТРАНСФОРМАТОР

гателя к трансмиссии без увеличения момента инерции и габаритов привода, уменьшают усилие, требующееся для управления фрикционной муфтой, позволяют осуществить прямую передачу мощности от двигателя к трансмиссии за счет блокирО:вки насооного и турбинного колес.

На ф,иг. 1 показан предлагаемый гидротрансформатор; на фиг. 2 - его вариант с даполнительной фрикционной муфтой между насосом и турбинным колесами « реактором, установленным на неподвижной втулке через муфту свободного хода; на фиг. 3 - гидротрансформатор с устройством для управления фрикционной муфтой; на фиг. 4 схематически показаны средства подачи жидкости и удаления ее; на фиг. 5 - внешняя характеристика, иллюстрирующая входной и выходной моменты при насосе.

Во вращающемся корпусе 1 гидротрансформатора установлены насосное колесо 2, турбинное колесо 3, имеющее первую ступень 4 и вторую ступень 5, и реактор 6. Реактор уста-новлен на диске 7, а колесо 2 имеет внутренний тор 8. Турбинное колесо крепится к наружному тору 9. Ступени 4 и 5 турбинного колеса соединяются посредством части внутреннего тора 10, а ступень 4 турбинного колеса имеет наружный тор 11. Турбинное колесо 3 кренится на выходном валу 12, который центрируется посредством подшипника 13 у заднего торца и посредством нодшипника 14 - у переднего торца в корпусе 1. Последний укреплен передним торцом в источнике вращения с помощью направляющей поверхности 15, а задним торцом-с помощью подшипника 16. Вращающийся корпус 1 имеет выступ 17, выполненный с уплотняющей поверхностью 18 и зубчатым венцом 19. Подшипник 16 и диск 7 установлены на неподвижной втулке 20, которая уплотняется поршневыми кольцами 21 относительно корпуса 1 и посредством поршневых колец 22 относительно вала 12 турбинного колеса. Втулка 20 и колесо 3 имеют каналы 23 и 24 для входа и выхода рабочей жидкости попеременно из рабочей полости 25, а также каналы 26- 29 для выхода и входа рабочей жидкости соответственно в полость 30. Корпус 1 приводится во вращение шпоночным соединением 31, установленным в свободно вращающейся шестерне приводного двигателя.

Насосное колесо 2 (см. фиг. 1) выполнено отдельной деталью, обратный клапан 32 которой действует в качестве устройства для поддержания минимальной разности давлений. Деталь выполнена с каналом 33 и снабжена коническим фрикционным элементом 34. Вращающийся корпус также снабжен коническим фрикционным элементом 35. Когда через каналы 26-29 поступает жидкость, насосное колесо 2 под действием давления перемещается к турбинному колесу. В результате образуется зазор между коническим и фрикционными элементами 34 и 35 и жидкость может

проходить через рабочую полость 25 и каналы 24 и 23, минуя обратный клапан 32. Когда жидкость поступает через каналы 23 ,и 24, насосное колесо 2 под действием давления перемещается в левую сторону. Элементы 34 и 35 входят в плотное взаимодействие, а ж-идкость открывает обратный клапан 32. В результате через него жидкость удаляется. Следствием этого является превышение основного давления в рабочей полости 25 давления в полости 30 между торцом колеса 2 и корпусом 1. Поэтому жидкость проходит через каналы 29, 28, 27, 26. Таким образом, насосное колесо 2 может

быть отключено от приводного двигателя и просто подключено к нему.

Насосное колесо 2 (см. фиг. 2) может быть выполнено в виде поршня трехпозициониого

цилиндра, являющегося приводом фрикционной муфты. В одном положении поршень испытывает одинаковые давления жидкости с обеих сторон, или несколько более высокое давление в рабочей полости 25, чем в нолости 30 между торцом колеса 2 и корпусом 1. В этом положении предварительно напряженные элементы 36 поддерл ;ивают фрикционный диск 37 в заранее заданном среднем положении. Такое же давление жидкости действует

в каналах 24, 23 и в каналах 26-29. В другом иоложении поршня гидроцилиидра жидкость поступает через каналы 26--29 и проходит двухходовый обратный клапан максимального давления 38, после чего поступает

в рабочую полость 25. За счет этого обеспечивается разность давлений между полостями 30 и 25. В результате колесо 2 воздействует на конический фрикционный элемент 39, заставляя его входить во взаимодействие с коническим фрикционным элементом 40 корпуса 1. Колесо 2 сцепляется с корпусом 1, обеспечивая гидравлический привод. Коническая фрикционная муфта может включаться и отключаться при небольших перемещениях

даже в том случае, если корпус 1 имеет максимальную скорость. Поэтому от вала турбинного колеса можно снимать момент. Но такое соединеиие не может быть модулировано до тех пор, пока коническую муфту не заменят многодисковый муфтой, что легко осуществить.

В третьем положении поршня гидроцилиндра жидкость поступает через каналы 23 и 24 и должна проходить через к.тапан 38 до того,

как она поступит в каналы 29 - 26. В результате устанавливается разность давлений между полостями 25 и 30. Поэтому колесо 2 прижимает фрикционный диск 41, установленный с возможностью перемещения относительно корпуса 1, к фрикционному диску 42 дополнительной фрикционной муфты, который укреплен на валу 12 турбинного колеса 3 посредством шпоночного соединения 43 и ступицы 44 и прижат к фрикционному диску 45.

соедииенному с корпусом 1, за счет чего аостигается жесткое соединение корнуса 1 с валом 12 турбинного колеса.

Чтобы осуществить указанную блокировку гидротрансформатора, диск реактора устанавливают с возможностью свободного вращения, позволяющей реактору 6 свободно вращаться только в том же направлении, что и корпус 1. Механизм свободного вращения содержит диск 46, соединенный с -втулкой 20, кольцо 47, направляющие кольца 48 и ролики 49.

Устройство для унравления фрикционной муфтой (см. фиг. 3) содержит управляющий пятиходовой клапан 50 для направления потока жидкости в каналы 23, 24 и 26-29 соответственно или из них, а также средства дистанциоиного управления 51 управляющего клапана 50, источник 52 для подачи рабочей жидкости под давлением к клапану 50.

Клапан 50, средства 51 и источник 52- это элементы обычного типа. Пятиходовой управляющий клапан представляет сОбой клапан типа цилиндр-порщень, в -котором поршень имеет три камеры для селективного подключения двух каналов гидротрансформатора к источнику питания рабочей жидкостью и вентильным элементам 53. Такое управление направлением движения жидкости в каналах гидротрансформатора устанавливается посредством перемещения порщня.

Средства дистанционного управления (управляющие элементы) 51 выбраны пневматического типа с воздухом в качестве основного агента и выполнены в виде двухходового клапана, выходы которого соединены с торцами цилиндра клапана 50. Воздух под давлением подается через средство, например канал, 51 к одному торцу цилиндра управляющего клапана 50. Выходя из противоположного торца цилиндра управляющего клапана, воздух может проходить через один из двух каналов 51. Как показано на фиг. 3, воздух под давлением подается на левую сторону цилиндра управляющего клапана, что вызывает перемещение порщня к правому торцу указанного цилиндра. Рабочая жидкость под давлением подается через каналы 23 и 24 в рабочую полость гидротрансформатора, в результате чего колесо 2 входит во взаимодействие с корпусом 1 через элементы 34, 35. ИзбытОК рапочей жидкости выходит через клапан 32 и каналы 29, 28, 27, 26 к вентильным элементам 53 и через теплообменник 54 - к баку с рабочей жидкостью. Элементы 53 снабжены клапаном основного давления 55 для жидкости, выходящей из гидротрансформатора, и клапаном максимального давления 56 для жидкости, выходящей из источника 52 в том случае, если оба пути в rидpoтpaнcфopiмaтope блокированы, например, двумя центральными положениями порщня управляющего клапана (за исключением повреждения источника 52). Если рукоятка средств дкстанциониого управления повернута таК, что обеспечивает подачу воздуха под давлением на правую сторону

управляющего клапана, как показано на фиг. 3, то рабочая жидкость под давлением подается через каналы 26-29 в полость между торцом колеса 2 и корпусом 1. В результате выходят из зацепления элементы конических элементов 34, 35, и колесо 2 отключается от корпуса 1. Избыток рабочей жидкости выходит через клапан 32 и каналы 24, 23 в вентильные элементы 53.

Конструкция, показанная на фиг. 4, в основном аналогична конструкции, изображенной на фиг. 3, но средства управления соединением и разъединением колеса 2 (см. фиг. 2) дополнительно снабжены средствами 57 для

управления прямым и реверсивным соединениями средств «вперед - назад, а также средствами, которые должны обеспечить отключение насосного колеса гидротрансформатора во всех случаях переключения зубчатых

колес в коробке передач и его обратное включение непосредственно после завершения переключения, если после гидротрансформатора установлена механическая коробка передач. Средства 57 соединены со средствами дистанционного управления 51 и оборудованы замковым элементом 58 в форме клапана сжатого воздуха, который включает рукоятку «вперед - назад в положение «вперед в том случае, когда подача сжатого воздуха к

элементу 51 прекращается, -и освобождает указанную рукоятку до возвращения в положение реверса, когда сжатый воздух подается к рукоятке дистанционного управления, а от нее - к рукоятке «вперед - назад. В этом

варианте средства дистанционного управления 51 выполнены с тремя положениями. В положении «привод вперед рабочая жидкость подается в рабочую полость 25 гидротрансформатора, вызывая зацепление насосного колеса 2 с вращающимся корпусом 1 через фрикционный диск 42. Нейтральное положение - это когда замковый элемент 58 освобождает средство для управления 57, который переключается в положение реверса, или имеет то положение гидравлического привода, в котором рабочая жидкость под давлением подается в полость между торцом колеса 2 и корпусом 1, устанавливая гидравлическую связь между насосным колесом и вращающиМся корпусом через фрикционные элементы 39, 40 муфты. В нейтральном положении рукоятки дистанционного управления порщень клапана 50 находится в центральном положении (см. фиг. 4). Рабочая жидкость подается по

каналам 23, 24, и 26, 27, 28, 29 соответственно, в результате чего насосное колесо не соединяется ни фрикционным диском 42, ни элементами 39, 40 с вращающимся корпусом. Замковый элемент 58 предназначен для обеспечения отключения насосного колеса гидротрансформатора во всех случаях в процессе работы переключающего зубчатого колеса в коробке передач и немедленного повторного соединения насосного колеса с вращающимся

корпусом после окончания переключения зубчатых колес. Для этой цели он одним торцом соединен со средствами дистанциоиного унравления 51 так, чтобы нанравлять сжатого воздуха к указанным средствам управления, а другим - с коробкой так, чтобы обеспечивать инди кацию любого переключения коробки передач.

На фиг. 5 изображена диаграмма моментов, где на вертикальной оси отложен момент М (в тысячах фунто-метрах), а но горизонтальной оси - скорость вращения п (об/ми«) выходного вала гидротрансформатора, соединенного с его турбинным колесом.

Скорость входного вала, соединенного с вращающимся корпусом 1, постоянна и равна 1700 об/мин. На диаграмме показаны два варианта. Вариант I относится к измеренияМ входного и выходного моментов, когда насосное колесо гидротрансформатора соединено с вращающимся корпусом; вариант II представляет собой измерения входного и выходного моментов, когда насосное колесо отключено от вращающегося корпуса. В варианте I выходной момент bi очень быстро падает от начального значения, примерно равного 49 килофунтов-метров, до значения, несколько превышающего ноль, при 1700 об/мин.

Входной момент а пр.и включенном насосном колесе также снижается довольно быстро. Точка пересечения кривых ai и bi расположена вблизи уровня скорости 1800 об/мин: в этой точке моменты совпадают и равны примерно 7,5 килофуятов-Метров.

Входной az и выходной bz моменты исключительно малы, когда насосное колесо гидротрансформатора отключено от вращающегося корпуса. В этом случае моменты а2 и 62 практически равны и составляют примерно 1 килофунт-метр.

Выходной момент становится меньше нуля примерно при 625 об/мин. Это означает, что в области А (слева от этой точки) насосное колесо гидротрансформатора развивает момент, а в области В (справа от указанной точки) момент должен прикладываться к турбине для поддержания скорости. Предлагаемый гидротрансформатор может применяться в приводах транспортных и строительно-дорожных машин.

Формула изобретения

1. Гидротрансформатор с насосным и турбинным колесами и реактором, установленными во воащающемся корпусе, имеющий каналы для подпитки рабочей полости гидротран1:форматсра от источн ика питания, отл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повыщения плавности передачи крутящего момента без

увеличения мо-мента инерции и габаритов, насосное колесо установлено с возможностью осевого перемещения относительно корпуса для попеременного соединения и разъединения его с корпусом посредством фрикционной

муфты с приводом и устройством упра1вления.

2.Гидротрансфор матор по п. 1, отличающийся тем, что привод фрикционной муфты выполнен в виде гидроцилвндра, поршнем которого является насосное колесо с закрепленным на нем фрикционным элементом, например конически1М, взаимодействующим с фрикщионным элементом, закрепленным на корпусе.

3.Гидротрансформатор по пп. 1-2, отличающийся тем, что с целью уменьшения

усилия управления муфтой, в насосном колесе выполнен один или несколько каналов с установленными в них обратными клапанами для сообщения рабочей полости гндротрансформатора с полостью, образоваеной торцом насосного колеса и -вращающимся корпусом, и поддержания заданного перепада давлений между ними.

4.Гидротрансформатор по пп. 1-3, отличающийся тем, что устройство управления

фрикционной муфтой выполнено в виде дополнительных каналов для сообщения полости, образованной торцо-м насосного колеса с И1Сточни1КОМ управляющей жидкости, например с источником питания гидротрансформатора, и устройства для изменения направления потока управляющей жидкости в основных и дополнительном каналах.

5.Гидротрансформатор по пп. 1-4, отл и ч а ю щ и и с я те.м, что, с целью блокировки насосного и турбинного колес, он снабжен дополнительной фрикционной муфтой, по крайней мере один из дисков которой установлен с возможностью осевого перемещения

относительно корпуса и взаимодействует по крайней мере с одним диском, овязаннььм с турбинныад колесом.

6.Гидротрансформатор по п. 5, отличающийся тем, что, с целью удержания поршня при отключенном состоянии насосного колеса, на диске, связанном с турбинным колесом, установлена предварительно напряженная пружина.

10

20

и

i2

,5йй

1000 6j 1500 Фи.5