Гидромеханическая многоконтурная передача прямого хода транспортного средства с газотурбинным двигателем Советский патент 1982 года по МПК B60K17/10 

(5t) ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ МНОГОКОНТУРНАЯ ПЕРЕДАЧА ПРЯМОГО ХОДА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к гидромеханическим трансмиссиям, преимущественно тяжелых транспортных средств высокой проходимости с газотурбинным двигателем, и может быть использован для непрерывного монотонного плавног автоматического регулирования прямого хода машины в рабочем силовом диа пазоне, заданном действующим стандартом. Известна непрерывная одноконтурна гидромеханическая передача с внутрен ним разветвлением силового потока в гидротрансформаторе на низшей ступени путем противовращения его реактора от его турбинного колеса через планетарный ряд с неподвижным водило и неразветвленным силовым потоком в гидротрансформаторе на высшей ступен за смет остановки его реактора. Переключение указанных кинематических связей реактора осуществляется с помощью управляемых дискретно фрикционов. Такая передача, в сравнении с передачами на гидротрансформаторе с неуправляемым реактором и .с иными схемами подключения управляемого реактора, обладает наибольшим рабочим силовым диапазоном непрерывного регулирования, который при КПД не ниже 0,8 достигает значенияоГО,9 ,0 1.| Однако недостаточная прозрачность не позволяет использовать передачу в трансмиссии для газотурбинного двигателя. Известна также гидромеханическая многоконтурная передача прямого хода транспортного средства с газотурбинным двигателем, содержащая два планетарных ряда и гидротрансформатор, насосное колесо которого через входной вал-передачи, лубчатый редуктор с передаточным отношением i -1 г производная скоростного передаточного отношения второй ступени передачи по скоростно- му передаточному отноношению гидротрансформатора ; соответственно cKOpoct ное передаточное отношение и коэффициент трансформации гидротрансформатора на пер.BJpH ступени и при пере ключении первой и второй ступени передачи; наименьшее значение КПД передачи на npoMei жуточных ступенях, определяемое заданным оценочным значением КП рабочего силового диап зона регулирования транспортной гидромеха нической передачи по 1действующему стандарту и соответствующие односторонние муфты свободного хода соединено с выход ным валом и одной из соосных шестер ней первогопланетарного ряда, водило которого соединено с выходным валом передачи, турбинное колесо гидротрансформатора через зубчатый редуктор соединено соответственно с другой соосной шестерней первого пла нетарного ряда, через одностороннюю муфту свободного хода - с выходным валом передачи, а также кинематически связано с одной из соосных шестер ней коронной шестерней второго планетарного ряда, и систему управления причем реактор гидротрансформатора соединен через две муфты свободного хода с корпусом передачи. В этой передаче второй .планетарный ряд используется как суммирующий дифференциальный механизм третьей основной ступени передачи. Поэтому он установлен соосно с выходным валом передачи, соединен водилом с выходным валом передачи, коронной шестерней через отдельный зубчатый редуктор и одностороннюю муфту свободного хода - с ее входным валом, и солнечной шестерней через общий зубчатый редуктор вместе с солнечной шестерней первого планетарного ряда эторой ступени передачи кинематически Ъвязан с турбинным колесом гидротран форматора 2. Недостатком известной передачи является достаточный силовой диапазон непрерывного автоматического регулирования. Цель изобретения - повышение верхнего предела силового диапазона непрерывного автоматического регулирования собственно передачи до наибольших значений без изменения числа ее ступеней и силовых элементов. Поставленная цель достигается тем, что, упомянутая муфта свободного хода между реактором гидротрансформатора и корпусом передачи выполнена реверсивной. Упомянутый второй планетарный ряд установлен соосно с вывходным валом передачи и своей коронной шестерней непосредств енно соединен с турбинным колесом гидротрансформатора , своим водилом - с корпусом передаЧ)И и своей солнечной шестерней через вторую реверсивную муфту свободного хода - с реактором гидротрансформатора, при этом система управления выполнена в виде двухпозиционных гидрораспрёделителей, посредством которых обе управляющие полости каждой из указанных реверсивных муфт свободного хода сообщены с источником давления рабочей жидкости датчиков частоты вращения входного и выходных валов передачи, оды которых сообщены с источником давления рабочей жидкости, а выходы - с противоположными И управляющими полостями поступательного гидропреобразователя, выполненного с отношением где SQ, и S - рабочие площади поперечного сечения управляющих полостей, сообщенных с выходами датчиков частоты вращения соответственно входного и выходного валов передачи;L. - номинальное (без учета .трения прршне.й. гидропреобразователя скоростное передаточное отношение передачи при автоматическом переключении ее третьей и четвертой ступеней, шток которого соединен с гидрораспределителем для управления последним, причем передаточные отношения упомянутых зубчатых редукторов и планетарных рядов передача выполнены так, чтобы каноническая координата переключения первой и второй ступеней передачи удовлетворяла условиюпроизводная коэффициен та трансформации гидро трансформатора по его скоростному передаточному отношению в точке автоматического переключения 1/2 первой и второй основных ступеней передачи; наибольшее текущее зна чение указанной производной в точке перегиба функции tf (if) при противовращении турбин ного колеса гидротрансформатора с управляемым от этого колеса реактором. Предлагаемые изменения кинематических связей передачи и функционального использования второго планетарного ряда создают в передаче на первой, второй и третьей основных ступеняхвнешне-внутреннее разветвление силовых потоков. Предлагаемая схема автоматическог привода обеспечивает (без пробуксовки фрикционных элементов) на четвертой основной ступени неразветвленный силовой поток, тем самым, в совокупности всех ступеней при прежнем их числе и количестве силовых элементов, - повышение (при соотношении (З) до максимума диапазона d 0,8 собственно передачи, а с учетом сохранения ее неограниченной прозрачнос ти - наибольшее значение общего диапазона сЗ О,Об в совмещении передачи с газотурбинным двигателем. Вместе с тем, блокирующий зубчатый редуктор первой ступени передачи с передаточным отношением посоотня шениям (1) и (З) предотвра:цает неустойчивый режим гидротрансформатора с принудительно вращаемым реактором от турбинного колеса в зоне противовращения последнего по отношению к насосному колесу. На фиг. 1 показана кинематическая схема предлагаемой передачи с системой управления; ни фиг. 2 - система управления в одном ее рабочем положении; на фиг. 3 - каноническая характеристика передачи; на фиг. Ц и 5 сравнительные характеристики совмещения предлагаемой и известных соответственно (1) и (2) передач с одноступенчатым газотурбинным двигателем, а также их сравнительные тягово-экономические характеристики |в указанном совмещении; на фиг. G сравнительные значения диапазонов а 0,8 этих передач, общих диапазонов d |0,08 в.их совмещении с одноступенчатым и двухступенчатым газотурбинными двигателями, а также зависимость указанных диапазонов предлагаемой Г1ередачи от величины произВОДНОЙ i при выполнении и нарушении предлагаемого соотношения (3). Предлагаемая передача (фиг. 1) содержит входной вал 1, гидротрансформатор с насосным 2 и турбинным 3 колесами и реактором 4, планетарные ряды 5 и 6, общий зубчатый редуктор 7, зубчатые редукторы 8 и 9, односторонние муфты 10-12 свободного хода, реверсивные муфты 13 и l4 свободного хода с системой 15 управления и выходной вал 1б Входной вал 1 передачи соединен с насосным колесом 2 гидоотоансфооматора и с общим зубчатым редуктором 7, который через зубчатый редуктор 8 и одностороннюю муфту 10 свободного хода кинематически связан с выходным валом 16 передачи, а также через одностороннюю муфту 11 свободного хода - с коронной шестерней планетарного ряда 5, водило которого соединено с выходным валом 16 передачи. Турбинное колесо 3 гидрютрансформатора через зубчатый редуктор 9 соединено непосредственно с солнечной шестерней планетарного ряда 5, последовательно через одностороннюю муфту 12 свободного хода кинематически связано с выходным валом 16 передачи, а также непосредственно соединено с коронной шестерней соосного с входным валом 1 планетарного ряда 6. Содило последнего соединено с корпусом 17 передачи, а солнечная шестерня через реверсивную муфту 13 свободного хода кинематичес ки связана с реактором k гидротрансформатора и через реверсивную муфту I свободного хода - с корпусом 17передачи. Автоматический привод 15 реверсивных муфт 13 и Н сврбодного хода содержит гидравлические,, например центробежные , датчики 18 и 19 частоты вращения входного вала 1 передачи и выходного вала 16 передачи, гидравлически сообщенный с ними своими противоположными управляющими по- . лостями соответственно 20 и 21 посту пэтельный гидропреобразователь 22 с поршнями 23 и 2 и штоком 25, соеди ненный с этим штоком трехлинейный двухпозиционный гидрораспределитель 26, и источник давления рабочей жидкости в виде нос;оса 27 привода, напорная магистраль которого гидравлически сообщена с входами датчиков 18и 19 и гидрораспределителя 26, сообщенного своим выходом 28 с обеим управляющими полостями реверсивной муфты 13 свободного хода и своим выходом 29 с обеими управляющими полостями реверсивной муфты Т свободного хода. Поршни 23 и 2 и шток гидропреобразователя 22 выполнены так, чтобы создавать отношение рабочих площадей SH- и S поперечного сечения ег управляющих полостей 20 и 21 - e t r -vV« где гЗ/ 3/4 О инальное ( без учета трения поршней 23 и 2if и шток 25 о гильзу гидропреобразователя 22 значение скоростны передаточных отноI шений соответствен но гидротрансформа тора и передачи пр переключении третьей и четвертой ступеней (фиг. З) и Rjn - сигналы давления рабочей жидкости на выходе датчиков 19 и 18 частоты вращения и)./выходного иш входного валов передачи при указанном переклю Гчении ступеней; .ipg передаточное отношение зубчатого редуктора 9 (фиг. 1). Поэтому привод 15 отрегулирован на переключение третьей и четвертой ступеней передачи в функции от скоростного передаточного отношения f. гидрютрансформатора, т.е. того же аргумента, по которому в схеме осуществляется автоматическое переключение всех остальных ступеней передачи. Тем самым обеспечивается непрерывность и монотонность автоматического регулирования передачи в целом при нагрузке двигателя по любой подаче топлива (как на внешней, так и на частичных С1;соростных характеристиках). Для сохранения стабильности указанного регулирования при граничном условии j. каиапы 30 и 31 слива в корпусе гидропреобразователя 22(фиг. 1) размещены на начальных участках перемещения его поршней 23и 2., что для последних создает только статически устойчивые крайние положения А и Б и тем самым исклю4aet автоколебания привода 15. Конструктивное соотношение (2) привода 15 создает каноническую характеристику гидротрансформатора (фиг. З) и обеспечивает следуюи ие два устойчивых состояния системы (фиг, 1), При ip 1р 4 ОРШНи 23 и 2 гидропреобразователя 22 и соепиненный с ними золотник гидоооаспоеделителя 26 занимают положение А (фиг„2) Тем самым поддерживается давление рабочей жидкости в обеих управляющих полостях реверсивной муфты I свободного хода, которая двухсторонне расклинена, и отсутствует давление рабочей жидкости в обеих управляющих полостях реверсивной муфты 13 свободного хода, которая под действием своих пружин двухсторонне заклинена. Реактор Ц гидротрансформа-. тора через планетарный ряд 6 с неподвюкным относительно корпуса 17 передачи водилом получает противовращение от турбинного колеса 3. Силовой поток насосного колеса 2 в гидротрансформаторе разветвляется на силовые потоки через турбинное колесо 3 и через реактор 4, которые суммируются на ведущей шестерне зубчатого редуктора 9. При этом автоматически образуются первая, вторая и третья .основные и соответствующие промежуточные ступени передачи, чтЬ обеспечивается последовательным, самозаклиниванием односторонних муфт 10-12 свободного хода на основных ступенях передачи и одновременным попарным са мозаклиниванием этих муфт на промежуточных ее ступенях. Первая ступень передачи - через зубчатый редуктор 7,с разветвлением силовых потоков на зубчатый редуктор 8 с муфтой 10 свободного хода и на муфту 11 свободного хода с коронной шестерней планетарного ряда 5, а также через насосное колесо 2 и тур.бинное колесо 3 гидротрансформатора, зубчатый редуктор 9 с солнечной шестерней планетарного ряда 5, на водил которого суммируются два последних силовых потока, поступающие вместе с первым на выходной вал 16 передачи Вторая ступень передачи - через зубчатый редуктор 7 муфту 11 свобод ного хода на коронную шестерню плане тарного ряда 5, а также через насосное колесо 2 и турбинное колесо 3 гидротрансформатора, зубчатый редуктор 9 с солнечной шестерней планетарного ряда 5 на водиле которого суммируются оба потока, поступающие на выходной вал 16 передачи. Вторая/третья проме хуточная ступень - на том контуре и с одновре менным разветвлением силового потока на выходной вал 16 передачи через муфту 12 свободного хода. Третья ступень передачи - через насосное 2 и турбинное 3 колеса гидротрансформатора, зубчатый редуктор 9 и муфту 12 свободного хода на выходном валу 1б передачи. ПрИ1 7-15-з/2 юршни 23 и 2 гидропреобразователя 22 и соединенный с ними золотник гидрораспределителя 2б занимают положение Б (фиг. 1). Тем самым поддерживается давление рабочей жидкости в обеих управляющих полостях реверсивной муфты 13 свобод ного хода 1, которая двухсторонне расклинена, и отсутствует давление рабочей жидкости в обеих управляющих полостях реверсивной муфты 1 свободного хода, которая под действием своих пружин двухсторонне заклинена. Реактор k гидротрансформатора застопорен в корпусе 17 передачи. Силовой поток насосного колеса 2 через турбинное колесо 3 без разветвления в гидротрансформаторе поступает на ведущую шестерню зубчатого редуктора 9. Тем самым через последний и муфту 12 свободного хода автоматически образуется четвертая ступень передачи. Разгрузочные каналы 30 и 31 обеспечивают быстрое переключение третьей и четвертой ступеней передачи и за счет противодействуюецего перемещению трения поршней 23 и 2А и штока 25 о гильзу гидропреобразователя 22 создают неоднозначные координаI Y V V ТЫ 15. и Сам переключения при i ГЪ14- rSftразгоне и замедлении гидротрансфор1матора, что предотвращает автоколебания привода и передачи в целом в указанном переходном статически неустойчивом режиме. По мере разгона гидротранс;форматора (фиг. 3) упругие деформации указанных нагруженных элементов на первой основной и второй/третьей промежуточной ступенях передачи обеспечивают однозначное устойчивое возрастание его нагрузки соответственно 0.Э,.(.„ И ( а передаточные отношения планетарного ряда 5 и зубчатых редукторов 7-9 однозначное устойчивое интенсивное возрастание его нагрузки иъ на второй основной ступени и полную его нагрузку fb (4 1 на третьей и четвертой основных ступенях передачи. При этом коэффициент момента у- А. ц насосного колеса 2 гидротрансформатора на первой и второй/ третьей ступенях не изменяется, на второй и третьей ступенях возрастает незначительно либо не бозрастает, и на четвертой ступени передачи падает Поэтому На всем протяжении рабочего скоростного диапазона ij. if- ipmo гидротрансформатора рост аргумента if сопровождается обязательным падением общего коэффициента входного момента A.y igсхемы и передача обладает полной прямой непрерывной прюзрачностью. Тем самым в сочетании всех ступеней она создает непрерывное монотонное плавное устойчивое автоматическое регулирование -крутящего момента двигателя с односторонним направлением силового потока от него к движению и автоматическим режимом обгона,ко торый обеспечивает движение машины накатом при соответствующих динамических условиях без волевых действи водителя. Синтез передачи ведут на основе экспериментальной канонической характеристики t(V гидротрансформатора, которая на третьей и четверто ступенях совпадает с канонической характеристикой (р) передачи Номинальное (без учета трения прршней 23 и 24 гидропреобразовател 22) скоростное передаточное отношение гЗ/4 гидротрансформатора при переключении третьей и четвертой ст пеней передачи определяется экспериментально из условия неразрывност его КПД ч J- (ip3/4 при вращении и остановке реактора 4 через планетар ный ряд 6 с модулем-Кjj. В созданных для таких режимов кой струкциях гидротрансформаторов значения этих параметров находятся в пределах lf-3/4 0,35-0,fO и k 2,3-2,7 (в рассматриваемом пример принято1у5у4- и k 2,5). Канонические координаты остальных точек переключения ступеней определяют из условия создания наивысшего рабочего силового диапазона непрерывного регулирования собственно передачи, например SQQ , при КПД не ниже р 0,8, а именно: координату переключения первой и второй ступеней i«- по предлагае(3) в точке перемому соотношению гиба функции tpdp), а не ее максимума tp (i ) (фиг. 6), что, в отличие от условия.максимума dp л для известной (2) схемы кс, впре лагаемой схеме обеспечивает этот максимум и по аналогии с ней однозначно бпределяёт каноническую коор динату Стоповой точки второй ступен передачи Им п tnin tnwin - координату переключения второй и третьей ступеней Структура передачи определяет координаты стоповых точек пернюй ст пени, заблокированной зубчатыми редукторами ,а также третьей и четвертой однопоточных ступеней М4 0. , V Вычисленные координаты определяют значение наибольшего КПД передачи на промежуточной второй/третьей ступени г /3 тс(х Пт и, тем. самым,- значение производной при переключении смежных основных ступеней «3ij nmin Л и - -птс1И Автоматическое переключение ступеней передачи в указанных канонических параметрах обеспечивается надлежащим однозначным выбором модуля планетарного ряда 5 и неоднозначным выбором передаточных отношений зубчатых редукторов 7-9 по системе уравнений ipV Р9 ji (9) JPL-J. .м ipug К5 i который осуществляют в соответствии с выбором максимального скоростного передаточного отношения передачи на четвертой ступени max предельно допустимыми значениями передаточных отноо ений в одной паре каждого зубчатого редуктора 7-9 и конструктивным соотношением (2)гидропреобразователя 22. Так, для гидротрансформатора с приведенной на фиг. 3 канонической характеристикой канонические парамет-ры передачи имеют значения if-fjii 0; ГЧIЪ 0,2; 1гЗ/4 0,4; М со ; М, 0,4; М 0,9231,коорые обеспечиваются конструктивными параметрами схемы: Kg 2,0010; ip7 0,2500; iper 0,5962; ipg 1,1183; S,/St. 0,2000. Указанные канонические и конструктивные параметры предлагаемой передачи позволяют создать наибольший в .сравнении с иными значениями парамет13

pa рабочий силовой диапазон ее непрерывного регулирования ало 7,SO (фиг. 6); повысить этот .диапазон в сравнении с наибольшими его значениями для известных (.) и (2) передач соответственно на 87,6% и на 91 увеличить скоростной диапазон совмещения ф передачи с одноступенчатым газотурбинным двигателем в сравнении с диапазоном совмещенияV КС известной передачи (1)в 6,25 раз (фиг. 5), при этом по аналогии с известной передачей (2) сохранить с ним полное совмещение 4 t)c (фиг, ); по сравнению с известной передачей (1) на основе указанного Существенно более полного совмещения повысить одновременно общий рабочий силовой диапазон do,oe на 325,9, средний КПЛ Ч на 2 ,k% и среднюю удельную силу тяги по двигателю fcg на 29,6% (фиг 5), по сравнению с известной передачей (2) на основе одинаково полного указанного совмещения повы В том числе муфт свободного хода реактора гидротрансформатора;

При четырехколесном комплексном гидротрансформаторе, для которого рассчитана известная контрольная схема.

Формула изобретения

Гидромеханическая многоконтурная передача прямого хода транспортного средства с газотурбинным двигателем, содержащая два планетарных ряда и гидротрансформатор, насосное колесо

«

сить одновременно общий рабочий силовой диапазон 91 ,+% и при одинаковом среднем КПД Ч - среднюю удельную силу тяги по двигателю 5 на 2Ц,2% (фиг t); осуществить непрерывное регулирование прямого хода в диапазонах: с одноступенчатым газотурбинным двигателемaQng 22,5 и с двухступенчатым газотурбинным

0 двигателемаоо§ if|6,5 которые соответственно в1,88-2,25 и в 3,88-,65 раз превышают минимальные требования действующего стандарта и дискретным гидромеханическим передачам тяжелых

5 транспортных средств высокой проходимости, тем самым существенно приближают закон регулирования к идеальному по гиперболе и на этой OQHOBe повышают тягово-динамические

20 и экономические показатели трансмиссии указанных объектов; создать эти преимущества при одинаковом числе основных ступеней и силовых элементов передачи (см. табл.)по

25 сравнению с известной передачей.

которого через входной вал передачи, зубчатый редуктор с передаточным отношением

ditif -1.1

V-avivT-M

-i

nmin

dii

производная скоростного

где

шг передаточного отношения второй ступени передачи по скоростному передаточному отношению гидротрансформатора ;

соответственно скоростглное передаточное отношение и коэффициент трансформации гидротрансформатора на первой ступени и при переключении первой и второй ступене передачи;

1 наименьшее значение КПД

-nm-trj передами на промежуточ-. ных ступенях, определяемое заданным оценочным значением КПД рабочего, силового диапазона регулирования транспортной гидромеханической передачи по действую1Чему стандарту;

и соответствующие односторонние муфты свободного хода соединено с выходным валом передачи и с одной из соосных шестерней первого планетарного ряда, водило которого соединено с выходным валом передачи, турбинное колесо гидротрансформатора через зубчатый редуктор соединено соответственно с другой из соосных шестерне первого планетарного ряда, через 6fl ностороннюю муфту свободного хода с выходным валом передачи, а также кинематически связано с одной из соосных шестерней второго планетарного ряда, через муфту свободного хода с корпусом передачи, отличающаяся тем, что, с целью повышения верхнего предела рабочего силового диапазона непрерывного автоматического регулирования собственно передачи до наибольших значений без изменения числа ее сту-, пеней и силовых элементов упомянутая муфта свободного хода между реактором гидротрансформатора и корпусом передачи выполнена реверсивной, упомянутый второй планетарный ряд установлен соосно с входным валом передачи и своей коронной шестерней непосредственно соединен с турбинным колесом гидротрансформатора, своим водилом - с корпусом передачи и своей солнечной шестерней через вторую реверсивную муфту свободного хода - с реактором гидротрансформа-тора, при этом система управления выполнена в виде двухпозицирнных гидрораспределителей, посредством которых обе управляющие полости каждой из реверсивных муфт свободного хода сообщены с источником давления рабочей жидкости, датчиков частоты вращения входного и выходного валов передачи, входы которых сообщены с источником давления рабочей жидкости, а выходы - с противоположными управляющими полостями поступательного гидропреобразователя, выполненного с соотношением

J3L

з/4 Ч

рабочие площади

и S,

Ч поперечного сечения управляющих полостей, сообщенных с выходами датчиков частоты вращения соответственно входного и выходного валов передачи; номинальное (без

3/4 учета трения поршней гидропреобразователя) скоростное передаточное отношение передачи при автоматическом переключении ее третьей ступени с вращающимся реактором и четвертой ступени с неподвижным реактором, гидротрансформатора;

шток которого соединен с гидрораспределителем для управления последним, причем передаточные отношения упомянутых планетарных рядов и зубчатых редукторов передачи выполнены так, чтобы каноническая координата ij переключения первой и второй ступеней передачи удовлетворяла условию

i.

JOL

mox dv

производная коэффициента трансформации гидротрансформатора по его скоростному передаточному отношению в указанной точке переключения;

- наибольшее текущее

niCJH значение этой производной в точке перегиба функции р( ip) при противовращении турбинного колеса гидротрансформатора с управляемым от этого колеса его реактором.

Ya

-л i

дм I О

SlTT })

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

с. , рис. 6 б ,{63 б).

клГв 60 К 17/10 1979 CnpoTdTMnJ.

о

«

««f

/

ы

0. -0.20 p,t 0, 0,6

/v V OA

U2J

0,8, r.OCf. Jjnax