Гидромеханическая передача

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 B 60 К 17/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

0 (л Э

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4686477/11 (22) 03.05,89 (46) 30.05.91. бюл. ¹ 20 (75) А,И,Сафонов и Г.А.Сафонова (53) 629,113-585.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹1291454,,кл. B 60 К 17/10, 1985. (54) ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА (57) 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 б и 27 — с ведомым валом

„„5U„„1652117 Al

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 его 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, б ил.

4РЯ

1652 17

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

Цель изобретения — повышение КПД и уп!20щение констру!(ци7л Гид!20механической передачи (ГМП), На фиг.1 представлена кинематическая схема предлагаемой ГМП; на фиг.2 — исходная (внешняя) характеристика ГN+poTpBHcформатора (ГТ); на фиг.3 — характеристики

ГЬ(П, HB фиг,4, 5 и 6— - геометрические схемы для расчета параметров центробежных насосов системы переключения режимов

ГМП.

Ведущий вал соединен с двигателем

«pBHcïopòHîãî средства, На ведущем валу 1 расположены Г77дротранс(!1орматоры 2, 3 и

4, Насосное колесо 5 ГТ 2 связано непосредственно с ведущим валом 1. Турбинное колесо 6 i Т 2 связано с шестерней 7, сцепленной с шестерней 8 цилиндрического зуб-7атого редуктора. Шестерня 8 соединена с ведомым валом 9 через муфту свободного хада (ЫС!() 10. Реактор 11 ГТ 2 связан с опорой реактора 12 через МС 13 и соединен C ГIOii t. IM BBFIOf4 4, HB Доугом l(OHL78 кOTop0!o закреплено лопатачное колесо 15 центробежного насоса 16, Выходная сторона 17 насоса !6 через канал 18 соединена с полостью 19 бустера 20. Бустер 20 через подшипник 21 взаимодействует с нажимным Диском s > ф!Зикциона 23, В8Дущи8 Диски 24 7>рик l иона 23 связаны с ведушим ва "ом 1, а ведомые диски 25 — с насосным колесом 26 (Т 3. Турбинное колесо 27 ГГ 3 снабжено шестерней 28, сцепленной с шестерней 29, которая соединена с ведомым валом 9 через MCX 30, Реактор 31 ГТ 3 закреплен HB опоре 32 72 картере ГМП

Г7!2. vî 70I;., !.I!..X 33. C !2еак10рол 3 р посредстве полого вана 34 связано лопаточHoQ колесо 35 центробежного управляющеГО IIBcQcB 36. ВыхоДная стор077а 37 НВсосВ

36 через канал 38 соединяется с полостью

39 бус1ера 40. Бустер 40 через подшипник

41 взаимодействует с нажимным диском 42 фри!(Циона 43. ВеДущи8 Диски 44 фрикциоHB 43 связаны с ведущим валом 1, а ведомые диски 45 -- с насосным колесом 46 ГТ 4.

Турбинное колесо47 ГТ4 снабжено шестерней 48, которая сцеплена с шестерней 49, сидящей непосредственно на ведомом валу 9, Реактор 50 ГТ 4 закреплен на опоре 51 в картере ГМП при посредстве i7ACX 52, Для движения транспОртнОГО средства полости ГТ 2, 3 и 4 и насосов 16 и 36 (см, фиг.1) эаполнЯютсЯ рабОчей жидкость!0 fipYi

35 ь

55 помощи системы подпитки (не показана).

При трогании с места ведомый вал 9 неподвижен. Неподви>кны 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, поэтомудинамический фактор при трогании с места имеет максимальное значение (см, фиг.3, режим Ч = О). 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 л,7 (см, фиг.2) повышаются незначительно (см. фиг.3, участок !} и передаточное отношение ГТ 2 быстро увеличивается. llo 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 центробе>кного 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

1 !, 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 возрастание оборотов реактора соответствует участку "а-в" на оси передаточных отношений (оси абсцисс), Кривая л7 показывает, что одновременно с увеличением передаточного отношения 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 раэгружается, а ГТ 3 начинает передавать seto мощность двигателя. Указанное перераспределение нагрузок (передаваемых мощностей) соответствует участку i! характеристики ГМП (см. фиг.3), В момент выхода

ГТ 2 в точку "в" его ",àðàêòåðèñòèêè MCX 10

1652117 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, MCX 30 на ведомь1й вал 9. МСХ 33 включена и реактор 31 ГТ 3 неподвижен. На ха- 10 рактеристике ГМП (см. фиг.3) это соответствует участку !!!. При достижении

ГТ 3 участка его характеристики, соответствующего точке "а" (см. фимг.2), MCX 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 передаваться 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 участку IY характеристики ГМП (см. фиг.3). По достижении точки "в" характеристики ГТ 4 (см. фиг.2) отключается MCX 30 и мощность двигателя передается только через ГТ 4, MCX 52 при этом включена и реактор 50 ГТ

4 не вращается, На характеристике ГМП (фиг.3) 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

MCX 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

55 колеса, равные оборотам двигателя, и обо- роты турбинного колеса, равные; ! цил2 !цил2

Пт2 — пт1 — пдв— ! цил1 !цил1

28

ГдЕ !цил! = — — ПЕрЕдатОЧНОЕ ЧИСЛО ПЕРВОГО

27 цилиндрического редуктора;

229 ! цилг = — — ПЕРЕДатОЧНОЕ ЧИСЛО ВТОРОГО

228 цилиндрического редуктора;

7л, 28,228,229 — числа зубьев соответственно 7, 8, 28 и 29 шестерен.

Передаточное число второго ГТ (ГТЗ) будет п 2 !цил2 ! цил2

Пдв !цил1 и коэффициент момента Й1с может быть определен по характеристике фиг.2 (точка "с"), Крутящий момент на насосном колесе ГТ 3 (момент двигателя) будет

Мн2 = Йс а пдв (1)

2 где D> — 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 = P Рнд — — — @ — Мн2, (2) -r 8+r

2 где,и — коэффициент трения;

Р «д — осевое усилие на нажимном диске;

i — число поверхностей трения, Отсюда, учитывая выражение (1), получаем

8 . 2 1с Оа пдв (3)

fc (гфре + гфр!)

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

Рнд = Рс 08 = Рб Л (ГИе 4) (4) где Р8 — давление жидкости в бустере;

Р8 — площадь бустера.

Учитывая зависимость (3), получаем

1652117

2kc Da A е (5)

5 . .2

Ж f4, I (Гфре + Гфр!) (де 4) Давление Р5 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 Vp =О.

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 вращеЪ ния 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. бр - б!П Г ЙР, (6), где в- угловая скорость колеса.

Масса элемента будет бт-1см . dr, g где у- удельный вес (плотность) жидкости:

g — ускорение свободного падения.

Из выражений (6) и (7) следует; / °

dp Я вЂ” — — ° dr.

Для радиуса гн! (входное сечение колеса) принимаем р - О, т.е. жидкость на вход в колесо центробежного насоса подводится беэ давления (открытым каналом). Тогда

Для определения давления в жидкости, находящейся в радиальных каналах вращающегося колеса (см. фиг,б и 6), выделим на расстоянии r 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 противоположной стороны сила р + бр, где бр— центробежная сила жидкости, составляющей сам элемент, т.е. давление в улитке (и, следовательно, в бустере)

} cIP + (не н } гн!

Прирав!ивая выражения (5) и (8), получаем

Г2не — н! Р

5 2

Х 2 Л1с Da пдв, (9) 15

Ж,и (Гфре + Гфр!) (Г4 — 4) Учитывая, что в — — Л-, получаем для

ÕÀ в

30 наружного радиуса колеса насоса следующую зависимость:

3600 h D g /4 I P (Гфре + Гфр!) (f3e 3!) 25 (10) которая и определяет размеры центробежного насоса.

Формула изобретения

1. Гидромеханическая передача, содер30 жащая ведущий и ведомый валы, комплексные гидротрансформаторы, насосные колеса которых, кроме первого, связаны с ведущим валом через фрикционы, а турбинные колеса, кроме последнего, связаны с

35 ведомым валом через зубчатые редукторы и муфты свободно! о хода, центробежные насосы, гидравлические бустеры, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения КПД и увеличения точности автоматического пе40 реключения режимов работы. лопаточное колесо каждого иэ центробежных насосов связано с реактором соответствующего гидротрансформатора, а улитка каждого иэ центробежных насосов соединена с гидрав45 лическим бустером включения фрикциона последующего гидротрансформатора.

2. Передача поп.1, отл ич а ющая с я тем, что, с целью упрощения конструкции, гидравлические бустеры взаимодействуют с

50 нажимными дисками фрикционов через подшипники качения.

3. Передача по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что размеры лопаточного колеса каждого иэ центробежных насосов подчиняются зависимостям

3600 Л1с Da g p гне + н! ° э ф < ) (Гфре + Гфр!) (Йе 4) -1652117

10 где гне — наружный радиус лопаточного колеса центробежного насоса;

4с — коэффициент момента гидротран сформатора, размещенного за центробеж- ным насосом (считая от двигателя); 5

D> — активный диаметр гидротрансформатора, размещенного за центробежным насосом;

g — ускорение свободного падения; ,и — коэффициент трения дисков фрик- 10 циона.;

i — число поверхностей трения фрикциона;

y — удельный вес (плотность) рабочей жидкости; 15 гфре, Гфр! — наружный и внутренний ра- диусы трущихся поверхностей дисков фрикциона; гбе, гб — наружный и внутренний радиусы гидравлического бустера ги — внутренний радиус лопаточного колеса центробежного насоса, причем А1, берется для передаточного отношения гидротрансформатора цил2 гт2 ! цил1 гДЕ 1цил2, 1цил1 значениЯ пЕРеДаточных чисел зубчатых редукторов, расположенных по 4бе стороны соответствующего центробежного насоса.

1652117

k,ð

РФзу гб

Фиг. Ф

Фиг. б

Составитель С.Белоусько

Редактор M.Áàíäóðà Техред М.Моргентал Корректор M.Äåì÷èê

Заказ 1739 Тираж 341 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101