Инерционная силовая установка транспортного средства

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к силовым установкам, оборудованным рекуператорами энергии. Цель изобретения - повышение эффективности работы силовой установки путем повышения ее энергоемкости. Двигатель 1 кинематически связан с гидропоршневыми муфтами 13 и 13 переднего и заднего хода управляемыми кранами 22 и 23 ручного управления и с обратимой гидромашиной 24. Силовая установка снабжена гидроаккумулятором 30, аккумулятором механической энергии - маховиком 40, кинематически связанным через редуктор 39 с гидромашиной 32, рабочие полости которой соединены с гидроаккумулятором 30. При торможении транспортного средства его кинематическая энергия аккумулируется в гидроаккумуляторе 30 и маховике 40 и затем используется при разгоне. Энергия может быть накоплена также при стоянке транспортного средства. 2 з.п ф-лы, 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 7

Фиг.1 (21) 4716492/11 (22) 07.07.89 (46) 23.03.92. Бюл; М 11 (71) Всесоюзный научно-исследовательский горно-металлургический институт цветных металлов (72) Е.С.Гуменников (53) 629.113-585.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N .1094982, кл. F 03 0 3/08, 1984. (54) ИНЕРЦИОННАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к силовым установкам, оборудованным рекуператорами энергии. Цель изобретения — повышение эффективности работы силовой установки Ы 1721341 А1,я)л F 16 Н 33/00; В 60 К 6/00 путем повышения ее энергоемкости. Двигатель 1 кинематически связан с гидропоршневыми муфтами 13 и 131 переднего и заднего хода управляемыми кранами 22 и 23 ручного управления. и с обратимой гидромашиной 24. Силовая установка снабжена гидроаккумулятором 30, аккумулятором механической энергии — маховиком 40, кинематически связанным через редуктор 39 с гидромашиной 32, рабочие полости которой соединены с гидроаккумулятором 30. При торможении транспортного средства его кинематическая энергия аккумулируется в гидроаккумуляторе 30 и маховике 40 и затем используется при разгоне. Энергия может быть накоплена также при стоянке транспортного средства. 2 з.п ф-лы, 7 ил, 1721341

10

40

Изобретение относится к транспортному машиностроению, преимущественно к энергоустановкам, оснащенным дублирующими маховичными приводами.

Известна маховичная силовая установка, содержащая маховик с редуктором и гидравлическое устройство сцепления, связывающее выходной вал редуктора с рабочим валом и выполненное в виде гидродинамического трансформатора.

Недостатком известной установки является низкая эффективность гидродинамического трансформатора при пользовании его в качестве вариатора скоростей на малых оборотах рабочего вала или маховика, характерных для разгона и торможения. Кроме того, отсутствие средств для гашения гироскопического эффекта маховика затрудняетуправлениетранспортным средством и вызывает опасные перенапряжения в опорах маховика.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является инерционная силовая установка транспортного средства; которая включает ходовую платформу, оборудованную двигателем внутреннего сгорания, вал которого связан с валом маховика и одновременно с раздаточным редуктором. При этом раздаточный редуктор, выполненный из трех конических шестерен, связан с трансмиссионным вариантом скорости, установленным на ходовой оси, и одновременно — с гидрообъемной обратимой машиной ("мотор-насос"), которая, в свою очередь, гидравлически связана с аналогичной машиной, установленной на валу маховика. Маховик заключен в корпусе, имеющем подвижную подвеску в виде внешней сферической опоры с пальцевым зацеплением за вертикальные прорези на поверхности сферической опоры и системой гидравлического следящего устройства для возвращения маховика в нормальное положения относительно ходовой платформы.

Недостатком этой установки является низкая эффективность работы силовой установки, так как управление силовой установки с помощью изменяющихся сопротивлений движению ходовой платформы по обратной связи почти не регулируется. Для обращения гидромашины на автотранспорте требуется наличие гидрораспределительных средств ручного управления. Кроме того, вал маховика непосредствЕнно связан с валом двигателя и валом объемной гидромашины, которые имеют сравнительно небольшие обороты, следовательно, установка не может использовать высокие и сверхвысокие обороты маховика, т.е. иметь большой запас энергии при небольшой массе маховика. При этом экологически вредные выхлопы двигателя транспортной установки не устраняются в полной мере при использовании в черте города.

Целью изобретения является повышение эффективности работы силовой установки и повышение экологической частоты.

Цель достигается тем, что инерционная силовая установка транспортного средства, включающая ходовую платформу, оборудованную двигателем внутреннего сгорания, две радиально-поршневые обратимые гидромашины с упругораздвижными поршнями, одна из которых кинематически связана с двигателем внутреннего сгорания, а вторая — с маховиком, снабжена двумя гидропоршневыми муфтами сцепления, ведущие части которых связаны с двигателем и между собой в противоходе, а ведомые — с движителями транспортного средства, двухполостным обратным гидроаккумулятором, обе полости которого снабжены золотниковыми распределительными устройствами, посредством которых гидроаккумулятор связан с упомянутыми гидромашинами двумя кранами управления, посредством которых гидропоршневые муфты гидравлически связаны между собой и с упомянутым гидроаккумулятором.

Выходной вал маховика выполнен совместно с его шаровой опорой, помещенной в центре вращения маховика и кинематически связан с обратимой гидромашиной через редуктор. Выхлопная труба двигателя транспортного средства снабжена магнитной шайбой, подземная сеть вентиляции оборудована колодцами в местах остановок транспортного средства, при этом колодцы снабжены электромагнитными клапанами, размещенными с возможностью взаимодействия с магнитной шайбой выхлопной трубы двигателя, На фиг, 1 изображена установка, общий вид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — гидроцилиндр обратимой гидромашины, разрез; на фиг. 4 — узел i на фиг. 1; на фиг. 5 — кран управления, разрез; на фиг. 6 — обратимый гидроаккумулятор, разрез; на фиг. 7 — схема взаимодействия выхлопа транспортной установки с вентиляционными дорожными колодцами.

Инерционная силовая установка транспортного средства включает в себя смонтированный на ходовой платформе (не показано) двигатель 1 внутреннего сгорания. Двигатель 1 содержит ступицу 2 с навинченными радиальными цилиндрами 3 и поршнями 4 сгорания, связанными с эллип1721341

20

30

40

50 совидным кулачком 5 посредством опорных катков 6, Кулачок 5 жестко, например, на шлицах крепится на выходном валу 7, который связан с дифференциальным узлом, состоящим, например, из двух пар соосных конических шестерен 8 и 9, При этом шестерни 9 посредством трубчатых валов 10 и

11 связаны с вращающимися ступицами 12 гидропоршневых муфт 13 и 13 сцепления.

Обе муфты имеют такой же конструкции, как и двигатель 1, цилиндры 14, поршни 15 и кулачки 16. В отличие от двигателя надпорш невы е полости гидромуфт являются гидронасосными и головки цилиндров оборудованы самозапорн ыми всасы вающими клапанами 17 и нагнетательными клапанами 18.

Все цилиндры гидромуфт соединены каналами 19 и 20 с гидроколлекторами 21 (фиг. 4). Далее продолжения каналов 19 и 20 связывают надпоршневые полости обеих гидромуфт с четырехканальными кранами

22 и 23 ручного управления. Вторая пара соосных шестерен 8 насажена на вал двигателя 1 и обратимой гидрообъемной машины

24 аналогичной конструкции с гидромуфтами сцепления и двигателем 1. Исключение составляет конструкция поршней (фиг. 3).

Каждый поршень состоит из полупоршней

25 и 26 и внутренней цилиндрической вставки 27 с кольцевым упором 28. Оба полупоршня отжимаются от упора 28 пружинами 29 и 29".

Всасывающие и нагнетательные каналы гидромашины 24 соединяются с обеими полостями обратимого гидроаккумулятора

30, которые образованы подпружиненным с обеих сторон поршнем 31. Торцы цилиндра гидроаккумулятора 30 служат для соединения четырех пар всасывающих и нагнетательных каналов гидромашин 24 и 32. При этом гидромашина 32 полностью аналогична по конструкции машине 24. Соединение каналов с полостью гидроаккумулятора выполнено соосными парами с одним направлением движения жидкостей, т.е. против. нагнетательного канала одной гидромашины расположен всасывающий канал второй гидромашины. Каждому из специализированных каналов соответствует всасывающий 17 или нагнетательный 18 самозапорный клапан в головке гидроцилиндров и гидромуфт 13 и 13 .

По оси гидроаккумулятора 30 пропущен стержень33 с закрепленными на нем золотниковыми кольцами 34 и 35. На одном конце стержня 33 насажен поршень 36. Другой конец выведен наружу и закреплен на механической рукоятке 37 ручного управления.

Стержень 33 подпружинен в сторону поршня 36. Оба крана 22 и 23 ручного управления своими нагнетательными каналами

20 соединены с всасывающими каналами

19 гидромашины 32, а всасывающими каналами 19 — с нагнетательными каналами этой же гидромашины. Краны могут быть связаны и с гидромашиной 24, но в обратном порядке.

Гидромашина 32 своим выходным валом 38 связана с повышающим (в сторону маховика) редуктором 39, с которым кинематически связан маховик 40 посредством вала 41, имеющего шаровую опору 42, Шаровая опора 42 выполнена заодно с кронштейном 43 с крестовиной 44, относительно которых маховик подпружинен. Кроме того стержень 43 связан с маховиком полуокружной скобой 45, у которой все радиусы пересекаются в центре шаровой опоры 42.

Маховик заключен в неподвижный корпус

47, который может быть вакуумирован.

Коллектор 21 (фиг. 4) представляет собой неподвижную втулку, установленную на ведущей оси 47 герметично относительно шеек 48 ступиц 12 каждой из двух поршневых муфт 13 и 13 . Всасывающие 19 и

1 нагнетательные 20 каналы проходят через стенки шеек 48 и соединяются с соответствующими кольцевыми проточками 49 и 50, Проточки 49 и 50 соединяются с продолжениями каналов 19 и 20 через осевые каналы 51 и 52.

Краны 22 и 23 управления имеют одинаковую конструкцию (фиг. 5) и каждый содержит поворотную пробку 53 с перекрещивающимися соединительными каналами

54 и 55 и проточкой 56, имеющей возможностью замыкать оба подходные каналы 19 и

20 частично или накоротко.

Двухполостной обратимый аккумулятор

30 состоит из цилиндра 57 и торцовых стаканов 58 и 59. Надпоршневая полость стакана 58 связана каналом 60 с нагнетательным каналом 20 от гидромуфты 13 сцепления гидромуфты переднего хода).

Транспортное средство, например городской автобус, 61 может снабжаться выхлопной трубой 62 с выходным сечением, направленным вниз, и оборудованной магнитной шайбой 63, а пункты остановок на маршрутах оборудоваться вентиляционными колодцами 64, связанными с магистральными отсасывающими подземными каналами 65. Колодцы оборудованы облегченными ферромагнитными клапанами 66, например, с помощью постоянно включенной электромагнитной катушки 67. Под клапанами 66 смонтированы вентиляторы

68 с выключателями 69, связанными с кла1721341 панами 66, например, гибкими проводками

70.

Гидропоршневые муфты 13 и 13 сцепления могут непосредственно встраиваться в ведущие колеса 71 транспортного средства 61 при некоторых несложных конструктивных изменениях в соединении гидромуфт с ведущей осью (не показаны), Установка работает следующим образом.

Включается в работу двигатель 1, причем обе муфты 13 и 13, вращаясь в разные

1 стороны, свободно перегоняют жидкость, замкнутую накоротко по проточкам 56 обоих кранов 22 и 23 управления. Ось 47 неподвижна, но свободно вращающиеся в противоположные стороны корпуса муфт 13 и 13 вместе с трубчатыми валами 10 и коническими шестернями 9 вращают кулачок гидромашины 24. При этом, если с помощью рукоятки 37 золотниковые кольца 34 и 35 перекрывают одновременно все каналы 19 и 20, то кулачок 5 также работает вхолостую, поскольку выхода жидкости из надпоршневых полостей нет. До включения двигателя

1 пружины 29 и 29 отжали часть жидкости из цилиндров, а попеременное сжатие-разжатие пружин 29 и 29 кулачок 5 идет без

1 заметных затрат энергии, что требуется для спуска двигателя 1.

Затем с помощью рукоятки 37 золотники 34 и 35 переводятся в положение по фиг.

1. Одновременно обе полости обратимого гидроаккумулятора могут связываться с внешним резервным питанием напорной жидкости постоянного давления (не показано).

Гидромашина 24 начинает работать в режиме насоса, подавая напорную жидкость в надпоршневые полости гидромашины 32, которая начинает работать в режиме мотора. Через повышающий редуктор 39 маховик 40 раскручивается до оптимальных оборотов. При этом скорость передачи от двигателя 1 до маховика возрастает бесступенчато в полной зависимости от инерционного сопротивления маховика. Это свойство достигается за счет упругораздвижных поршней обеих гидромашин 24 и 32, Так, если гидромашина 24 имеет зависимые обороты от двигателя 1, то потребление ею нарастающей мощности характеризуется ростом напора с соответственно большим сжатием пружин 29 и 29 во

1 время возвратно-поступательного движения верхнего полукорпуса. Это вовлекает в работу больший объем перегоняемой жидкости за счет крутящего момента кулачка 5 через работающие пружины 29 и 29 . На

1 рост давления жидкости гидроаккумулятор

55 реагирует перемещением поршня 31 в сторону всасывающей полости, сжимая одну пружину и растягивая другую до нового равновесного положения.

Теперь гидромашина 32 находится под некоторой разницей давления, но ее обороты зависят от раскручивающегося маховика

40 и с ростом числа оборотов поршни ее совершают все уменьшающиеся возвратнопоступательные перемещения верхнего полукорпуса 25, которые активно действуют на кулачок 5 посредством пружин 29 и 29".

С уменьшением шага поршней потребление жидкости может -возрастать только за счет роста числа оборотов.

После раскрутки маховика рукоять 37 отпускается и подпружиненный стержень

33 перебрасывает золотники 34 и 35 влево, обратив на противоположный режим гидромашины 24 и 32 вместе с аккумулятором

30, у которого поршень 31 перемещается влево.

Затем переворачивается рукоять крана

22, которым дросселируется поток внутри гидромуфты 13 сцепления переднего хода от нуля до максимума, т.е, до полного перекрыва каналов 19 и 20, что соответствует стопроцентному сцеплению вала двигателя

1 и гидромашины 24 с ведущей осью 47.

Таким образом муфтой сцепления осуществляется одновременно бесступенчатая вариация скорости. Неполное сцепление муфты вызывает поток жидкости, проходящей через кран 22 и рекуперирующей свою энергию в гидромоторе 24, Во время движения транспортного средства 61 двигатель 1 может быть переведен на холостые обороты либо отключен от системы питания. Основным двигателем становится маховик.

При торможении рукоять крана 22 остается в неизменном положении, а рукоять крана 23 выводится из нейтрального положения с постепенным перекрывом гидравлического тракта. Это создает мощный тормозной момент от противохода гидромуфт 13 и 13, поскольку пара шестерен 9

1 вращается в противоположные стороны.

Энергия торможения обращается в мощный напорный поток, образуемый обеими гидромуфтами. Дополнительный напор по каналу

60 перебрасывает золотники в обратную сторону и вновь обращает работу гидромашин 24 и 32 и гидроаккумуляра 30 в режим раскручивания маховика, Задний ход осуществляется включением (после подзарядки маховика) гидромуфты 13, с помощью которой задний ход может быть эквивалентным переднему. Все операции при заднем ходе аналогичны описанным выше, 1721341

Во время остановки, например, автобуса в пункте маршрута, оборудованном вытяжным вентиляционным колодцем 64, вследствие увеличивающейся силы магнитного взаимодействия с клапаном 66 последний под действием катушки 67 перемещается вверх, открывая по центру отверстие и включая поводком 70 вентилятор 68. Выхлопные газы работающего на остановке двигателя 1 в форсированном режиме для подзарядкй маховика 40 отсасываются подземной вентиляцйонной системой. Ввиду возможно большого числа одновременно работающих автобусов с инерционной силовой установкой вентиляторы 68 могут включаться только в момент отсоса выхлопных газов.

Использование изобретения позволит повысить регулируемость транспортного средства, работающего с рекуперативной схемой, При этом повышается надежность силовой установки, имеющей минимум зубчатых передач в кинематической схеме и высокую степень унификации основных узлов.

Формула изобретения

1. Инерционная силовая установка транспортного средства, включающая ходовую платформу, оборудованную двигателем внутреннего сгорания, две радиально-поршневые обратимые гидромашины с упругораздвижными поршнями, одна из которых кинематически связана с двигателем внутреннего сгорания, а другая — с маховиком, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности работы силовой установки, она снабжена двумя гидропорш5 «евыми муфтами сцепления, ведущие части которых связаны с двигателем и между собой в противоходе, а ведомые — с движителями транспортного средства, двухполостным обратным гидроаккумулятором, 10 обе полости которого снабжены золотниковыми распределительными устройствами, посредством которых гидроаккумулятор связан с упомянутыми гидромашинами, двумя кранами управления, посредством кото15 рых гидропоршневые муфты гидравлически связаны между собой и с упомянутым гидроа ккумул ято ром.

2. Установка по п. 1, о т л и ч а ю щ а яс я:тем, что выходной вал маховика выпол20 нен совместно.с его шаровой опорой, помещенной в центре вращения маховика, и кинематически:связан с обратимой гидромашиной через редуктор.

3. Установка по и. 1, о т л и ч а ю щ а я25,с я тем, что, с целью повышения экологической чистоты, выхлопная труба двигателя транспортного средства снабжена магнитной шайбой, подземная сеть вентиляции оборудована колодцами в местах остановок

30 транспортного средства, при этом колодцы снабжены электромагнитными клапанами, размещенными с возможностью взаимодействия с магнитной .шайбой выхлопной трубы двигателя.

1721341

1721341

1721341

45

Составитель Е.Гуменников

Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Редактор О.Хрипта

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

Заказ 941 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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