Узел, образующий радиально-поршневую гидравлическую машину с оптимизированным картером

Изобретение относится к конструкции картеров для гидравлических машин. Гидравлическая система (4) содержит гидромашину (42), картер (110) и вспомогательные компоненты оснащения гидромашины (42). Гидромашина (42) и вспомогательные компоненты размещены в картере (110). Картер (110) выполнен из двух соединенных камер (112, 114), из которых одна камера (112) предназначена для высокого давления, а другая камера (114) предназначена для низкого давления. Компоненты (427, 426, 421) гидромашины (42) и вспомогательные компоненты, работающие при высоком давлении, сгруппированы и размещены в камере (112) картера высокого давления. Компоненты (420, 425) гидромашины (42) и вспомогательные компоненты, работающие при низком давлении, сгруппированы и размещены в камере (114) картера низкого давления. Изобретение относится также к транспортному средству, содержащему такой узел. Достигается снижение массы трансмиссии. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области гидростатических трансмиссий и, более конкретно, к конструкциям картеров для гидравлических машин.

В частности, изобретение может использоваться при реализации вспомогательного гидропривода в самоходном транспортном средстве.

Уровень техники

Выполнение гидростатической трансмиссии в транспортном средстве требует установки различных компонентов, в том числе одной или нескольких гидромашин, которые могут работать в качестве насоса или мотора, систем для распределения, подпитки, фильтрации и хранения масла.

Результатом этого множества компонентов является высокая масса и большие общие размеры, которые могут создавать проблемы при проектировании транспортного средства.

Кроме того, необходимо соединять эти различные компоненты, что приводит к множеству гидравлических шлангов и электрических соединений, создающих, в частности, проблемы стягивания шлангов.

Для ограничения общих размеров, связанных с компонентами и их соединениями, уже предлагалось группировать некоторые функции, такие как функции насосной перекачки и фильтрации масла, в общем картере.

Однако общая масса компонентов остается значительной.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является снижение массы компонентов для выполнения гидростатической трансмиссии для транспортного средства и упрощение интеграции гидростатической трансмиссии в транспортное средство.

В этом отношении предметом изобретения является узел, содержащий:

- картер

- гидромашину, выполненную с возможностью соединения с гидравлической системой, и

- вспомогательные компоненты оснащения гидромашины,

причем гидромашина и вспомогательные компоненты размещены в картере,

при этом узел отличается тем, что:

- картер выполнен из двух соединенных камер, из которых одна камера способна выдерживать высокое давление, а другая камера способна выдерживать низкое давление, и

- при этом компоненты гидромашины, работающие при высоком давлении, а также вспомогательные компоненты, работающие при высоком давлении, сгруппированы и размещены в камере картера высокого давления, тогда как компоненты гидромашины, работающие при низком давлении, а также вспомогательные компоненты, работающие при низком давлении, сгруппированы и размещены в камере картера низкого давления.

Как будет понятно из последующего описания, изобретение позволяет снизить массу картера узла, так как камера картера, работающая под низким давлением, может быть изготовлена, в частности, из другого материала или может иметь толщину стенок меньше, чем камера картера, работающая под высоким давлением.

Изобретение относится также к транспортному средству, содержащему такой узел, установленный на шасси.

Краткое описание чертежей

Другие характеристики, задачи и преимущества изобретения будут ясны из последующего описания, которое не имеет ограничительного характера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 изображает схему гидравлической системы транспортного средства, содержащую узел в соответствии с примером осуществления изобретения,

фиг. 2 изображает в аксонометрии вид снаружи узла в соответствии с примером осуществления изобретения,

фиг. 3 схематично изображает часть картера узла в соответствии с примером осуществления изобретения и

фиг. 4 изображает схему группировки функциональных компонентов высокого давления и функциональных компонентов низкого давления в соответствующих отведенных для этого частях камер в соответствии с изобретением.

Подробное раскрытие по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения

На фиг. 1 показана гидравлическая схема транспортного средства V. Предпочтительно, но не ограничительно, транспортное средство V является легким транспортным средством, таким как автомобиль.

Транспортное средство V содержит шасси и две оси 10, 20, каждая из которых несет два колеса 12, 13 и 22, 23, соответственно.

Две ходовые оси 10, 20 определяют основное направление D шасси, которое соответствует направлению движения транспортного средства.

Далее, транспортное средство содержит основной двигатель М, в типовом случае - тепловой двигатель, муфту 2 сцепления и коробку 3 передач, связывающие двигатель с одной из ходовых осей 10, 20 для ее привода.

На фиг. 1 основной двигатель приводит в действие переднюю ось 10, известную как ведущая ось, а задняя ось 20 известна как ведомая ось.

Далее, транспортное средство содержит вспомогательное гидравлическое устройство, предпочтительно - гидростатическую систему, передающую мощность от ведущей оси 10 к ведомой оси 20. При этом транспортное средство содержит первую гидромашину 40, установленную на шасси и связанную с ведущей осью 10, и вторую гидромашину 42, установленную на шасси и связанную с ведомой осью 20. Две гидромашины 40, 42 связаны друг с другом гидравлическими трубопроводами 4а, 4b, образуя гидравлическую систему 4, и являются обратимыми, то есть могут работать как гидронасосы или гидромоторы.

Каждая гидромашина 40, 42 содержит все компоненты, необходимые для ее работы как в качестве насоса, так и в качестве мотора, от подачи масла до приводного вала. В частности, каждая гидромашина 40, 42 содержит следующие собственные компоненты:

- вал и подшипник (подшипники),

- механико-гидравлическую или гидромеханическую систему преобразования энергии, в частности, поршни, блок цилиндров и кулачок;

- распределитель, предназначенный для распределения текучей среды к системе преобразования энергии;

- при необходимости средства механического соединения или торможения.

Предпочтительно гидромашина 40 на ведущей оси 10 работает в режиме насоса и приводится тепловым двигателем М с помощью муфты 2 сцепления и коробки 3 передач, чтобы генерировать поток питания гидромашины 42, которая работает в режиме мотора.

Гидравлическая система 4 дополнительно содержит систему 43 для подпитки гидромашин 40, 42. Эта система 43 содержит подпиточный насос 44, который забирает необходимое для подпитки системы масло из картера 40 мотора или из соответствующего резервуара (резервуар не показан на фиг. 1 для упрощения иллюстрации). Подпиточный насос 44 приводится в действие электромотором 49. Выход насоса соединен через фильтр 47 с обратными клапанами 50 и 52, ведущими, соответственно, к трубопроводам 4а и 4b.

Ограничители 51, 53 давления расположены параллельно клапанам 50 и 52, соответственно. Такой же ограничитель 54 давления расположен между выходом фильтра 47 и входом подпиточного насоса 44.

Гидравлическая система 4 может также содержать управляемый управляющим устройством 46 клапан 45, предназначенный для избирательного подсоединения к картеру мотора 40, который образует резервуар, трубопроводов 4а и 4b, связывающих между собой гидромашины 40 и 42, для выполнения функции дренирования системы.

На фиг. 1 показаны также дифференциалы 14 и 24 на передней и задней осях 10 и 20 соответственно.

На фиг. 2 показан узел 100 в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, предназначенный для постоянной установки на транспортном средстве, например, посредством крепления на шасси транспортного средства, и содержит гидромашину, например, одну из гидромашин 40, 42. В дальнейшем описании принято, что узел 100 содержит гидромашину 42 ведомой оси 20.

Узел 100 содержит картер 110, вмещающий гидромашину 42, а также, в дополнение к дифференциалу 14, все или часть компонентов системы подпитки, таких как подпиточный насос 44, электромотор 49, фильтр 47, два обратных клапана 50 и 52 и ограничители 51, 53 и 54 давления. Кроме того картер 110 может вмещать все или часть компонентов, используемых для дренирования системы, то есть в данном случае клапан 45.

Изобретение не ограничивается этим конкретным примером выполнения. Оно охватывает множество альтернативных примеров выполнения, и узел может содержать в картере 110 вспомогательные компоненты для гидромашины 42, которые являются компонентами гидравлической системы, связанными с гидромашинной, но не участвующими в преобразовании энергии, выполняемом гидромашинной. В частности, вспомогательными компонентами не являются компоненты, которые механически приводятся в действие гидромашинной.

В контексте изобретения предпочтительно гидромашины 40 и 42 являются соответственно насосом и радиально-поршневым гидромотором.

Заявителем было уже предложено много моделей радиально-поршневых гидронасосов и гидромоторов.

Таким образом, предпочтительно в контексте изобретения и как показано на фиг. 3, радиально-поршневая гидромашина, образующая мотор 42, содержит в полости картера гидромеханическим преобразователь, состоящий из:

- многолепесткового кулачка 420, предпочтительно выполненного на внутренней поверхности элемента картера, при этом кулачок неподвижен,

- блока 422 цилиндров, выполненного так, что он подвергается относительному вращению внутри картера;

- вала 424, соединенного с блоком 422 цилиндров, так что вал вращается, при этом, предпочтительно, вал выполнен полым и шлицевым, чтобы приводить во вращение вала или полувал, несущий колесо,

- плунжеров 423 радиального скольжения, направляемых в соответствующих цилиндрах блока 422 цилиндров и упирающихся в волнистый контур кулачка 420, и

- распределителя 426, выполненного с возможностью последовательно и управляемым образом подавать текучую среду от насоса к плунжерам 423, так что плунжеры последовательно упираются в лепестки кулачка 420. Это вызывает вращение блока 422 цилиндров и связанных с ним элементов относительно картера.

На фиг. 3 позицией 427 обозначена крышка картера, которая герметично закрывает корпус, вмещающий распределитель 426, а позицией 421 обозначена радиально внутренняя часть блока 422 цилиндров, называемая гидравлическим основанием, которая принимает текучую среду от распределителя 426 и последовательно питает цилиндры с помещенными в них плунжерами 423.

Поскольку такая система является обратимой, образующая насос 40 гидромашина, предпочтительно, имеет такую же конструкцию, как описанный мотор 42. Это означает, что поскольку вал 424 насоса 40 или механически соединенный с ним элемент приводится во вращение тепловым двигателем М через коробку 3 передач, взаимодействие плунжеров 423 с многолепестковым кулачком 420 насоса 40 последовательно создает давление в цилиндрах, так что образуемый машиной 40 гидромеханический преобразователь представляет собой не мотор, а гидронасос.

Специалистам в данной области понятно, что некоторые компоненты мотора 42 подвергаются воздействию высокого давления, тогда как некоторые другие компоненты этого же мотора подвергаются воздействию низкого давления.

В частности, закрытый крышкой 427 корпус, в котором помещается распределитель 426, сам распределитель 426 и гидравлическое соединение 421 подвергаются воздействию высокого давления, создаваемого насосом 40 при его приведении в действие.

С другой стороны, например, часть мотора 42, которая образует подшипник 425 вращения для вала 424, а также кулачок 420 подвержены воздействию низкого давления (функция смазки).

В качестве не являющегося ограничительным примера так называемое «высокое» давление, воздействию которого подвергаются распределитель и гидравлическое основание, составляет от 300 до 500 бар, предпочтительно - от 300 до 450 бар, и предпочтительно имеет порядок 400 бар.

Что касается «низкого» давления, оно составляет от 5 до 30 бар и предпочтительно имеет порядок 9 бар.

Более конкретно, в соответствии с изобретением в данном примере картер 110 состоит из двух камер 112 и 114, соединенных друг с другом. В камере 112 картера создается высокое давление. Другая камера 114 картера предназначена для работы под низким давлением.

Кроме того, компоненты, такие как 427, 426 и 421 гидромашины 42, которые работают под высоким давлением, а также вспомогательные компоненты, например, 45, 50, 51, 52 и 53, которые работают под высоким давлением, сгруппированы вместе и расположены в камере 112 картера высокого давления, тогда как компоненты, такие как компонент 420 гидромашины 42, которые работают под низким давлением, а также вспомогательные компоненты, например, 44, 47, 49 и 54, которые работают под низким давлением, сгруппированы вместе и расположены в камере 114 картера низкого давления.

Это разделение функциональных компонентов, работающих под высоким давлением и функциональных компонентов, работающих под низким давлением и группирование этих двух категорий функциональных компонентов в соответствующих камерах 112 и 114 картера схематически показано на фиг. 4.

В частности, на фиг. 2 показано камера для электромотора 39, который приводит в действие подпиточный насос 44, и камера для фильтра 47 в камере 114 картера.

Согласно первому варианту осуществления изобретения обе камеры 112 и 114 картера выполнены в виде единой детали, то есть они изготовлены в виде общего единого картера. Однако в контексте изобретения камера 114 картера, подвергающаяся воздействию низкого давления, имеет меньшую толщину, чем камера 112 картера. Таким образом, изобретение позволяет выполнить более легкий картер 110, чем в решениях, известных из уровня техники.

Так, например, для двух камер картера из чугуна толщина стенок камеры 112 картера может составлять 15 мм, тогда как толщина стенок камеры 114 картера имеет порядок 5 мм.

Согласно второму варианту осуществления изобретения две камеры 112 и 114 картера выполнены в виде раздельных камер с соответствующей толщиной для высокого давления и для низкого давления, как было указано для первого варианта осуществления, и прикреплены друг к другу в своих относительных рабочих положениях с помощью подходящих средств, таких как резьбовые соединения или болты 115, как показано на фиг. 2.

В контексте второго варианта осуществления обе камеры 112 и 114 картера могут быть изготовлены из одного материала. Однако, предпочтительно, они изготовлены из различных материалов, выбранных так, чтобы выдерживать высокое давление и низкое давление соответственно.

Так, например, камера 112 картера может быть изготовлена из чугуна или из стали, тогда как камера 114 картера может быть изготовлена из алюминия.

Толщина стенок камер 112 и 114 картера предусматривается в соответствии с выбранными материалами и рабочими давлениями.

Само собой разумеется, что изобретение не ограничивается описанными примерами выполнения, а охватывает все альтернативные варианты в пределах сущности изобретения.

1. Гидравлическая система (4), содержащая:

- гидромашину (42),

- картер (110) и

- вспомогательные компоненты (44, 45, 47, 49, 50, 51, 52, 53, 54), оснащающие гидромашину (42),

причем гидромашина (42) и вспомогательные компоненты (44, 45, 47, 49, 50, 51, 52, 53, 54) размещены в картере (110),

при этом данная система отличается тем, что:

- картер (110) выполнен из двух соединенных камер (112, 114), из которых одна камера (112) предназначена для работы под высоким давлением, а другая камера (114) предназначена для работы под низким давлением, и

- при этом компоненты (427, 426, 421) гидромашины (42), работающие под высоким давлением, а также вспомогательные компоненты (45, 50, 51, 52, 53), работающие под высоким давлением, сгруппированы и размещены в камере (112) картера высокого давления, тогда как компоненты (420, 425) гидромашины (42), работающие под низким давлением, а также вспомогательные компоненты (44, 47, 49, 54), работающие под низким давлением, сгруппированы и размещены в камере (114) картера низкого давления.

2. Гидравлическая система по п. 1, отличающаяся тем, что вспомогательные компоненты содержат компоненты системы подпитки для гидравлической системы.

3. Гидравлическая система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что камера (114) картера низкого давления вмещает подпиточный насос (44), связанный с ним мотор (49) и фильтр (47).

4. Гидравлическая система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что камера (112) картера высокого давления вмещает обратные клапаны (50, 52) и ограничители (51, 53) давления.

5. Гидравлическая система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что вспомогательные компоненты содержат компоненты, предназначенные для дренирования гидравлической системы.

6. Гидравлическая система по п. 5, отличающаяся тем, что камера (112) картера высокого давления вмещает дренажный клапан (45).

7. Гидравлическая система по любому из пп. 1, 2, 6, отличающаяся тем, что камеры (112, 114) картера изготовлены из одного куска материала в виде единого общего элемента.

8. Гидравлическая система по п. 7, отличающаяся тем, что камера (114) картера, испытывающая низкое давление, выполнена так, что ее толщина меньше толщины камеры (112) картера, испытывающей высокое давление.

9. Гидравлическая система по любому из пп. 1, 2, 6, отличающаяся тем, что две камеры (112, 114) картера выполнены в виде двух отдельных, изначально разделенных камер, толщина которых предусмотрена для высокого давления и низкого давления соответственно и которые соединены в относительном рабочем положении.

10. Гидравлическая система по п. 9, отличающаяся тем, что две камеры (112, 114) картера изготовлены из двух различных материалов, выбранных так, чтобы выдерживать высокое давление и низкое давление соответственно.

11. Гидравлическая система по п. 8, отличающаяся тем, что камера (112) картера высокого давления изготовлена из чугуна или из стали, тогда как камера (114) картера низкого давления изготовлена из алюминия.

12. Гидравлическая система по любому из пп. 1, 2, 6, 8, 10, отличающаяся тем, что гидромашина (42) выполнена в виде радиально-поршневой машины, в которой корпус герметично закрыт крышкой (427) и которая содержит распределитель (426), причем распределитель (426) и гидравлическое основание (421) расположены в камере (112) картера высокого давления, тогда как часть гидромашины (42), которая образует подшипник (425) вращения для вала (424) и кулачок (420), расположена в камере (114) картера низкого давления.

13. Транспортное средство, оснащенное гидравлической системой по любому из пп. 1-12.

14. Транспортное средство по п. 13, отличающееся тем, что содержит две оси (10, 20) и основной двигатель (М), а гидравлическая система (4) содержит первую гидромашину (40), связанную с ведущей осью (10), причем основной двигатель (М) приводит в действие первую гидромашину (40), вторую гидромашину (42), связанную с ведомой осью (20), причем гидростатическая силовая трансмиссия связывает первую гидромашину (40), образующую насос, и вторую гидромашину (42), образующую мотор, подпиточный насос (44), соединенный с фильтром (47) и с обратными клапанами (50, 52) и с ограничителями (51, 53) давления, при этом вторая гидромашина (42) выполнена в виде радиально-поршневой машины, в которой корпус герметично закрыт крышкой (427) и которая содержит распределитель (426), причем распределитель (426) и гидравлическое основание (421), а также обратные клапаны (50, 52) и ограничители (51, 53) давления расположены в камере (112) картера высокого давления, тогда как часть второй гидромашины (42), которая образует подшипник (425) вращения для вала (424) и кулачок (420), а также подпиточный насос (44) и связанный с ним фильтр (47), расположены в камере (114) картера низкого давления.