Результат интеллектуальной деятельности: Гидромеханическая передача самоходной машины

Техническое решение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях самоходных машин различного назначения.

В трансмиссиях некоторых самоходных машин применяются гидромеханические передачи, в которых используются многоступенчатые гидродинамические трансформаторы вращающего момента (далее - гидротрансформаторы). В настоящее время в отечественном транспортном машиностроении гидромеханические передачи с многоступенчатыми гидротрансформаторами применяются, в частности, в унифицированных гидропередачах семейства УГП-750/1200 (Гидродинамические передачи: Проектирование, изготовление, эксплуатация. - М.: Машиностроение, 1980, с. 175-181), предназначенных для маневровых тепловозов семейства ТГМ, оснащенных двигателями номинальной мощностью 750 и 1200 л.с. соответственно (http://www.kalugaputmash.inni.info/produkt/gidroperedachi).

Существенным недостатком гидромеханических передач с многоступенчатыми гидротрансформаторами является необходимость наличия в трансмиссии самоходной машины специального реверсирующего устройства. Известно, что суммарное время движения многих самоходных машин задним ходом относительно невелико, поэтому наличие в трансмиссии редко включаемого реверсирующего устройства снижает технико-экономические свойства самоходной машины. В то же время потенциальные возможности гидромеханических передач с многоступенчатыми гидротрансформаторами позволяют реализовать кратковременный режим обратного движения самоходной машины без применения специального реверсирующего устройства.

В качестве прототипа выбрана гидромеханическая передача транспортного средства, содержащая установленные в неподвижном корпусе элементы управления и многоступенчатый гидротрансформатор, содержащий последовательно расположенные в круге циркуляции рабочей жидкости насосное колесо центробежного типа, соединенное с ведущим валом, турбинное колесо первой ступени центробежного типа, турбинное колесо второй ступени осевого типа и турбинное колесо третьей ступени центростремительного типа, соединенные с ведомым валом с помощью индивидуальных управляемых сцепных муфт, и реакторы, количество которых равно количеству турбинных колес снабженных индивидуальными устройствами включения (патент РФ №2716378, 11.03.2020). Поскольку в устройстве-прототипе используется гидротрансформатор прямого хода, то для реверсирования выходного вала устройства-прототипа требуется дополнительное реверсирующее устройство.

Задачей данного изобретения является расширение эксплуатационных возможностей самоходной машины, трансмиссия которой содержит гидромеханическую передачу с многоступенчатым гидротрансформатором.

Поставленная задача достигается тем, что в гидромеханической передаче самоходной машины, содержащей установленные в неподвижном корпусе элементы управления и многоступенчатый гидротрансформатор, содержащий последовательно расположенные в круге циркуляции рабочей жидкости насосное колесо центробежного типа, соединенное с ведущим валом, турбинное колесо первой ступени центробежного типа, турбинное колесо второй ступени осевого типа, турбинное колесо третьей ступени центростремительного типа и реакторы, причем все турбинные колеса соединены с ведомым валом с помощью индивидуальных управляемых сцепных муфт, количество реакторов равно количеству турбинных колес, реакторы снабжены индивидуальными устройствами включения, соединяющими определенный активный реактор с неподвижным корпусом, и включаемыми одновременно с соответствующей сцепной муфтой определенного турбинного колеса, отличающаяся тем, что турбинное колесо первой ступени или турбинное колесо второй ступени соединено с одним из реакторов.

На фиг. 1 представлена принципиальная кинематическая схема гидромеханической передачи самоходной машины в варианте с трехступенчатым гидротрансформатором с тремя турбинными колесами центробежного, осевого и центростремительного типов и тремя управляемыми реакторами, в котором турбинное колесо второй ступени соединено со средним реактором. Данный вариант кинематической схемы обладает более широкими функциональными возможностями.

Элементы гидромеханической передачи самоходной машины по схеме смонтированы в неподвижном корпусе (на схемах не обозначен), в котором установлен гидротрансформатор 1 и элементы управления. В гидротрансформаторе 1 насосное колесо 2 центробежного типа соединено с входным (ведущим) валом 3, турбинное колесо 4 первой ступени центробежного типа, соединено с промежуточным валом 5, турбинное колесо 6 второй ступени осевого типа соединено с промежуточным валом 7, турбинное колесо 8 третьей ступени центростремительного типа соединено с промежуточным валом 9. Промежуточные валы 5, 7, 9 посредством элементов управления - управляемых сцепных муфт 10, 11, 12 соответственно соединены с выходным (ведомым) валом 13.

Реакторная часть гидротрансформатора 1 состоит из трех реакторов 14, 15, 16. Каждый реактор 14, 15, 16 с помощью управляемых тормозов 17, 18, 19 соответственно механически соединяется с неподвижным корпусом гидромеханической передачи самоходной машины. Включение одного из тормозов 17, 18 или 19 означает активацию одного из трех реакторов 14, 15 или 16. Два реактора 14 и 16 предназначены для работы гидротрансформатора 1 на режиме переднего хода, а реактор 15 предназначен для работы гидротрансформатора 1 на режиме заднего хода. Реактор 15 в рассматриваемом варианте гидромеханической передачи самоходной машины соединен с турбинным колесом 6 второй ступени посредством механической связи 20. Принципиально любой из реакторов 14, 15 или 16 может быть жестко соединен с турбинным колесом 4 первой ступени центробежного типа или с турбинным колесом 6 второй ступени осевого типа.

Управляемая сцепная муфта 21 предназначена для блокирования гидротрансформатора 1 путем непосредственного соединения входного (ведущего) вала 3 и выходного (ведомого) вала 13 с целью повышения КПД трансмиссии при установившемся движении самоходной машины. Наличие управляемой сцепной муфты 21 в конструкции гидромеханической передачи самоходной машины не является обязательным, и она может отсутствовать.

Рассматриваемая гидромеханическая передача самоходной машины имеет два режима переднего хода и режим заднего хода. Работа гидромеханической передачи самоходной машины осуществляется следующим образом.

На первом режиме переднего хода приводной двигатель (на схеме не показан) через входной (ведущий) вал 3 приводит во вращение насосное колесо 2 центробежного типа гидротрансформатора 1, которое создает поток и напор рабочей жидкости. Рабочая жидкость последовательно поступает сначала в турбинное колесо 4 первой ступени центробежного типа и далее в турбинное колесо 6 второй ступени осевого типа и турбинное колесо 8 третьей ступени центростремительного типа. В зоне малых передаточных отношений (i=0-0,3) более эффективно работает турбинное колесо 4 первой ступени центробежного типа, в зоне средних передаточных отношений (i=0,3-0,6) более эффективно работает турбинное колесо 6 второй ступени осевого типа, а в зоне высоких передаточных отношений (i=0,6-0,98) и на режиме гидромуфты - турбинное колесо 8 третьей ступени центростремительного типа. Поочередное соединение турбинных колес 4, 6 и 8 с выходным валом 13 в процессе трогания и разгона самоходной машины осуществляют с помощью управляемых сцепных муфт 10, 11 и 12 соответственно при помощи автоматической системы управления. В общем случае при включении какой-либо одной сцепной муфты две другие муфты при этом находятся в выключенном состоянии, что обеспечивает соответствующий алгоритм работы системы управления гидромеханической передачей самоходной машины.

Одновременно с включением одной из муфт 10, 11 или 12 происходит включение в работу реакторов 14 и 16 путем включения управляемых тормозов 17 или 19. При включении управляемого тормоза 17 или управляемого тормоза 19 два других тормоза при этом находятся в выключенном состоянии. Таким образом, в процессе трогания и разгона самоходной машины по мере увеличения передаточного отношения гидротрансформатора 1 происходит последовательное включение и отключение турбинного колеса 4 первой ступени центробежного типа, турбинного колеса 6 второй ступени осевого типа и турбинного колеса 8 третьей ступени центростремительного типа с одновременным включением в работу реакторов 14 и 16, обеспечивающих оптимальную работу гидротрансформатора 1 на первом режиме переднего хода самоходной машины. После разгона самоходной машины и выхода ее на режим установившегося движения гидротрансформатор 1 может блокироваться с помощью управляемой сцепной муфты 21.

На втором режиме переднего хода приводной двигатель через входной (ведущий) вал 3 также приводит во вращение насосное колесо 2 центробежного типа гидротрансформатора 1. Управляемый тормоз 18 включен и соединяет с корпусом реактор 15 и жестко связанное с ним турбинное колесо 6 второй ступени осевого типа. Управляемые сцепные муфты 10 и 12 включены, управляемая сцепная муфта 11 выключена.

Рабочая жидкость, выходящая из насосного колеса 3, поступает сначала в турбинное колесо 4 первой ступени центробежного типа, а далее проходит через неподвижное турбинное колесо 6 второй ступени осевого типа, которое на данном режиме работы гидротрансформатора 1 играет роль неподвижного реактора. Рабочая жидкость, выходящая из неподвижного турбинного колеса 6 второй ступени осевого типа, далее поступает в турбинное колесо 8 третьей ступени центростремительного типа, которое теперь играет роль турбинного колеса второй ступени. Тормозы 17 и 19 выключены, реакторы 14 и 16 находятся в неактивном состоянии, работает неподвижный реактор 15. Таким образом, на втором режиме переднего хода гидротрансформатор 1 работает как двухступенчатый, в котором на выходной (ведомый) вал 13 совместно работают турбинное колесо 4 первой ступени центробежного типа и турбинное колесо 8 второй ступени центростремительного типа благодаря одновременно включенным управляемым сцепным муфтам 10 и 12.

Для осуществления режима гидромуфты включена управляемая сцепная муфта 12, управляемые сцепные муфты 10 и 11 находятся в выключенном состоянии, управляемые тормоза 17, 18, 19 при этом выключены. В передаче движения на этом режиме участвуют только насосное колесо 2 центробежного типа и турбинное колесо 8 третьей ступени центростремительного типа.

На режиме заднего хода управляемый тормоз 18 включен, управляемые тормоза 17 и 19 выключены. Управляемая сцепная муфта 12 включена, управляемые сцепные муфты 10 и 11 выключены. Рабочая жидкость, выходящая из насосного колеса 2 центробежного типа, поступает сначала в турбинное колесо 4 первой ступени центробежного типа, которое свободно вращается в потоке рабочей жидкости и в передаче движения не участвует. Далее рабочая жидкость проходит через неподвижное турбинное колесо 6 второй ступени осевого типа, которое на данном режиме работы гидротрансформатора 1 играет роль неподвижного реактора, и поступает в турбинное колесо 8 третьей ступени центростремительного типа, заставляя его вращаться в направлении, противоположном направлению вращения насосного колеса 2 центробежного типа. Обратное вращение турбинного колеса 8 через включенную управляемую сцепную муфту 10 передается на выходной (ведомый) вал 13.

Согласованное автоматическое включение и выключение управляемых сцепных муфт 10, 11 и 12 и управляемых тормозов 17, 18 и 19 осуществляют с помощью системы управления гидромеханической передачей самоходной машины.

Поскольку реактор 15 участвует в работе гидротрансформатора 1 и на режиме переднего хода, и на режиме заднего хода самоходной машины, то параметры лопаток реактора 15 определяются из компромиссных соображений.

На фиг. 2 представлен второй вариант принципиальной кинематической схемы гидромеханической передачи самоходной машины, в которой со средним реактором 15 соединено турбинное колесо первой ступени 4 центробежного типа посредством механической связи 20. Данный вариант гидромеханической передачи самоходной машины имеет один режим переднего хода и один режим заднего хода. Работа второго варианта гидромеханической передачи самоходной машины в основном аналогична работе первого варианта гидромеханической передачи и происходит следующим образом.

На режиме переднего хода приводной двигатель через входной (ведущий) вал 3 приводит во вращение насосное колесо 2 центробежного типа гидротрансформатора 1. Рабочая жидкость из насосного колеса 2 последовательно проходит через турбинное колесо 4 первой ступени центробежного типа, турбинное колесо 6 второй ступени осевого типа и турбинное колесо 8 третьей ступени центростремительного типа. Поочередное соединение турбинных колес 4, 6 и 8 с выходным валом 13 в процессе трогания и разгона самоходной машины осуществляют с помощью управляемых сцепных муфт 10, 11 и 12 соответственно. При включении какой-либо одной сцепной муфты две другие сцепные муфты находятся в выключенном состоянии.

Одновременно с включением одной из управляемых сцепных муфт 10, 11 или 12 происходит включение в работу реакторов 14 и 16, что осуществляется при включении управляемых тормозов 17 или 19. При включении какого-либо одного управляемого тормоза два других управляемых тормоза находятся в выключенном состоянии. Как и в первом варианте гидромеханической передачи самоходной машины в процессе трогания и разгона самоходной машины по мере увеличения передаточного отношения гидротрансформатора 1 происходит последовательное включение и отключение турбинных колес 4, 6, 8 с одновременным включением в работу реакторов 14 и 16. После разгона самоходной машины и выхода его на режим установившегося движения гидротрансформатор 1 блокируется с помощью управляемой сцепной муфты 21.

На режиме заднего хода управляемый тормоз 18 включен, а управляемые тормоза 17 и 19 выключены. Управляемая сцепная муфта 10 выключена, управляемые сцепные муфты 11 и 12 включены. Турбинные колесо 6 второй ступени осевого типа и турбинное колесо 8 третьей ступени соединены с выходным (ведомым) валом 13. Рабочая жидкость выходит из насосного колеса 2 центробежного типа, поступает сначала в неподвижное турбинное колесо 4 первой ступени центробежного типа, которое играет роль реактора. Рабочая жидкость, выходя из неподвижного турбинного колеса 4, поступает в сблокированные турбинные колеса 6 и 8, заставляя их вращаться в направлении, противоположном направлению вращения насосного колеса 2 центробежного типа. Обратное вращение турбинных колес 6 и 8 через включенную управляемую сцепную муфту 10 передается на выходной (ведомый) вал 13. На режиме заднего хода возможна также ситуация, когда управляемые сцепные муфты 10 и 12 выключены, а управляемая сцепная муфта 11 включена. В этом случае вращение на выходной (ведомый) вал 13 передает только турбинное колесо 6 второй ступени осевого типа, а турбинное колесо 8 третьей ступени центростремительного типа свободно вращается в потоке рабочей жидкости. Аналогичная ситуация имеет быть, когда управляемые сцепные муфты 10 и 11 выключены, а управляемая сцепная муфта 12 включена. В этом случае вращение на выходной (ведомый) вал 13 передает только турбинное колесо 8 третьей ступени центростремительного типа, а турбинное колесо 6 второй ступени осевого типа свободно вращается в потоке рабочей жидкости.

Предлагаемая гидромеханическая передача самоходной машины по сравнению с прототипом обладает более широкими эксплуатационными возможностями, обеспечивая режимы переднего и заднего хода при одинаковом количестве рабочих колес и элементов управления. По сравнению с многоциркуляционными гидромеханическими передачами предлагаемая гидромеханическая передача самоходной машины при прочих равных условиях характеризуется уменьшенными габаритными размерами и массой. Гидромеханическая передача самоходной машины может найти применение, в частности, в трансмиссиях тяговых и транспортно-погрузочных машин, оснащенных двигателями внутреннего сгорания.