СУММИРУЮЩИЙ ЗУБЧАТЫЙ РЕВЕРСИВНЫЙ РЕДУКТОР
SUMMING REVERSE GEARBOX

Предлагаемое изобретение относится к области редукторостроения, в частности, к судовым суммирующим зубчатым реверсивным редукторам с зубчатыми колесами и шестернями и фрикционными муфтами с гидравлическим управлением.
Известны фрикционные многодисковые муфты с гидравлическим управлением, используемые для соединения валов при передаче крутящего момента с ведущего вала на ведомый, где включение муфты (жесткое замыкание фрикционных дисков) осуществляют подачей в соответствующие полости муфты управляющего масла (см., например, книгу: С.Н. Кожевников и др. «Механизмы». Москва, изд. «Машиностроение», 1976 г., стр. 405, рис. 6.55).
Известны реверсредукторные передачи, позволяющие редуцировать частоту вращения, суммировать мощность двух двигателей и изменять направление вращения винта фиксированного шага без реверсирования главных двигателей, в частности, двухмашинный реверсредуктор с муфтами сцепления переднего хода и муфтами сцепления заднего хода, где передача крутящего момента на заднем ходе от каждого двигателя производится через отдельную муфту сцепления заднего хода и, соответственно, отдельные шестерню и вал заднего хода (см., например, книгу: Румб В.К., Яковлев Г.В. и др. «Судовые энергетические установки». СПбГМТУ. С-Пб, 2007 г., стр. 158…160, рис. 3.41).
Известен зубчатый реверсивный редуктор с ведущим, выходным и промежуточными переднего и заднего хода валами, с зубчатыми шестернями и колесами на валах, с фрикционными муфтами с гидравлическим управлением, встроенными в зубчатых колесах на промежуточных валах переднего и заднего хода, с маслосистемой с насосом управления в ней и где в зубчатой шестерне на промежуточном вале заднего хода также встроена фрикционная муфта с гидравлическим управлением, а сам этот вал дополнительно оснащен тормозной фрикционной муфтой с гидравлическим управлением (см., например, патент на изобретение RU 2540226 С1, опубл. 10.02.2015) - прототип.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения надежности работы суммирующего зубчатого реверсивного редуктора с фрикционными муфтами с гидравлическим управлением в нем, используемого для передачи крутящего момента от двух высокооборотных, например, газотурбинных, двигателей на винт фиксированного шага, за счет снижения относительных скоростей вращения фрикционов в фрикционных муфтах с гидравлическим управлением, размещенных в зубчатых колесах и шестернях редуктора, путем гарантированного включения тормозной фрикционной муфты с гидравлическим управлением на промежуточном вале заднего хода одновременно с включением любой или обеих фрикционных муфт с гидравлическим управлением, встроенных в зубчатых колесах на промежуточных валах переднего хода.
Указанный технический результат в предлагаемом суммирующем зубчатом реверсивном редукторе, содержащем два ведущих вала с зубчатыми шестернями на них, два промежуточных вала переднего хода с выполненными на них зубчатыми шестернями и находящимися в зацеплении с шестернями на ведущих валах зубчатыми колесами с встроенными в них фрикционными муфтами с гидравлическим управлением, снабженный тормозной фрикционной муфтой с гидравлическим управлением промежуточный вал заднего хода с установленными на нем зубчатой шестерней с встроенной в ней фрикционной муфтой с гидравлическим управлением и находящимся в зацеплении с зубчатыми колесами промежуточных валов переднего хода зубчатым колесом с встроенной в нем фрикционной муфтой с гидравлическим управлением, выходной вал редуктора с зубчатым колесом, находящимся в зацеплении с зубчатыми шестернями на промежуточных валах переднего и заднего хода, и маслосистему с насосом управления, запорными и обратными клапанами и маслопроводами управления, достигается согласно изобретению тем, что маслопровод управления тормозной фрикционной муфтой с гидравлическим управлением на промежуточном вале заднего хода соединен через обратные клапаны непосредственно с маслопроводами управления каждой из фрикционных муфт с гидравлическим управлением в зубчатых колесах промежуточных валов переднего хода.
Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что маслопровод управления тормозной фрикционной муфтой с гидравлическим управлением на промежуточном вале заднего хода соединен через обратные клапаны непосредственно с маслопроводами управления каждой из фрикционных муфт с гидравлическим управлением в зубчатых колесах промежуточных валов переднего хода.
Предлагаемый суммирующий зубчатый реверсивный редуктор схематично представлен на фиг. 1, а на фиг. 2 - схема расположения (в пространстве) валов, шестерен и колес этого редуктора.
В суммирующем зубчатом реверсивном редукторе 1 на ведущих валах 2, 3 выполнены зубчатые шестерни 4, 5, находящиеся в зацеплении с зубчатыми колесами 6, 7, размещенными на промежуточных валах 8, 9 переднего хода. Также в зацеплении с зубчатыми колесами 6, 7 выполнено размещенное на промежуточном вале 10 заднего хода зубчатое колесо 11. На промежуточных валах 8, 9 и 10 выполнены также зубчатые шестерни, соответственно, 12, 13 и 14, находящиеся в зацеплении с зубчатым колесом 15, выполненном на выходном вале 16. В зубчатых колесах 6, 7 выполнены фрикционные муфты 17, 18 (переднего хода, п. х.) с гидравлическим управлением. В размещенных на вале 10 (заднего хода, з.х.) зубчатых колесе 11 и шестерне 14 также выполнены фрикционные муфты, соответственно, 19, 20 (заднего хода) с гидравлическим управлением. Промежуточный вал 10 (заднего хода) оснащен также тормозной фрикционной муфтой 21 с гидравлическим управлением. В маслопроводе управления 22 от насоса управления 23 (являющегося частью маслосистемы редуктора 1 - на фиг. 1, 2 не показана) размещены запорные клапаны 24, 25 (с приводами) с образованием после них маслопроводов управления 26, 27 к фрикционным муфтам 17, 18 (переднего хода) с гидравлическим управлением. В маслопроводе 22 установлен также запорный клапан 28 (с приводом) с образованием после него маслопровода 29 к фрикционным муфтам 19, 20 (заднего хода) с гидравлическим управлением. Из маслопроводов 26, 27 выполнены отводы (поз. не обозначены) с установленными в них обратными клапанами 30, 31 к маслопроводу управления 32 тормозной фрикционной муфтой 21 с гидравлическим управлением. Ведущие валы 2, 3 редуктора 1 оснащены также обгонными муфтами 33, 34.
Работает предлагаемый суммирующий зубчатый реверсивный редуктор следующим образом (см. фиг. 1, 2).
Для движения судна, на котором для передачи крутящего момента от двух нереверсивных высокооборотных, например газотурбинных, двигателей - первого и второго ГТД (поз. на фиг. 1, 2 не обозначены) - к гребному валу винта фиксированного шага (ВФШ) (поз. на фиг. 1, 2 не обозначены) применен предлагаемый суммирующий зубчатый реверсивный редуктор 1, на переднем ходе при одном работающем ГТД, например первом, необходимо включить встроенную в зубчатое колесо 6 фрикционную муфту 17 с гидравлическим управлением (ФМ с ГУ). Для этого открывают запорный клапан 24 и от насоса управления 23 по маслопроводам 22 и 26 к ФМ с ГУ 17 поступит масло управления (включит ее). Одновременно при этом масло управления из маслопровода 26 через обратный клапан 30 по маслопроводу 32 поступит к установленной на промежуточном вале 10 заднего хода тормозной ФМ с ГУ 21 (включит ее). ФМ с ГУ 18, 19, 20 при этом должны быть выключены, то есть должны быть закрыты запорные клапаны 25, 28. Крутящий момент от силового выходного вала работающего первого ГТД при этом передается на гребной вал ВФШ посредством ведущего вала 2 с обгонной муфтой 33 на нем, зубчатой шестерни 4, зубчатого колеса 6, ФМ с ГУ 17, промежуточного вала 8 переднего хода, зубчатой шестерни 12, зубчатого колеса 15 и выходного вала 16. Промежуточный вал 9 с шестерней 13, колесо 7, шестерня 5 и ведущий вал 3 с обгонной муфтой 34 на нем при этом вращаются вхолостую. Также вхолостую вращаются колесо 11 и шестерня 14, но в противоположных направлениях, при этом вал 10 заднего хода, благодаря включенной тормозной ФМ с ГУ 21, неподвижен. Поэтому относительные угловые скорости фрикционов (позиции на фиг. 1 не обозначены) в ФМ с ГУ 19, 20 (соединяющих при их включении зубчатое колесо 11 и зубчатую шестерню 14 с промежуточным валом 10 заднего хода) не увеличиваются, и равны угловым скоростям вращения колеса 11 и шестерни 14, соответственно. Тормозная ФМ с ГУ 21 на вале 10 заднего хода необходима, чтобы исключить при переднем ходе судна вращение вала 10 (неопределенное) от воздействия на него вращающихся в противоположные стороны фрикционов в фрикционных муфтах 19 и 20. При этом, если бы зубчатая шестерня 14 была выполнена без ФМ с ГУ 20 в ней и вал 10 не оснащен тормозной ФМ с ГУ 21, то относительная угловая скорость фрикционов в ФМ с ГУ 19 была бы увеличенной - равной сумме угловых скоростей вращения колеса 11 и шестерни 14 (вращающихся при этом в противоположные стороны). Ограничение скорости вращения фрикционов относительно друг друга необходимо для того, чтобы избежать чрезмерного повышения их температуры и тем самым исключить их коробление и повышенный износ.
Аналогичным образом, только в другой последовательности узлов и деталей, происходит передача крутящего момента на гребной вал ВФШ при одном работающем втором ГТД. При этом для включения ФМ с ГУ 18 открывают клапан 25 и масло управления поступает к муфте 18 по маслопроводу 27, а через обратный клапан 31 в маслопровод 32 к тормозной ФМ с ГУ 21. Обгонные муфты 33, 34 предотвращают (в обоих случаях) передачу крутящего момента на силовой вал неработающего ГТД от работающего.
Для максимального переднего хода судна от двух работающих ГТД открывают клапаны 24, 25, то есть включают ФМ с ГУ переднего хода 17, 18 и тормозную 21 (ФМ с ГУ 19, 20 должны быть выключены, то есть клапан 28 должен быть закрыт,). Крутящий момент на гребной вал ВФШ передается при этом одновременно от силового вала первого ГТД (через вал 2 с муфтой 33, шестерню 4, колесо 6, ФМ с ГУ 17, вал 8, шестерню 12, колесо 15 и вал 16) и от силового вала второго ГТД (через вал 3 с муфтой 34, шестерню 5, колесо 7, ФМ с ГУ 18, вал 9, шестерню 13, колесо 15 и вал 16). Шестерня 14 и колесо 11 при этом вращаются вхолостую, в противоположных направлениях (промежуточный вал 10 заднего хода неподвижен). В этом случае (на максимальном переднем ходе) ограничение скорости вращения фрикционов в ФМ с ГУ 19, 20 относительно друг друга (по опыту эксплуатации реверсивных редукторов относительная скорость не должна превышать 45…50 м/с) еще более актуально, так как еще более вероятно, что коробление и повышенный износ фрикционов приведут к выходу фрикционной муфты из строя. Поэтому гарантированное включение
тормозной ФМ с ГУ(21) на промежуточном вале (10) заднего хода одновременно с включением фрикционных муфт переднего хода (ФМ с ГУ 17, 18) весьма актуально, особенно в редукторах для высокооборотных, мощных газотурбинных двигателей.
При необходимости заднего хода судна от одного работающего, например первого, ГТД закрывают клапаны 24, 25 и таким образом выключают ФМ с ГУ 17, 18 (переднего хода) и тормозную 21, затем открывают клапан 28 и по маслопроводу 29 масло управления поступает к ФМ с ГУ 19, 20, включая их. Крутящий момент от силового вала первого ГТД при этом передается на гребной вал ВФШ посредством ведущего вала 2 с обгонной муфтой 33 на нем, шестерни 4, колеса 6, колеса 11, ФМ с ГУ 19, вала 10 заднего хода, ФМ с ГУ 20, шестерни 14, колеса 15, выходного вала 16. При этом колесо 7, шестерня 5, вал 3 с обгонной муфтой 34 на нем, шестерня 13 и вал 9 вращаются вхолостую.
Аналогичным образом, только в другой последовательности узлов и деталей, происходит передача крутящего момента на ВФШ при заднем ходе судна при другом работающем ГТД (втором).
Для заднего хода судна от двух работающих ГТД должны быть выключены ФМ с ГУ 17, 18 и тормозная 21, то есть закрыты клапаны 24, 25, затем открыт клапан 28, то есть включены ФМ с ГУ 19, 20. Крутящий момент от силовых валов ГТД передается через валы 2, 3 с муфтами 33, 34, шестерни 4, 5 и колеса 6, 7 на колесо 11 и через включенные ФМ с ГУ 19, 20 на вал 10, далее через шестерню 14 на колесо 15 и вал 16 на гребной вал ВФШ. При этом вращаются вхолостую шестерни 12, 13 и валы 8, 9.
Относительная угловая скорость фрикционов в ФМ с ГУ 18, 19 в этих случаях равна сумме угловых скоростей вращения вращающихся в противоположные стороны колес, соответственно, 6, 7 и шестерен 12, 13, но так как частота вращения ВФШ на заднем ходе судна примерно в два раза ниже (двигатели на заднем ходе работают в пониженном режиме), чем частота вращения ВФШ на переднем ходе, то и относительная скорость фрикционов в ФМ с ГУ 18, 19 с гидравлическим управлением на заднем ходе будет в допустимых пределах.