Гидромеханическая передача
HYDROMECHANICAL TRANSMISSION

Техническое решение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях самоходных машин различного назначения.
Известны гидромеханические передачи для трансмиссий самоходных машин, в которых применяются двухтурбинные гидротрансформаторы. Двухтурбинные гидротрансформаторы обладают более высокими преобразующими свойствами по сравнению с одноступенчатыми (однотурбинными) гидротрансформаторами, и поэтому они нашли применение в трансмиссиях тяжелых самоходных машин (Нарбут А.Н. Гидромеханические передачи автомобилей: учебное пособие. М.: ООО "Гринлайт+", 2010, с. 105-110).
Известные конструкции двухтурбинных гидротрансформаторов кроме насосного колеса центробежного типа и реактора содержат два турбинных колеса осевого и центростремительного типов, которые вращаются с различными угловыми скоростями и соединяются с выходным валом с помощью суммирующих механических зубчатых передач. Первое турбинное колесо осевого типа более эффективно работает в диапазоне передаточных отношений гидротрансформатора от 0 до 0,5. Второе турбинное колесо центростремительного типа эффективно работает при передаточных отношениях свыше 0,5 и на режиме гидромуфты. При этом могут быть использованы различные конструкции суммирующих зубчатых передач планетарного или непланетарного (вального) типов (Мазалов Н.Д., Трусов С.М. Гидромеханические коробки передач автомобилей. М.: Машиностроение, 1971, с. 63-64, рис. 24; а.с. СССР №650848; а.с. СССР №887850; патент ЧССР №218782; патент РФ №1818259).
Недостаток двухтурбинного гидротрансформатора с указанным расположением рабочих колес состоит в том, что при последовательном расположении в круге циркуляции первого турбинного колеса осевого типа и второго турбинного колеса центростремительного типа в процессе увеличения передаточного отношения гидротрансформатора от 0 до величины порядка 0,4-0,6 на втором турбинном колесе центростремительного типа возникает отрицательный вращающий момент. При этом угловые скорости и вращающие моменты на насосном колесе центробежного типа и первом турбинном колесе осевого типа являются положительными. При дальнейшем увеличении передаточного отношения двухтурбинного гидротрансформатора вращающий момент на втором турбинном колесе центростремительного типа становится положительным, и оно вращается в направлении вращения насосного колеса центробежного типа и первого турбинного колеса осевого типа. Данный эффект рассмотрен, в частности, в описаниях к патенту США №3256751 и патенту ЧССР №218782. Чтобы преодолеть указанный негативный эффект, который уменьшает потенциальную величину вращающего момента на выходном валу гидромеханической передачи, в диапазоне малых передаточных отношений двухтурбинного гидротрансформатора второе турбинное колесо центростремительного типа отключается от выходного вала гидромеханической передачи при помощи какой-либо муфты. Это может быть, например, муфта свободного хода, как это сделано в гидромеханической передаче по а.с. СССР №887850 и двухтурбинном гидротрансформаторе по патенту ЧССР №218782. В результате вращающий момент на ведомый вал гидромеханической передачи в диапазоне малых передаточных отношений двухтурбинного гидротрансформатора передается только от первого турбинного колеса осевого типа через соответствующую ему механическую передачу.
В качестве прототипа выбрана гидромеханическая передача трансмиссии колесного ковшового погрузчика по патенту КНР №103557253, которая содержит установленные в корпусе входной и выходной валы и двухтурбинный гидротрансформатор, имеющий последовательно расположенные в круге циркуляции рабочей жидкости насосное колесо центробежного типа, соединенное с входным валом, первое турбинное колесо осевого типа, второе турбинное колесо центростремительного типа, реактор, две механические передачи с передаточными отношениями одного знака, соединенные с турбинными колесами, две управляемые сцепные муфты, соединяющие механические передачи с выходным валом.
Задачей данного изобретения является расширение эксплуатационных возможностей гидромеханической передачи с двухтурбинным гидротрансформатором путем увеличения максимального значения коэффициента трансформации и расширения диапазона регулирования вращающего момента приводного двигателя.
Поставленная задача достигается тем, что в гидромеханической передаче, содержащей установленные в корпусе входной и выходной валы, двухтурбинный гидротрансформатор, имеющий последовательно расположенные в круге циркуляции рабочей жидкости насосное колесо центробежного типа, соединенное с входным валом, первое турбинное колесо осевого типа, второе турбинное колесо центростремительного типа, реактор, две механические передачи с передаточными отношениями одного знака, соединенные с турбинными колесами, две управляемые сцепные муфты, соединяющие механические передачи с выходным валом, причем она дополнительно снабжена третьей механической передачей и третьей управляемой сцепной муфтой, причем третья механическая передача выполнена с передаточным отношением противоположного знака и соединена с выходным валом посредством третьей управляемой сцепной муфты.
На фиг. 1 представлен вариант принципиальной кинематической схемы гидромеханической передачи с двухтурбинным гидротрансформатором комплексного типа, механическими зубчатыми передачами внешнего зацепления непланетарного (вального) типа и фрикционными сцепными муфтами в качестве элементов управления.
Элементы гидромеханической передачи смонтированы в корпусе 1. Гидромеханическая передача содержит двухтурбинный гидротрансформатор 2, у которого насосное колесо 3 центробежного типа соединено с входным валом 4, первое турбинное колесо 5 осевого типа соединено с промежуточным валом 6, второе турбинное колесо 7 центростремительного типа соединено с промежуточным валом 8. Промежуточный вал 6 через управляемую сцепную муфту 9 соединен с выходным валом 10 посредством механической передачи, образованной зубчатыми колесами 11 и 12. Промежуточный вал 8 посредством управляемой сцепной муфты 13 соединен с выходным валом 10 через механическую передачу, образованную зубчатыми колесами 14, 15 и 16. Также промежуточный вал 8 посредством управляемой сцепной муфты 17 соединен с выходным валом 10 через механическую передачу, образованную зубчатыми колесами 18 и 19. Условно будем считать, что механическая передача с зубчатыми колесами 11 и 12 и механическая передача с зубчатыми колесами 18 и 19 имеют положительные передаточные отношения, а механическая передача с зубчатыми колесами 14, 15 и 16 имеет отрицательное передаточное отношение.
Двухтурбинный гидротрансформатор 2 содержит также реактор 20, который с целью реализации режима гидромуфты установлен на муфте свободного хода 21, которая соединена с корпусом 1.
Работает гидромеханическая передача следующим образом.
Приводной двигатель (на схеме не показан) через входной вал 4 приводит во вращение насосное колесо 3 центробежного типа гидротрансформатора 2, которое создает поток и напор рабочей жидкости. Рабочая жидкость последовательно поступает сначала в первое турбинное колесо 5 осевого типа, а затем во второе турбинное колесо 7 центростремительного типа. Вращающий момент от первого турбинного колеса 5 осевого типа через промежуточный вал 6 передают на выходной вал 10 через включенную управляемую сцепную муфту 9 и механическую передачу, содержащую зубчатые колеса 11 и 12. Вращающий момент от второго турбинного колеса 7 центростремительного типа через промежуточный вал 8 передают на выходной вал 10 двумя путями. В первом случае, когда на втором турбинном колесе 7 центростремительного типа возникает отрицательный вращающий момент, управляемая сцепная муфта 17 выключена, а управляемая сцепная муфта 13 включена, и вращение на выходной вал 10 передают через механическую передачу, содержащую зубчатые колеса 14, 15 и 16. Во втором случае, когда по мере увеличения передаточного отношения гидротрансформатора 2 вращающий момент на втором турбинном колесе 7 центростремительного типа становится положительным, управляемая сцепная муфта 13 выключается, а управляемая сцепная муфта 17 включается, и вращение на выходной вал 10 передают через механическую передачу, содержащую зубчатые колеса 18 и 19. Абсолютные значения передаточных отношений (передаточных чисел) механической передачи, содержащей зубчатые колеса 14, 15 и 16, механической передачи, содержащей зубчатые колеса 11 и 12, и механической передачи, содержащей зубчатые колеса 18 и 19, подбирают таким образом, чтобы обеспечить оптимальные свойства гидромеханической передачи во всем диапазоне передаточных отношений гидротрансформатора 2.
В диапазоне больших передаточных отношений гидротрансформатора 2 и на режиме гидромуфты управляемая сцепная муфта 9 может выключаться, отсоединяя от выходного вала 10 первое турбинное колесо 5 осевого типа. Вращающий момент от насосного колеса 3 центробежного типа передается на выходной вал 10 только от второго турбинного колеса 7 центростремительного типа, механическую передачу, содержащую зубчатые колеса 18 и 19, и включенную управляемую сцепную муфту 17. Управляемая сцепная муфта 13 при этом выключена.
На режиме трансформации вращающего момента муфта свободного хода 21 заклинена и останавливает реакторное колесо 20, а при переходе двухтурбинного гидротрансформатора 2 на режимы гидромуфты муфта свободного хода 21 расклинена, и реакторное колесо 20 вращается свободно в потоке рабочей жидкости.
Согласованное включение и выключение управляемых сцепных муфт 9, 13, 17 в процессе работы гидромеханической передачи обеспечивают при помощи системы управления. Одновременное включение сцепных муфт 13 и 17 предотвращается посредством соответствующего алгоритма работы системы управления гидромеханической передачей.
Предлагаемая гидромеханическая передача с двухтурбинным гидротрансформатором по сравнению с прототипом при прочих равных условиях обладает более высоким максимальным значением коэффициента трансформации вращающего момента. В результате свойства данной гидромеханической передачи лучше согласуются с работой приводного двигателя и различными условиями движения самоходной машины.