Гидротрансформатор
TORQUE CONVERTER

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях самоходных машин различного назначения.
В трансмиссиях самоходных машин широко применяются гидромеханические передачи, в которых используются одноступенчатые гидродинамические трансформаторы вращающего момента (далее - гидротрансформаторы). Трехколесные комплексные гидротрансформаторы имеют одно насосное колесо, соединенное с входным (ведущим) валом, одно турбинное колесо, соединенное с выходным (ведомым) валом, и одно колесо реактора (Кочкарев А.Я. Гидродинамические передачи. - Л.: Машиностроение, 1971, с. 80, рис. 33). В комплексных гидротрансформаторах реакторное колесо связывается с корпусом передачи через муфту свободного хода с целью реализации режима гидромуфты. Некоторые одноступенчатые комплексные гидротрансформаторы являются четырехколесными, так как их реактор состоит из двух рабочих колес.
Основной недостаток одноступенчатых гидротрансформаторов - относительно узкий диапазон регулирования вращающего момента приводного двигателя и низкий коэффициент полезного действия (КПД) в диапазоне малых передаточных отношений (i<0,6). Максимальное значение коэффициента трансформации вращающего момента для одноступенчатых четырехколесных гидротрансформаторов с непрозрачной характеристикой не превышает K=3,5-4, а у большинства серийных одноступенчатых трехколесных гидротрансформаторов максимальное значение коэффициента трансформации составляет K=1,8-2,5. Указанный недостаток требует сопряжения одноступенчатого гидротрансформатора с механической ступенчатой коробкой передач. Количество ступеней в коробках передач гидромеханических трансмиссий самоходных машин достигает 8-10 и имеет тенденцию к увеличению до 12-16 (Филичкин Н.В. Анализ планетарных коробок передач транспортных и тяговых машин. Учебное пособие. Компьютерная версия. - Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2008). Рост количества ступеней в коробке передач ведет к усложнению кинематической схемы и системы управления трансмиссией, обуславливает увеличение отбора мощности приводного двигателя на осуществление вспомогательных функций и в итоге снижает КПД трансмиссии.
Более высокими преобразующими свойствами обладают многоступенчатые гидротрансформаторы. Максимальные значения коэффициента трансформации вращающего момента в многоступенчатых гидротрансформаторах достигают K=4,5-6 и более. В области малых передаточных отношений многоступенчатые гидротрансформаторы обладают более высоким КПД по сравнению с одноступенчатыми гидротрансформаторами. Многоступенчатые гидротрансформаторы подразделяются на двухступенчатые и трехступенчатые, в которых соответственно две или три турбины одновременно соединены с выходным валом и вращаются с одинаковой угловой скоростью (Кочкарев А.Я. Гидродинамические передачи. - Л.: Машиностроение, 1971, с. 80, рис. 34, 35). Многоступенчатые гидротрансформаторы нашли применение в трансмиссиях тяжелых грузовых автомобилей, автобусов, тракторов, танков, тепловозов (Лапидус В.И., Петров В.А. Гидромеханические передачи автомобилей. - М.: Машгиз, 1961; Гавриленко Б.А., Семичастнов И.Ф. Гидродинамические муфты и трансформаторы, - М.: Машиностроение, 1969; Брацлавский Х.Л. Гидродинамические передачи строительных и дорожных машин. - М.: Машиностроение, 1976; Сергеев Л.В., Кадобнов В.В. Гидромеханические передачи быстроходных гусеничных машин. - М.: Машиностроение, 1980). Высокое значение коэффициента трансформации у многоступенчатого гидротрансформатора позволяет сократить количество ступеней в механической коробке передач и тем самым упростить кинематическую схему трансмиссии и ее систему управления.
В качестве прототипа выбран установленный в неподвижном корпусе двухступенчатый гидротрансформатор, содержащий последовательно расположенные в круге циркуляции рабочей жидкости насосное колесо центробежного типа, соединенное с ведущим валом, первое турбинное колесо центростремительного типа, соединенное с ведомым валом, реактор, второе турбинное колесо осевого типа, жестко соединенное с первым турбинным колесом внутри круга циркуляции рабочей жидкости (патент США US2630895, 1953). В описании прототипа указывается, что соединение первой и второй турбин между собой осуществляется внутри гидротрансформатора при помощи специальных фланцев и болтов, что усложняет конструкцию рабочих колес гидротрансформатора.
Задачей данного изобретения является упрощение конструкции гидротрансформатора с двумя турбинными колесами за счет выноса механической связи между первым и вторым турбинными колесами за пределы круга циркуляции рабочей жидкости.
Поставленная задача достигается тем, что в гидротрансформаторе, содержащем последовательно расположенные в круге циркуляции рабочей жидкости насосное колесо центробежного типа, соединенное с ведущим валом, первое турбинное колесо центростремительного типа, соединенное с ведомым валом, реактор, второе турбинное колесо осевого типа, причем второе турбинное колесо соединено с первым турбинным колесом и с ведомым валом посредством нереверсивной двухступенчатой зубчатой передачи.
На фиг.1 представлен вариант принципиальной кинематической схемы гидротрансформатора комплексного типа.
Гидротрансформатор 1 смонтирован в неподвижном корпусе 2 и содержит насосное колесо 3 центробежного типа, которое соединено с ведущим валом 4, первое турбинное колесо 5 центростремительного типа, которое соединено с ведомым валом 6, реактор 7, вторую турбину 8 осевого типа, которая соединена с промежуточным валом 9. На промежуточном вале 9 установлена ведущая шестерня 10 двухступенчатой зубчатой передачи 11. Ведущая шестерня 10 двухступенчатой зубчатой передачи 11 зацеплено с шестерней 12, которая установлена на промежуточном вале 13 двухступенчатой зубчатой передачи 11. На промежуточном вале 13 двухступенчатой зубчатой передачи 11 также установлена шестерня 14, которая зацеплена с шестерней 15, установленной на ведомом вале 6. Передаточное отношение двухступенчатой зубчатой передачи 11 является положительным по знаку.
В представленном варианте принципиальной кинематической схемы гидротрансформатора 1 реактор 7 связан с неподвижным корпусом 2 с помощью муфты свободного хода 16 через промежуточный элемент 17. Муфта свободного хода 16 разрывает связь реактора 7 с неподвижным корпусом 2 при переходе гидротрансформатора 1 на режим гидромуфты.
Работа гидротрансформатора осуществляется следующим образом.
Приводной двигатель (на схеме не показан) приводит во вращение ведущий вал 4. Насосное колесо 3 центробежного типа создает поток и напор рабочей жидкости, которая последовательно проходит через первое турбинное колесо 5 центростремительного типа, реактор 7, второе турбинное колесо 8 осевого типа и возвращается в насосное колесо 3. Вращающий момент, возникающий на первом турбинном колесе 5 центростремительного типа, непосредственно передают на ведомый вал 6. Вращающий момент, возникающий на втором турбинном колесе 8 осевого типа, через промежуточный вал 9, шестерни 10 и 12, промежуточный вал 13, шестерни 14 и 15 двухступенчатой зубчатой передачи 11 передают на ведомый вал 6 и суммируют с вращающим моментом, поступающим от первого турбинного колеса 5 центростремительного типа.
Если передаточное отношение двухступенчатой зубчатой передачи 11 равно +1, гидротрансформатор 1 является двухступенчатым, так как его турбинные колеса 5 и 8 вращаются с одинаковой угловой скоростью. Если передаточное отношение двухступенчатой зубчатой передачи 11 больше +1, то гидротрансформатор 1 является двухтурбинным, так как его турбинные колеса 5 и 8 вращаются с разными угловыми скоростями (Мазалов Н.Д., Трусов С.М. Гидромеханические коробки передач. - М.: Машиностроение, 1971, с. 61-63, рис. 22).
Таким образом, по сравнению с одноступенчатыми гидротрансформаторами предлагаемый гидротрансформатор в зависимости от передаточного отношения двухступенчатой зубчатой передачи может иметь свойства или двухступенчатого, или двухтурбинного гидротрансформатора. Наличие двух турбинных колес позволяет повысить коэффициент трансформации и расширить диапазон автоматического регулирования момента приводного двигателя. По сравнению с прототипом рассматриваемый гидротрансформатор обладает более простой конструкцией турбинных колес из-за отсутствия внутренней механической связи между ними, которая заменена на внешнюю механическую связь. Спроектированный гидротрансформатор может быть реализован на основе конструктивных элементов серийных одноступенчатых четырехколесных комплексных гидротрансформаторов отечественной разработки типа ЛГ, ГТ, МТ. Предлагаемый гидротрансформатор ориентируется на применение в трансмиссиях грузовых автомобилей, тракторов, подъемно-транспортных, строительно-дорожных и иных самоходных машин на колесном и гусеничном ходу.