ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ВАРИАТОР
INTEGRAL HYDRAULIC VARIATOR

Изобретение относится к вариаторам и может быть использовано в транспортных средствах и прочих механизмах, где требуется изменение передаточного числа.
Известен гидровариатор, описанный в патенте RU 2107858 С1, кл. F16Н 39/06, 27.03.1998 г., содержащий корпус, размещенные внутри корпуса коловратные лопастной насос, лопастной гидродвигатель с параллельным расположением их осей роторов, а также расположенный между ними и корпусом промежуточный элемент с двумя наружными и двумя внутренними цилиндрическими поверхностями и с каналами для перетекания рабочей жидкости между насосом и гидродвигателем, причем промежуточный элемент установлен с возможностью перемещения в плоскости, проходящей через оси роторов насоса и гидродвигателя, отличающийся тем, что роторы насоса и гидродвигателя выполнены пустотелыми, в корпусах роторов выполнены цилиндрические стаканы для размещения вкладышей, через которые пропущены лопасти, закрепленные на осях внутри роторов с возможностью радиального и углового перемещения, при этом каналы для перетекания рабочей жидкости между насосом и гидродвигателем выполнены параллельно образующим, соединяющим наружные цилиндрические поверхности промежуточного элемента.
Основными недостатками этого гидровариатора, при передаче вращательного движения от ведущего вала к ведомому, являются:
слишком длинная цепь последовательно связанных механизмов-посредников, в том числе возвратно-поступательных и механизмов изменения передаточного числа, следствием чего является низкий КПД, сложность и громоздкость конструкции, значительное ухудшение качества передаваемого движения на выходе в виде проскальзывания, наличия неустранимых пульсаций; очень низкие максимальные скорость и крутящий момент, большие усилия на изменение передаточного числа.
Техническим результатом предлагаемого устройства являются:
возможность плавной регулировки передаточного числа от абсолютного максимума с устойчивой работой, при котором вторичный вал не вращается и не зависит от вращения первичного вала, и до необходимой минимальной величины (от 1/П max = 0 до 1/П min = ∞, где П - передаточное число), при этом полностью отсутствует необходимость в механизме включения-выключения сцепления, т. к. разгон с нулевой скорости транспортного средства происходит без проскальзывания, чего не могут достигнуть все известные механизмы включения-выключения сцепления;
передача вращательного движения от ведущего вала к ведомому осуществляется напрямую (без механизмов-посредников) через рабочее тело без провалов, проскальзывания и пульсаций.
Механизм изменения передаточного числа связан с механизмом передачи вращательного движения параллельно и интегрально, с сопротивлением холостого хода, как при изменении передаточного числа, так и при усилии на изменение этого передаточного числа, т.е.:
жестко (без проскальзывания ), вместе с тем, вариатор нормально работает и в режиме буксировки на любых режимах скорости и величине передаточного числа;
нагрузка механизма изменения передаточного числа, равно как и прилагаемое усилие на это изменение, не зависят от передаваемой рабочей нагрузки вариатора и всегда равны нагрузке холостого хода;
коэффициент использования механизма изменения передаточного числа прямо пропорционален величине передаточного числа и при прямой передаче автоматически не используется.
Конструкция имеет возможность установки двигателя как в едином корпусе с насосом, так и отдельно, а при установке гидродвигателей на ведущие колеса исключается необходимость в коробке отключения заднего или переднего ведущих мостов, раздаточной коробке, ШРУСах, карданных валах, межосевых и осевых дифференциалах, а также при необходимости выполняются функции торможения и блокировки колес. Конструкция имеет возможность изменения вращения гидродвигателя или механическим путем, или путем перераспределения направления подачи рабочей жидкости.
Конструкция имеет возможность устранения появляющихся в редких случаях пульсаций на выходе, путем применения определенной формы, положения, количества и суммарной площади зубьев рабочих шестерен.
Конструкция без применения двигателя может быть использована для передачи на расстояние жидких, газообразных, твердых сыпучих веществ, с любым, в том числе и регулируемым автоматически, передаточным числом. В этом случае рабочим телом является само вещество, передаваемое на расстояние.
Между насосом и двигателем может находиться аккумулятор передаваемой энергии. К примеру, для использования нагрузки и отдыха велосипедиста в выгодных режимах при проезде с горы и под гору аккумулятор может быть в виде сжимаемой пружины.
Вместе с тем, конструкция обладает простотой и надежностью, максимальной адаптацией и легкостью ручного, автоматического, электронного управлений на всех режимах движения транспортного средства.
Сущность изобретения характеризуется отбором в необходимых дозах рабочего тела между областями всасывания и нагнетания насоса.
Техническое решение изобретения, в качестве примера, применяемого в автомобиле, заключается в том, что отбор жидкости осуществляют в шестеренчатом насосе (Фигура 1), состоящем из зоны всасывания 1, зоны нагнетания 2, рабочей ведущей шестерни 3, рабочей ведомой шестерни 4, и отличается наличием дозирующей шестерни 5, дозирующей шестерни 6, тяги 7, штока 8, гидроцилиндра 9, пружины 10, перепускного клапана 11.
Все детали насоса конструктивно связаны между собой так, что, к примеру:
Когда автомобиль стоит, двигатель заглушен, количество жидкости в гидроцилиндре камерного типа 9 максимально. Шток 8, воздействуя на тягу 7, преодолевая силу пружины 10, прижимает дозирующие шестерни 5 и 6 таким образом, что зубья этих шестерен полностью входят в межзубчатое пространство рабочих шестерен. Рабочее тело вариатора может быть в жидком, газообразном или в смешанном состояниях.
При запуске двигателя перепускной клапан 11 открывают, все шестерни насоса начинают вращаться, зубья ведущих шестерен 3 и 4, выходя из межзубчатого расстояния друг друга, в зоне всасывания создают пониженное давление или вакуум, который заполняется рабочим телом. Далее рабочее тело полностью вытесняется из межзубчатого пространства ведущих шестерен 3 и 4 зубьями дозирующих шестерен 5 и 6. Вытесненное рабочее тело по каналам корпуса попадает снова в резервуар рабочей жидкости, который связан с областью всасывания и представляет собой гидроцилиндр камерного типа. Образующееся в этот момент в зоне расцепления зубьев рабочих и дозирующих шестерен пониженное давление или вакуум заполняется находящимся в этой зоне газом, или воздухом, или жидкостно-воздушной смесью. Если имеется небольшое количество оставшейся рабочей жидкости между зубьями рабочих шестерен, перед запуском двигателя, то в период запуска двигателя удаляется через открытый перепускной клапан 11, в резервуар. Рабочее тело в гидродвигатели, установленные на ведущих колесах, не попадает, автомобиль стоит на месте.
Для начала движения автомобиля вперед управляемые краны устанавливают в положении, показанном на фиг.2. Перепускной клапан 11 закрывают. Количество жидкости в гидроцилиндре 9 за счет команды к движению автомобиля уменьшают, шток 8 под воздействием пружины 10 втягивается, рычаги 7 отодвигают дозирующие шестерни 5 и 6 таким образом, что зубья этих шестерен не полностью входят в межзубчатое пространство рабочих шестерен. Зубья дозирующих шестерен начинают не полностью вытеснять рабочее тело с рабочих шестерен, и невытесненное рабочее тело далее вытесняется в зоне высокого давления 2 зубьями рабочих шестерен 3 и 4 и под давлением попадает на гидродвигатели ведущих колес. В это время в зоне низкого давления рабочих шестерен 3 и 4 создается в зависимости от предъявляемых к конструкции требований низкое давление или вакуум, и рабочая жидкость снова заполняет их межзубчатое пространство. Автомобиль плавно трогается с места. По мере уменьшения количества жидкости в гидроцилиндре 9, за счет ручного управления или автоматической зависимости от заданных и возникающих параметров, передаточное число вариатора уменьшается, двигатель разгоняется. При движении автомобиля назад, к примеру, управляемые краны находятся в положении, показанном на фиг.2;
когда автомобиль движется накатом, перепускной клапан 11 открыт. Для торможения автомобиля двигателем перепускной клапан 11 закрыт, эффективность торможения регулируется изменением передаточного числа и уменьшением оборотов основного двигателя. Для торможения автомобиля ведущими колесами управляемые краны могут закрываться.
Для отключения одного из ведущих мостов подача рабочей жидкости на гидромоторы выбранного моста прекращается за счет закрытия крана подачи и открытия перепускного клапана этого моста. Скорость автомобиля автоматически становится выше за счет дифференциального перераспределения подачи рабочей жидкости в действующие гидродвигатели ведущих колес, что исключает необходимость в наличии раздаточной коробки.
Когда автомобиль движется в «пробке», то при установленных постоянных рабочих минимальных оборотах и подходящем передаточном числе регулирование движения может осуществляться в основном открытием-закрытием клапана 11; если движение происходит с частыми остановками и при часто меняющейся средней скорости в «пробке», то скорость транспортного средства можно изменять только вариацией передаточного числа.
Когда автомобилем необходимо преодолеть непреодолимое без помощи водителя препятствие, то тогда устанавливают необходимые номинальные обороты основного двигателя, передаточное число устанавливают в ручном режиме для создания необходимых и безопасных минимальных оборотов ведущих колес.
При необходимости блокировка ведущих колес может осуществляться последовательной подачей рабочей жидкости на все ведущие гидродвигатели или регулированием под управлением системой АБС, степенью закрытия тормозного крана буксующего гидродвигателя, при этом исключается необходимость в дополнительной системе блокировки колес.