Система включения фрикционных муфт с гидравлическим управлением судового зубчатого редуктора
ENGAGING SYSTEM OF FRICTION CLUTCHES WITH HYDRAULIC CONTROL OF MARINE GEAR REDUCER

Предлагаемое изобретение относится к области редукторостроения, в частности к системам включения фрикционных муфт с гидравлическим управлением для соединения валов судовых зубчатых редукторов, применяемых, например, при передаче крутящего момента от главной энергетической установки судна к гребному винту.
Известны рычажно-шарнирные механизмы включения-выключения фрикционных муфт с использованием пружин (или без), в частности, для более плавного включения (сцепления), а также с регулировочными устройствами для компенсации износа фрикционных поверхностей дисков и для первоначальной регулировки (см., например, книгу: Поляков B.C. и др. «Справочник по муфтам». Ленинград, изд. «Машиностроение», ЛО, 1979, стр. 158…160).
Известно устройство для управления гидравлическими цилиндрами фрикционных муфт многоступенчатой коробки передач, с установленными на корпусах муфт клапанами, где для исключения одновременного включения в ней нескольких ступеней, оно снабжено направляющими, жестко связанными с картером коробки передач, и упорами, установленными с возможностью перемещения в направляющих, жестко связанными между собой и расположенными с зазором напротив плеч упомянутых рычагов (см., например, а.с. 600001, опубл. 30.03.78 г.).
Известна фрикционная многодисковая муфта с гидравлической системой для включения и выключения с двумя полостями, одна из которых - включающая - сообщается либо с трубопроводом высокого давления (включение муфты), либо со сливом (выключение муфты), в другой непрерывно поддерживается слабое давление, причем при соединении первой из полостей с трубопроводом высокого давления (включение муфты) из другой масло вытесняется через дроссель к фрикционным дискам и охлаждает их (см., например, книгу: С.Н. Кожевников и др. «Механизмы». Москва, изд. «Машиностроение», 1976, стр. 405, рис. 6.55).
Известна система включения фрикционной муфты зубчатого редуктора с масляным картером, с насосом управления х редукционным клапаном, с фрикционной муфтой с гидравлическим управлением, с магистралью смазки с фильтром масла и маслоохладителем в ней, с электроприводным запорно-регулирующим клапаном, с блоком управления и трубопроводами, где нагнетание насоса управления соединено с включающей полостью фрикционной муфты с гидравлическим управлением трубопроводом с установленным в нем запорно-регулирующим клапаном, и где всасывающий патрубок насоса управления соединен трубопроводом с магистралью смазки между фильтром масла и маслоохладителем, а редукционный клапан выходным трубопроводом соединен с масляным картером (см., например, патент RU 2472047 С1, опубл. 10.01.2013 г.) - прототип.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения надежности судового зубчатого редуктора за счет исключения возможности одновременного включения двух фрикционных муфт с гидравлическим управлением для соединения разных валов в нем (которые не должны работать одновременно) путем выполнения устройства управления в виде золотникового устройства и блока трех распределительных клапанов для подачи и слива масла управления, содержащего первый и второй золотники с имеющими штоки на внешних торцах двумя поршнями каждый, причем посредством выполненных на торцах соседних поршней первого и второго золотников встречных штоков исключена возможность одновременной подачи масла управления к первому и второму выходным портам устройства управления, сообщенных с включающими полостями первой и второй фрикционных муфт с гидравлическим управлением.
Для достижения указанного технического результата в системе включения фрикционных муфт с гидравлическим управлением судового зубчатого редуктора, содержащей соединенный всасывающим патрубком с магистралью смазки насос управления с редукционным клапаном и магистраль масла управления из нагнетания этого насоса, устройство управления с входным и выходными портами для включения установленных на разных валах редуктора первой и второй фрикционных муфт с гидравлическим управлением, распределительные трехходовые клапаны с входным и первым и вторым выходными патрубками, выполненные с возможностью разновременного сообщения между собой входного и первого выходного или первого и второго выходных патрубков, и маслопроводы, согласно предлагаемому изобретению устройство управления выполнено в виде золотникового устройства с размещенным на нем (или вне) блоком трех распределительных трехходовых клапанов и соединено входным портом с магистралью масла управления, его первый и второй выходные порты, выполненные в золотниковом устройстве, соединены маслопроводами с включающими полостями первой и второй (соответственно) фрикционных муфт с гидравлическим управлением, третий выходной порт устройства управления соединен сливным маслопроводом с масляным картером зубчатого редуктора, при этом в золотниковом устройстве выполнены первый и второй соосные золотники с имеющими штоки на внешних торцах двумя поршнями каждый с возможностью перекрытия ими сообщенных с маслопроводами подачи и слива масла управления входных (-выходных) отверстий, у входящих в блок клапанов первого, второго и третьего распределительных трехходовых клапанов входные патрубки соединены маслопроводами с входным портом устройства управления, первый выходной патрубок первого клапана сообщен с крайней торцевой полостью первого золотника, первый выходной патрубок второго клапана сообщен с полостью между первым и вторым золотниками, первый выходной патрубок третьего клапана сообщен с крайней торцевой полостью второго золотника, вторые выходные патрубки всех трех клапанов (распределительных трехходовых) соединены маслопроводами с третьим выходным портом устройства управления, причем в золотниковом устройстве посредством выполненных на торцах соседних поршней первого и второго золотников встречных штоков исключена возможность одновременной подачи масла управления к первому и второму выходным портам устройства управления, сообщенных с включающими полостями первой и второй фрикционных муфт с гидравлическим управлением.
Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что устройство управления выполнено в виде золотникового устройства с размещенным на нем (или вне) блоком трех распределительных трехходовых клапанов и соединено входным портом с магистралью масла управления, его первый и второй выходные порты, выполненные в золотниковом устройстве, соединены маслопроводами с включающими полостями первой и второй (соответственно) фрикционных муфт с гидравлическим управлением, третий выходной порт устройства управления соединен сливным маслопроводом с масляным картером зубчатого редуктора, при этом в золотниковом устройстве выполнены первый и второй соосные золотники с имеющими штоки на внешних торцах двумя поршнями каждый с возможностью перекрытия ими сообщенных с маслопроводами подачи и слива масла управления входных (-выходных) отверстий, у входящих в блок клапанов первого, второго и третьего распределительных трехходовых клапанов входные патрубки соединены маслопроводами с входным портом устройства управления, первый выходной патрубок первого клапана сообщен с крайней торцевой полостью первого золотника, первый выходной патрубок второго клапана сообщен с полостью между первым и вторым золотниками, первый выходной патрубок третьего клапана сообщен с крайней торцевой полостью второго золотника, вторые выходные патрубки всех трех клапанов (распределительных трехходовых) соединены маслопроводами с третьим выходным портом устройства управления, причем в золотниковом устройстве посредством выполненных на торцах соседних поршней первого и второго золотников встречных штоков исключена возможность одновременной подачи масла управления к первому и второму выходным портам устройства управления, сообщенных с включающими полостями первой и второй фрикционных муфт с гидравлическим управлением.
На фиг. 1 схематично представлена предлагаемая система включения фрикционных муфт с гидравлическим управлением судового зубчатого редуктора, на фиг. 2, 3 - выноски одного из элементов системы (золотникового устройства) в разных положениях.
В зубчатом редукторе 1 с масляным картером 2 в нем (см. фиг. 1) на промежуточных валах (например, переднего хода и заднего хода, на фиг. 1 не показаны) выполнены первая 3 и вторая 4 фрикционные муфты с гидравлическим управлением с включающими полостями 5, 6 в них, являющиеся составной частью этих валов (с зубчатыми колесами и шестернями на них) с возможностью соединения их в единое целое. Всас насоса управления 7 (приводимого от ведущего вала (на фиг. 1 не показан) редуктора 1) соединен с магистралью смазки 8 (пунктиром на фиг. 1 выделены насос смазки с его редукционным клапаном и система смазки редуктора 1, поз. не обозначены). Нагнетание насоса управления 7 соединено магистралью 9 масла управления с входным портом 10 устройства управления 11, выполненного в виде золотникового устройства 12 и размещенного на нем (или вне его) блока клапанов 13. Через редукционный клапан и маслопровод (выделены пунктиром, поз. на фиг. 1 не обозначены) нагнетание насоса управления 7 соединено также с масляным картером 2. В золотниковом устройстве 12 соосно выполнены одинаковыми золотники -первый 14 с поршнями 15 и 16 в нем и второй 17 с поршнями 18 и 19 в нем. На обращенных друг к другу торцах соседних поршней 16 и 19 соосно выполнены встречные штоки 20 и 21. В корпусе золотникового устройства 12 из полостей между поршнями 15, 16 и 18, 19 выполнены, соответственно, первый 22 и второй 23 выходные порты устройства управления 11, которые соединены маслопроводами 24, 25 с включающими полостями 5, 6 фрикционных муфт с гидравлическим управлением 3, 4. В золотниковом устройстве 12 (его корпусе) выполнены также, с возможностью доступа через них масла управления, входные (- выходные) отверстия: 26 - в полость у торцевой крышки (поз. на фиг. 1 не обозначена) золотника 14, отверстия 27, 28 - в полость между поршнями 15, 16, отверстие 29 - в полость между золотниками 14, 17, отверстия 30, 31 - в полость между поршнями 18, 19 и отверстие 32 - в полость у торцевой крышки (поз. на фиг. 1 не обозначена) золотника 17. Отверстия 28, 30 соединены маслопроводом 33 с входным портом 10, отверстия 27, 31 соединены маслопроводом 34 с третьим выходным портом 35, соединенным сливным маслопроводом 36 с картером 2. В блоке клапанов 13 размещены первый 37, второй 38 и третий 39 распределительные трехходовые клапаны, входы которых соединены маслопроводом 40 с входным портом 10. Первые выходные патрубки клапанов 37, 38, 39 сообщены с отверстиями, соответственно, 26, 29, 32 в золотниковом устройстве 12, вторые выходные патрубки этих клапанов соединены маслопроводом 41 с третьим выходным портом 35 (сливным). Кроме того, на обращенных к торцевым крышкам золотникового устройства 12 торцах поршней 15 и 18 выполнены с выходом наружу штоки 42 и 43.
Работает предлагаемая система включения фрикционных муфт с гидравлическим управлением (ФМ с ГУ) судового зубчатого редуктора следующим образом (см. фиг. 1, 2, 3). Рассмотрена работа в варианте применения ФМ с ГУ в зубчатом редукторе для обеспечения переднего и заднего хода судна с винтом фиксированного шага и нереверсивным двигателем. Принято, что клапаны 37, 38, 39 «открыты», когда их входные патрубки сообщены с их первыми выходными патрубками (на подачу масла управления в соответствующие полости золотникового устройства 12 и к ФМ с ГУ), а когда клапаны 37, 38, 39 «закрыты», то сообщены между собой их первые и вторые выходные патрубки (то есть происходит слив масла из соответствующих полостей золотникового устройства 12 и из ФМ с ГУ).
При запуске и прогреве двигателя (например, газотурбинного или иного), крутящий момент (мощность) которого передается посредством зубчатого редуктора 1 (с ФМ с ГУ 3 и 4 на промежуточных валах переднего и заднего хода в нем) к потребителю мощности (гребному винту), нагрузка (потребитель мощности) должна быть отключена. Для этого ФМ с ГУ 3, 4 должны быть выключены, то есть доступ масла управления к ним, поступающего от насоса управления 7 (всасывающего масло из магистрали смазки 8) по магистрали 9 к входному порту 10 устройства управления 11 и далее во включающие полости 5, 6 ФМ с ГУ 3, 4, должен быть перекрыт. При этом в блоке клапанов 13 должны быть закрыты клапаны 37, 39, а клапан 38 открыт, то есть торцевые полости (у крышек) в золотниковом устройстве 12 через отверстия 26, 32, первые и вторые выходные патрубки клапанов 37, 39 и маслопровод 41 сообщены с третьим выходным портом 35 (сливным) устройства управления 11 и далее через сливной маслопровод 36 с картером 2. В полость между поршнями 16 и 19 через отверстие 29 и открытый клапан 38 по маслопроводу 40 поступает масло управления. Золотники 14 и 17 под действием давления масла управления в полости между поршнями 16 и 19 занимают крайние положения (см. фиг. 1 и 2), перекрывая поршнями 16, 19 отверстия 28, 30 для входа масла управления в полости между поршнями 15, 16 и 18, 19, соответственно. При этом через открытые отверстия 27, 31, соединяющие эти полости маслопроводом 34 с третьим выходным портом 35 (сливным), сливается масло управления из включающих полостей 5, 6 первой 3 и второй 4 ФМ с ГУ по маслопроводам 24, 25 и через выходные порты 22, 23.
После прогрева двигателя для движения судна на переднем ходу в блоке клапанов 13 закрывают клапан 38, клапан 39 также должен быть закрыт, открывают клапан 37 и через его первый выходной патрубок и входное отверстие 26 масло управления поступает в торцевую полость первого золотника 14, отжимая его до упора его штока 20 в шток 21 второго золотника 17 до упора последнего в торцевую крышку (это положение показано на фиг. 1). При этом открывается путь маслу управления от входного порта 10 через маслопровод 33, отверстие 28, первый выходной порт 22 и маслопровод 24 во включающую полость 5 первой 3 ФМ с ГУ (таким образом, включая эту муфту). Одновременно золотник 17 поршнем 19 перекрывает отверстие 30 (путь подачи масла управления к выходному порту 23), а поршнем 18 открывает отверстие 31 для слива масла из включающей полости 6 второй ФМ с ГУ 4 (по элементам 25, 23, 31, 34, 35, 36).
Для движения судна на заднем ходу в блоке клапанов 13 закрывают клапан 38, клапан 37 также должен быть закрыт, открывают клапан 39 и через его первый выходной патрубок и входное отверстие 32 масло управления поступает в торцевую полость второго золотника 17, отжимая его до упора его штока 21 в шток 20 первого золотника 14 до упора последнего в торцевую крышку (см. фиг. 1 и 3). При этом открывается путь маслу управления от входного порта 10 через маслопровод 33, отверстие 30, второй выходной порт 23 и маслопровод 25 во включающую полость 6 второй 4 ФМ с ГУ (включая эту муфту). Одновременно золотник 14 поршнем 16 перекрывает отверстие 28 (путь подачи масла управления к выходному порту 22), а поршнем 15 открывает отверстие 27 для слива масла из включающей полости 5 первой ФМ с ГУ 3 (по элементам 24, 22, 27, 34, 35, 36). Штоки 42, 43 в золотниковом устройстве 12 обеспечивают возможность ручного управления включением ФМ с ГУ при закрытых клапанах 37, 38, 39 (то есть через них возможен только слив масла).
Подобным же образом система работает при использовании двух ФМ с ГУ в двухскоростном судовом зубчатом нереверсивном редукторе.