Комбинированный гидротрансформатор
COMBINED TORQUE CONVERTER

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях самоходных машин различного назначения.
Основной недостаток одноступенчатых гидродинамических трансформаторов, широко применяемых в трансмиссиях самоходных машин, - сравнительно низкий коэффициент полезного действия (КПД) и узкий диапазон регулирования вращающего момента приводного двигателя, который для серийных одноступенчатых гидротрансформаторов составляет Д=2-3. Более высокими преобразующими свойствами (Д=4-5) в зоне малых передаточных отношений (от 0 до 0,5) обладают двухступенчатые гидротрансформаторы, в которых две турбины разного типа одновременно соединены с выходным валом (Стесин СП., Яковенко Е.А. Лопастные машины и гидродинамические передачи. - М.: Машиностроение, 1990; с. 130, рис. 5.3). Однако в зоне высоких передаточных отношений (свыше 0,5) параметры двухступенчатых гидротрансформаторов резко ухудшаются вследствие увеличения гидравлических потерь. Известны комплексные варианты двухступенчатых гидротрансформаторов, которые способны переходить на режим гидромуфты при передаточных отношениях более 0,8. Чтобы устранить тормозящее действие первого турбинного колеса при передаточных отношениях свыше 0,5 и на режиме гидромуфты, это колесо целесообразно соединять с выходным валом гидротрансформатора посредством муфты свободного хода (а.с. №116957, 1959). Однако на режиме гидромуфты двухступенчатые гидротрансформаторы имеют более низкий КПД по сравнению с одноступенчатыми гидротрансформаторами вследствие относительно большого числа вращающихся рабочих колес (Мазалов Н.Д., Трусов СМ. Гидромеханические коробки передач. - М.: Машиностроение, 1971; с. 62-63).
Известен гидротрансформатор, содержащий входной вал с установленным на нем насосным колесом, выходной вал с установленным на нем турбинным колесом, два реактора, расположенных между насосным и турбинным колесами и установленных на муфтах свободного хода с возможностью кинематической связи, по крайней мере, одного из них с турбинным колесом, и элементы управления (а.с.№1326826, F16H 45/02, 1987). Данный гидротрансформатор может работать в двух режимах: как одноступенчатый гидротрансформатор или как двухступенчатый гидротрансформатор. Режим двухступенчатого гидротрансформатора применяется для преодоления особо больших сопротивлений на выходном валу. Недостаток такого комбинированного гидротрансформатора - противоречивые требования, предъявляемые к профилю лопаток реактора, подключаемых к турбинному колесу, а поэтому трудно добиться одинаково хорошей работы этого реактора на обоих режимах гидротрансформатора. Это обстоятельство не позволяет достичь высоких качественных показателей во всем диапазоне регулирования комбинированного гидротрансформатора.
Задачей данного изобретения является экономия топлива за счет повышения среднего КПД трансмиссии самоходной машины, оснащенной комбинированным гидротрансформатором.
Поставленная задача достигается тем, что в гидротрансформаторе, содержащем входной и выходной валы, центробежный насос, центростремительную турбину, соединенную с выходным валом посредством муфты свободного хода, реактор, расположенный между насосом и турбиной и установленный на муфте свободного хода, и элементы управления, выполненные в виде двух сцепных муфт, отличающийся тем, что центробежный насос выполнен с двумя рабочими колесами, одно из рабочих колес насоса расположено в круге циркуляции рабочей жидкости после реактора и постоянно соединено с входным валом, а другое рабочее колесо насоса связано с входным и выходным валами посредством двух элементов управления.
На Фиг. 1 представлена схема комбинированного гидротрансформатора в комплексном варианте с одноколесным реактором.
Комбинированный гидротрансформатор 1 содержит насос центробежного типа, состоящий из двух рабочих колес 2 и 3, турбину 4 центростремительного типа, реактор 5, установленный на муфте свободного хода 6. Рабочее колесо 2 соединено с входным валом 7, а турбина 4 посредством другой муфты свободного хода 8 - с выходным валом 9. Комбинированный гидротрансформатор 1 снабжен также двумя управляемыми сцепными муфтами 10 и 11. Сцепная муфта 10 предназначена для связи колеса 3 с входным валом 7, а сцепная муфта 11 - для связи колеса 3 с выходным валом 9. Все элементы комбинированного гидротрансформатора установлены в корпусе 12.
Работает комбинированный гидротрансформатор следующим образом.
На первом режиме работы комбинированный гидротрансформатор 1 работает как двухступенчатый. В этом случае сцепная муфта 10 выключена, сцепная муфта 11 включена и соединяет колесо 3 с выходным валом 9. Рабочее колесо 3 рассоединено с рабочим колесом 2, и поток и напор рабочей жидкости в гидротрансформаторе создается только рабочим колесом 2. Рабочее колесо 3 при этом работает как турбина центробежного типа, которая в зоне малых передаточных отношений гидротрансформатора (0…0,4) имеет более высокий КПД и коэффициент трансформации вращающего момента по сравнению с турбиной центростремительного типа (Мазалов Н.Д., Трусов СМ. Гидромеханические коробки передач. - М.: Машиностроение, 1971; с. 53-60). Переход комбинированного гидротрансформатора 1 на режим гидромуфты осуществляет муфта свободного хода 6, разрывающей связь реактора 5 с корпусом 12 в зоне больших передаточных отношений (более 0,8).
На втором режиме работы комбинированный гидротрансформатор 1 работает как одноступенчатый. При этом сцепная муфта 11 выключена, включена сцепная муфта 10, соединяющая колесо 3 с входным валом 7. Рабочие колеса 2 и 3 в этом режиме работают совместно, образуя единое насосное колесо центробежного типа, расположенное симметрично турбине 4. Этим самым обеспечивается высокий КПД комбинированного гидротрансформатора 1 в зоне больших передаточных отношений (более 0,4) и в режиме гидромуфты. Вращающий момент на выходном валу 9 складывается из моментов от двух турбин - центробежной турбины 3 и центростремительной турбины 4. В некоторых случаях рабочая жидкость, выходящая из колеса 3, может создавать отрицательный вращающий момент на турбине 4, уменьшающий суммарный вращающий момент на выходном валу 9. Для предотвращения этого негативного явления турбина соединяется с выходным валом через муфту свободного хода 8, которая отключает турбину 4 от выходного вала 9. По мере увеличения передаточного отношения комбинированного гидротрансформатора 1 муфта свободного хода 8 включает в работу турбину 4. Переход комбинированного гидротрансформатора на режим гидромуфты осуществляется так же, как это было описано выше; муфта свободного хода 6 разрывает связь реактора 5 с корпусом 12 в зоне больших передаточных отношений (более 0,8).
Третий режим работы комбинированного гидротрансформатора 1 -блокирование, осуществляется путем одновременного включения сцепных муфт 10 и 11. Насос 3 и турбина 4 соединяются между собой, соединяя тем самым входной вал 7 с выходным валом 9. Передаточное отношение комбинированного гидротрансформатора 1 на режиме блокирования равно 1.
Так как центробежное насосное колесо и центробежная турбина характеризуются сравнительно малой кривизной своих лопаток, то поэтому гораздо легче обеспечить характеристики комбинированного гидротрансформатора при совместной или раздельной работе колес 2 и 3. В общем случае рабочие колеса 2 и 3 могут иметь одинаковое количество простых по форме плоских радиальных или тангенциальных лопаток.
Таким образом, рассматриваемый комбинированный гидротрансформатор совмещает в себе положительные свойства комплексного одноступенчатого гидротрансформатора (высокий КПД при больших передаточных отношениях и на режиме гидромуфты) и многоступенчатого гидротрансформатора (повышение максимального значения коэффициента трансформации и КПД при малых передаточных отношениях). Комбинированный гидротрансформатор по своему диапазону регулирования эквивалентен гидромеханической передаче, состоящей из одноступенчатого блокируемого комплексного гидротрансформатора и двухступенчатой коробки передач. Это обстоятельство позволяет сократить число передач в коробке передач, совместно используемой с данным гидротрансформатором. Перечисленные положительные свойства комбинированного гидротрансформатора обеспечивают экономию топлива за счет повышения среднего КПД трансмиссии самоходной машины.