СИСТЕМА ПЛАВНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ ФРИКЦИОННОЙ МУФТЫ ЗУБЧАТОГО РЕДУКТОРА
SYSTEM OF SMOOTH INCLUSION OF CLUTCH OF GEAR REDUCER

Предлагаемое изобретение относится к области редукторостроения, в частности, к системам включения фрикционных муфт с гидравлическим управлением для соединения валов (в том числе с колесами и шестернями) зубчатых редукторов, применяемых, например, при передаче крутящего момента на судах от главной энергетической установки 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).
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 с 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 зубчатых редукторов с фрикционными муфтами с гидравлическим управлением в них и потребителей передаваемой ими мощности за счет плавного повышения давления управляющей жидкости (масла) во фрикционной муфте, воздействующего на исполнительный орган в виде поршня и, соответственно, более плавного включения муфты путем установки в системе управления муфты распределительного трехходового клапана и аккумулятора масла с перепускным и обратным клапанами.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемой системе плавного включения фрикционной муфты зубчатого редуктора, содержащей исполнительный орган в виде поршня, расположенного в управляющей полости фрикционной муфты, которая предназначена для соединения валов зубчатого редуктора, соединенный всасывающим маслопроводом с масляным картером насос управления с редукционным клапаном, распределительный трехходовой клапан с входным и первым и вторым выходными патрубками, выполненный с возможностью разновременного соединения в нем между собой входного и первого выходного или первого и второго выходных патрубков, аккумулятор масла, перепускной и обратный клапаны и маслопроводы, согласно изобретению нагнетание насоса управления соединено маслопроводом с входным патрубком распределительного трехходового клапана, первый выходной патрубок которого соединен маслопроводом с управляющей полостью фрикционной муфты с гидравлическим управлением, а второй его выходной патрубок соединен маслопроводом с масляным картером, при этом маслопровод между распределительным трехходовым клапаном и управляющей полостью фрикционной муфты с гидравлическим управлением соединен с нижней частью масляной полости аккумулятора масла маслопроводом с установленным в нем с возможностью открытия в сторону аккумулятора масла перепускным клапаном и выполненным в обвод перепускного клапана маслопроводом с обратным клапаном в нем, установленным с возможностью его открытия в сторону маслопровода к управляющей полости фрикционной муфты с гидравлическим управлением.
Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что нагнетание насоса управления соединено маслопроводом с входным патрубком распределительного трехходового клапана, первый выходной патрубок которого соединен маслопроводом с управляющей полостью фрикционной муфты с гидравлическим управлением, а второй его выходной патрубок соединен маслопроводом с масляным картером, при этом маслопровод между распределительным трехходовым клапаном и управляющей полостью фрикционной муфты с гидравлическим управлением соединен с нижней частью масляной полости аккумулятора масла маслопроводом с установленным в нем с возможностью открытия в сторону аккумулятора масла перепускным клапаном и выполненным в обвод перепускного клапана маслопроводом с обратным клапаном в нем, установленным с возможностью его открытия в сторону маслопровода к управляющей полости фрикционной муфты с гидравлическим управлением.
На фиг. 1 схематично представлена предлагаемая система плавного включения фрикционной муфты зубчатого редуктора, на фиг. 2 - график изменения величины давления масла управления в управляющей полости фрикционной муфты с гидравлическим управлением при включении, работе и выключении этой фрикционной муфты в координатах время (X, абсцисса) и давление масла управления в управляющей полости муфты (У, ордината).
На корпусе зубчатого редуктора 1 с масляным картером 2 в нем (см. фиг. 1) размещен насос управления 3 (например, с приводом от ведущего вала редуктора, на фиг. 1 корпус редуктора, ведущий вал редуктора и привод насоса не показаны), всасывающий патрубок которого соединен маслопроводом 4 с масляной полостью картера 2. Нагнетание насоса управления 3 соединено маслопроводом 5 масла управления с входным патрубком 6 распределительного трехходового клапана 7, первый выходной патрубок 8 которого соединен маслопроводом 9 с управляющей полостью 10 фрикционной муфты 11 с гидравлическим управлением (ФМ с ГУ). В управляющей полости 10 ФМ с ГУ 11 выполнен исполнительный орган в виде поршня 12. Второй выходной патрубок 13 клапана 7 соединен маслопроводом 14 с воздушной полостью масляного картера 2. Насос управления 3 оснащен редукционным клапаном 15, вход которого соединен с нагнетанием насоса 3, а выход клапана 15 соединен с всасывающим маслопроводом 4. Из маслопровода 9 выполнен маслопровод (отвод) 16 в нижнюю часть масляной полости аккумулятора масла 17. В маслопроводе 16 размещен с возможностью открытия в сторону аккумулятора масла 17 перепускной клапан 18. В обвод клапана 18 выполнен маслопровод 19, в котором размещен с возможностью открытия в сторону маслопровода 9 обратный клапан 20.
Работает предлагаемая система плавного включения фрикционной муфты зубчатого редуктора, установленного, например, на судне для передачи крутящего момента от главной энергетической установки (например, газотурбинного двигателя) к судовому валопроводу и далее к гребному винту, следующим образом (см. фиг. 1, 2).
2
2
При запуске и прогреве двигателя, крутящий момент которого передается посредством зубчатого редуктора 1 с фрикционной муфтой 11 с гидравлическим управлением (ФМ с ГУ) в нем к потребителю мощности (крутящего момента), например, на судовой валопровод к гребному винту, нагрузка (потребитель мощности) должна быть отключена, то есть ФМ с ГУ 11 должна быть выключена. Для этого распределительный трехходовой клапан 7 должен быть закрыт, то есть в нем закрыт проход из входного патрубка 6 к первому выходному патрубку 8, а проход из первого выходного патрубка 8 во второй выходной патрубок 13 открыт. Таким образом, при закрытом проходе в клапане 7 для масла управления от насоса управления 3 управляющая полость 10 ФМ с ГУ 11 через маслопровод 9, первый 8 и второй 13 выходные патрубки клапана 7 и маслопровод 14 соединена с воздушной полостью картера 2. Аккумулятор масла 17 через маслопровод 19, обратный клапан 20, маслопровод 9, через клапан 7 и маслопровод 14 также соединен с воздушной полостью картера 2. При этом масло из маслопровода 5 из нагнетания насоса 3 (который работает с приводом от ведущего вала редуктора) сбрасывается редукционным клапаном 15 назад в маслопровод 4. После прогрева двигателя для подключения к нему потребителя мощности включают ФМ с ГУ 11. Для этого распределительный трехходовой клапан 7 открывают, при этом в нем закрывается проход во второй выходной патрубок 13 и открывается проход из входного патрубка 6 в первый выходной патрубок 8, то есть на подачу масла управления от насоса 3 в маслопровод 9 к управляющей полости 10 ФМ с ГУ 11. Под действием давления масла управления в ФМ с ГУ 11, размещенный в полости 10 исполнительный орган в виде поршня 12 сжимает фрикционные диски, которые сходятся, преодолевая усилия разжимающих их пружин (поз. дисков и пружин на фиг. 1 не обозначены). Как только эти диски сомкнутся, то при отсутствии аккумулятора масла 17 с перепускным клапаном 18, давление масла управления сразу бы выросло (несжимаемость жидкости) до рабочей величины давления масла управления (Р2 на фиг. 2, обычно 15…25 кг/см), а в предлагаемой системе при этом начинает открываться размещенный в маслопроводе 16 перепускной клапан 18, настроенный на срабатывание при давлении смыкания дисков (Р1 на фиг. 2, обычно 2…3 кг/см), и, соответственно, начинает заполняться маслом аккумулятор масла 17. При заполнении аккумулятора масла 17 одновременно происходит повышение давления масла управления. После заполнения аккумулятора 17 и достижения рабочей величины давления масла управления начинается рабочий режим передачи ФМ с ГУ 11 крутящего момента от ведущего вала (приводимого двигателем) редуктора 1 через промежуточный вал (поз на фиг. 1 не обозначена), на котором смонтирована фрикционная муфта 11 с гидравлическим управлением, к выходному валу редуктора 1 с присоединенным к нему потребителем мощности (на фиг. 1 не показаны). Благодаря такому выполнению системы плавного включения ФМ с ГУ 11 зубчатого редуктора 1 в управляющую полость 10 ФМ с ГУ 11 масло управления поступает с плавным повышением давления и, соответственно, происходит плавное включение ФМ с ГУ 11 (с пробуксовыванием фрикционных дисков). Резкое включение ФМ с ГУ 11 (и соответственно, мгновенное ударное увеличение передаваемого крутящего момента) негативно сказывается на работоспособности зубчатого редуктора и потребителя мощности (особенно, если это длинный судовой валопровод и гребной винт с большими моментами инерции), поэтому плавное включение ФМ с ГУ 11 весьма актуально, особенно, в случае применения редуктора на судне, при реверсировании хода судна. Для выключения ФМ с ГУ 11 необходимо закрыть клапан 7. При этом после мгновенного падения величины давления масла управления до давления начала размыкания дисков и закрытия перепускного клапана 15 фрикционные диски в ФМ с ГУ 11 начинают (под действием пружин) размыкаться, выдавливая масло из управляющей полости 10. Открывается обратный клапан 20 (так как упало давление в маслопроводе 9) и через него сливается также масло из аккумулятора 17. Следует отметить, что из-за наличия аккумулятора масла 17 несколько увеличивается время опорожнения управляющей полости 10 ФМ с ГУ от масла.
Процесс изменения величины давления масла управления, воздействующего на исполнительный орган в виде поршня 12, в управляющей полости 10 ФМ с ГУ 11 при ее включении, работе и выключении проиллюстрирован графиком фиг. 2. На оси ординат (У) указаны значения давлений масла управления в управляющей полости 10 ФМ с ГУ 11 - Рм., а по оси абсцисс (X) - время. В отрезке времени 0 - X1 идет заполнение маслом полости 10 с одновременным ростом давления масла управления и сжатием фрикционных дисков до смыкания их в точке А (при Р1) - линия 1. (В отсутствии аккумулятора 17 с перепускным клапаном 15 в момент времени X1 был бы скачок давления масла управления до Р2). Затем в отрезке времени X1-Х2 - открытие перепускного клапана 15 и заполнение маслом аккумулятора 17 с одновременным ростом давления масла управления до рабочей величины Р2 (линия 2 - от точки А до точки В). В отрезке времени Х2-Х3 - ФМ с ГУ 11 в работе по передаче крутящего момента от двигателя к потребителю (линия 3 - от точки В до точки С). При закрытии клапана 7 (для выключения ФМ с ГУ 11) в момент времени Х3 - резкое падение давления масла управления до Р1 (линия 4 - от точки С до точки D). Далее, в отрезке времени Х3-Х4 - процесс опорожнения аккумулятора 17 и полости 10 ФМ с ГУ 11 (линия 5 - от точки D до точки Е).
Предлагаемая система плавного включения фрикционной муфты зубчатого редуктора применена в разрабатываемом в настоящее время проекте судового двухступенчатого реверсивного редуктора.