Система включения фрикционных муфт с гидравлическим управлением судового суммирующего реверсивного редуктора
SYSTEM FOR SWITCHING OF FRICTION CLUTCHES WITH HYDRAULIC CONTROL OF SHIP’S SUMMING REVERSIBLE GEARBOX

Предлагаемое изобретение относится к области редукторостроения, в частности, к системам включения фрикционных муфт с гидравлическим управлением для соединения валов суммирующих судовых реверсивных редукторов (зубчатых), применяемых, например, при передаче крутящего момента от главной энергетической установки судна с двумя двигателями к гребному винту фиксированного шага.
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. SU 600001 А1, 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 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 удобства управления и надежности судового суммирующего реверсивного редуктора за счет исключения возможности одновременного включения двух или более фрикционных муфт с гидравлическим управлением для соединения разных валов в нем (которые не должны работать одновременно) путем выполнения устройства управления в виде трех золотниковых устройств в едином корпусе и блока четырех распределительных трехходовых клапанов для подачи и слива масла управления во включающие полости фрикционных муфт с гидравлическим управлением.
Указанный технический результат в системе включения фрикционных муфт с гидравлическим управлением судового суммирующего реверсивного редуктора, содержащей насос управления, магистраль масла управления из нагнетания этого насоса, выполненное в виде золотниковых устройств и блока выполненных с возможностью разновременного сообщения между собой входного и первого выходного или первого и второго выходных патрубков распределительных трехходовых клапанов устройство управления с сообщенным с магистралью масла управления входным портом и с выходными портами для включения установленных на разных валах редуктора фрикционных муфт с гидравлическим управлением, и маслопроводы, согласно предлагаемому изобретению достигается тем, что устройство управления выполнено в виде трех золотниковых устройств в едином корпусе с выходными портами и входными (-выходными) отверстиями в нем - параллельно размещенных первого и второго золотниковых устройств с одинаковыми золотниками, с имеющими штоки на внешних торцах (в том числе выходящими сквозь торцовые крышки наружу) двумя поршнями каждый с возможностью перекрытия ими сообщенных с маслопроводами подачи и слива масла управления входных (-выходных) отверстий, и такого же третьего золотникового устройства, размещенного по общему торцу первых двух с возможностью воздействия на их золотники (и с возможностью их воздействия в обратную сторону) через торцовые штоки посредством связанной с золотником третьего устройства штанги, и блока четырех распределительных трехходовых клапанов, при этом выполненные в едином корпусе золотниковых устройств первый, второй и третий выходные порты устройства управления соединены маслопроводами с включающими полостями первой, второй и третьей фрикционных муфт с гидравлическим управлением, четвертый выходной порт устройства управления соединен маслопроводом с масляным картером зубчатого редуктора, входные патрубки первого, второго, третьего и четвертого распределительных трехходовых клапанов соединены маслопроводами с входным портом устройства управления, первый выходной патрубок первого клапана сообщен с торцовой полостью у крышки первого золотникового устройства, первый выходной патрубок второго клапана сообщен с торцовой полостью у крышки второго золотникового устройства, первый выходной патрубок третьего клапана сообщен с торцовой полостью у крышки третьего золотникового устройства, первый выходной патрубок четвертого клапана сообщен с общей торцовой полостью золотниковых устройств, вторые выходные патрубки всех четырех клапанов соединены маслопроводами с четвертым выходным портом устройства управления.
Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что устройство управления выполнено в виде трех золотниковых устройств в едином корпусе с выходными портами и входными (-выходными) отверстиями в нем - параллельно размещенных первого и второго золотниковых устройств с одинаковыми золотниками, с имеющими штоки на внешних торцах (в том числе выходящими сквозь торцовые крышки наружу) двумя поршнями каждый с возможностью перекрытия ими сообщенных с маслопроводами подачи и слива масла управления входных (-выходных) отверстий, и такого же третьего золотникового устройства, размещенного по общему торцу первых двух с возможностью воздействия на их золотники (и с возможностью их воздействия в обратную сторону) через торцовые штоки посредством связанной с золотником третьего устройства штанги, и блока четырех распределительных трехходовых клапанов, при этом выполненные в едином корпусе золотниковых устройств первый, второй и третий выходные порты устройства управления соединены маслопроводами с включающими полостями первой, второй и третьей фрикционных муфт с гидравлическим управлением, четвертый выходной порт устройства управления соединен маслопроводом с масляным картером зубчатого редуктора, входные патрубки первого, второго, третьего и четвертого распределительных трехходовых клапанов соединены маслопроводами с входным портом устройства управления, первый выходной патрубок первого клапана сообщен с торцовой полостью у крышки первого золотникового устройства, первый выходной патрубок второго клапана сообщен с торцовой полостью у крышки второго золотникового устройства, первый выходной патрубок третьего клапана сообщен с торцовой полостью у крышки третьего золотникового устройства, первый выходной патрубок четвертого клапана сообщен с общей торцовой полостью, вторые выходные патрубки всех четырех клапанов соединены маслопроводами с четвертым выходным портом устройства управления.
На фиг.1 схематично представлена предлагаемая система включения фрикционных муфт с гидравлическим управлением судового суммирующего реверсивного редуктора в варианте применения трех фрикционных муфт с гидравлическим управлением в суммирующем реверсивном редукторе главной энергетической установки судна для обеспечения переднего и заднего хода судна с двумя нереверсивными двигателями и с винтом фиксированного шага (см., например, патент на полезную модель 154859 U1, опубл. 10.09.2015 г.), на фиг.2, 3, 4 - выноски одного из элементов системы (золотниковые устройства) в разных положениях.
В судовом суммирующем реверсивном редукторе 1 (зубчатом) 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 (для обеспечения переднего хода) и третья 5 (для обеспечения заднего хода) фрикционные муфты с гидравлическим управлением (ФМ с ГУ) с включающими полостями 6, 7, 8 в них, являющиеся составной частью этих валов (с зубчатыми колесами и шестернями на них) с возможностью соединения их в единое целое. Всас насоса управления 9 (приводимого от ведущего вала (на фиг.1 не показан) редуктора 1) соединен с магистралью смазки (пунктиром на фиг.1 выделены насос смазки с его редукционным клапаном, поз. не обозначены). Нагнетание насоса управления 9 соединено магистралью 10 масла управления с входным портом 11 устройства управления 12, а через редукционный клапан и маслопровод (выделены пунктиром, поз. на фиг.1 не обозначены) нагнетание насоса управления 9 соединено также с масляным картером 2. Устройство управления 12 выполнено в виде трех золотниковых устройств (ЗУ) 13, 14, 15 (с одинаковыми золотниками 16, 17, 18 в них) в едином корпусе 19 и размещенного на нем (или вне его) блока 20 распределительных трехходовых клапанов. Первое золотниковое устройство (ЗУ) 13 с поршнями 21 и 22 в его золотнике 16 и второе ЗУ 14 с поршнями 23 и 24 в его золотнике 17 размещены в корпусе 19 параллельно друг другу, а по их общему торцу размещено третье ЗУ 15 с поршнями 25 и 26 в его золотнике 18. На внешних торцах поршней 21, 23, 25 выполнены с выходом сквозь торцовые крышки (поз. на фиг.1 не обозначены) наружу штоки 27 (одинаковые), на внешних торцах поршней 22, 24, 26 выполнены штоки 28, 29, 30. В корпусе 19 из полостей между поршнями, соответственно, 21 и 22, 23 и 24, 25 и 26 выполнены первый 31, второй 32 и третий 33 выходные порты устройства управления 12, которые соединены маслопроводами 34, 35, 36 с включающими полостями 6, 7, 8 ФМ с ГУ 3, 4, 5. В корпусе 19 устройства управления 12 выполнены также, с возможностью доступа (или слива) через них масла управления, входные (- выходные) отверстия: 37 - в полость у торцовой крышки (поз. на фиг.1 не обозначена) ЗУ 13, отверстия 38, 39 - в полость между поршнями 21, 22, отверстие 40 - в общую полость между золотниками 16, 17, 18, отверстие 41 - в полость у торцовой крышки (поз. на фиг.1 не обозначена) ЗУ 14, отверстия 42, 43 - в полость между поршнями 23, 24, отверстие 44 - в полость у торцовой крышки (поз. на фиг.1 не обозначена) ЗУ 15, отверстия 45, 46 - в полость между поршнями 25, 26. Отверстия 39, 43 и 46 соединены маслопроводом 47 с входным портом 11, отверстия 38, 42 и 45 соединены маслопроводом 48 с четвертым выходным портом 49, соединенным сливным маслопроводом 50 с картером 2. В блоке клапанов 20 размещены первый 51, второй 52, третий 53 и четвертый 54 распределительные трехходовые клапаны, входы которых соединены маслопроводом 55 с входным портом 11. Первые выходные патрубки клапанов 51, 52, 53, 54 сообщены с отверстиями, соответственно, 37, 41, 44, 40 в корпусе 19 устройства 12, вторые выходные патрубки этих клапанов соединены маслопроводом 48 с четвертым выходным портом 49 (сливным). При этом на штоке 30 золотника 18 укреплена с возможностью воздействия на штоки 28, 29 золотников 16, 17 (и возможностью их обратного воздействия) штанга 56. Кроме того, на выполненных с выходом наружу сквозь торцовые крышки ЗУ 13, 14, 15 штоках 27 выполнены «фиксаторы» положения золотника (поз. на фиг.1 не обозначены).
Работает предлагаемая система включения фрикционных муфт с гидравлическим управлением (ФМ с ГУ) судового суммирующего реверсивного редуктора следующим образом (см. фиг.1, 2, 3, 4).
Рассмотрена работа системы включения для варианта применения трех ФМ с ГУ в суммирующем реверсивном редукторе (зубчатом) для обеспечения переднего и заднего хода судна с двумя нереверсивными двигателями и с винтом фиксированного шага. Принято, что распределительные трехходовые клапаны «открыты», когда их входные патрубки сообщены с их первыми выходными патрубками (на подачу масла управления в соответствующие полости золотниковых устройств и к ФМ с ГУ), а когда клапаны «закрыты», то сообщены между собой их первые и вторые выходные патрубки (то есть 8 происходит слив масла из соответствующих полостей золотниковых устройств и из ФМ с ГУ).
При запуске и прогреве двигателя (ей), крутящий момент (мощность) которого (ых) передается посредством зубчатого редуктора 1 (с ФМ с ГУ 3, 4, 5 на промежуточных валах переднего и заднего хода в нем) к потребителю мощности (гребному винту), нагрузка (потребитель мощности) должна быть отключена (см. фиг.1). Для этого ФМ с ГУ 3, 4, 5 должны быть выключены, то есть доступ масла управления к ним, поступающего от насоса управления 9 по магистрали 10 к входному порту 11 устройства управления 12 и далее во включающие полости 6, 7, 8 ФМ с ГУ 3, 4, 5 должен быть перекрыт.При этом в блоке клапанов 20 должны быть закрыты клапаны 51, 52, 53, а клапан 54 открыт, то есть торцовые полости (у крышек) в золотниковых устройствах 13, 14, 15 через отверстия 37, 41, 44, первые и вторые выходные патрубки клапанов 51, 52, 53 и маслопровод 48 сообщены с четвертым выходным портом 49 (сливным) устройства управления 12 и далее через сливной маслопровод 50 с картером 2. В общую полость в корпусе 19 между золотниками 16, 17, 18 через отверстие 40 и открытый клапан 54 по маслопроводу 55 поступает масло управления. Золотники 16, 17, 18 под действием давления масла управления в общей полости между ними занимают крайние положения (у торцовых крышек), перекрывая поршнями 22, 24, 26 отверстия 39, 43, 46 для входа масла управления в полости между поршнями 21 и 22, 23 и 24, 25 и 26, соответственно. При этом, через открытые отверстия 38, 42, 45, соединяющие эти полости маслопроводом 48 с четвертым выходным портом 49 (сливным), сливается масло управления из включающих полостей 6, 7, 8 первой 3, второй 4 и третьей 5 ФМ с ГУ по маслопроводам 34, 35, 36 и через выходные порты 31, 32, 33.
После прогрева двигателя для движения судна на переднем ходу при одном работающем двигателе (см. фиг.1, 2), например том, крутящий момент от которого передается с участием ФМ с ГУ 3, в блоке клапанов 20 должны быть закрыты клапаны 52, 53, 54, открывают клапан 51 и через его первый выходной патрубок и входное отверстие 37 масло управления поступает в торцовую полость (у крышки) ЗУ 13, отжимая золотник 16 до упора его штока 28 в штангу 56, укрепленную на штоке 30 золотника 18 до упора последнего в торцовую крышку. При этом открывается путь маслу управления от входного порта 11 через маслопровод 47, отверстие 39 в ЗУ 13, первый выходной порт 31 и маслопровод 34 во включающую полость 6 первой ФМ с ГУ 3. Золотник 17 в ЗУ 14 при этом должен находиться у торцовой крышки (своей), поршнем 24 перекрывая отверстие 43 (путь подачи масла управления к выходному порту 32), а поршнем 23 открывает отверстие 42 для слива масла из включающей полости 7 второй ФМ с ГУ 4 (по элементам 35, 32, 42, 48, 49, 50). Золотник 18 в ЗУ 15 при этом поршнем 26 перекрывает отверстие 46 (путь подачи масла управления к выходному порту 33), а поршнем 25 открывает отверстие 45 для слива масла из включающей полости 8 ФМ с ГУ 5 (по элементам 36, 33, 45, 48, 49, 50). Для движения судна на переднем ходу от другого двигателя аналогичным образом производят включение ФМ с ГУ 4.
Для движения судна на переднем ходу при двух работающих двигателях, необходимо включить ФМ с ГУ 3 и 4 (см. фиг.1, 3). Для этого в блоке клапанов 20 должны быть закрыты клапаны 53, 54, а клапаны 51, 52 открывают и через их первые выходные патрубки и входные отверстия 37, 41 масло управления от входного порта 11 по маслопроводу 55 поступает в торцовые полости (у крышек) ЗУ 13 и 14, отжимая их золотники 16, 17 до упора их штоков 28, 29 в штангу 56, укрепленную на штоке 30 золотника 18 до упора последнего в торцовую крышку. При этом открывается путь маслу управления от входного порта 11 через маслопровод 47, отверстия 39, 43 в ЗУ 13, 14, выходные порты 31, 32 и маслопроводы 34, 35 во включающие полости 6, 7 первой 3 и второй 4 ФМ с ГУ. Золотник 18 в ЗУ 15 при этом поршнем 26 перекрывает отверстие 46 (путь подачи масла управления к выходному порту 33), а поршнем 25 открывает отверстие 45 для слива масла из включающей полости 8 ФМ с ГУ 5 (по элементам 36, 33, 45, 48, 49, 50).
Для движения судна на заднем ходу (см. фиг.1, 4) в блоке клапанов 20 закрывают клапаны 51, 52, 54, открывают клапан 53 и через его первый выходной патрубок и входное отверстие 44 масло управления поступает в торцовую полость ЗУ 15, отжимая золотник 18 до упора укрепленной на его штоке 30 штанги 56 в штоки 28, 29 золотников 16, 17 до упора последних в торцовые крышки. При этом открывается путь маслу управления от входного порта 11 через маслопровод 47, отверстие 46, третий выходной порт 33 и маслопровод 36 во включающую полость 8 ФМ с ГУ 5. Одновременно золотники 16, 17 поршнями 22, 24 перекрывают отверстия 39, 43 (путь подачи масла управления к выходным портам 31, 32), а поршнями 21, 23 открывают путь для слива масла из включающих полостей 6, 7 ФМ с ГУ 3, 4 (по элементам 34, 31, 38, 48, 49, 50 и 35, 32, 42, 48, 49, 50).
Штоки 27 с «фиксаторами» на них на золотниках 16, 17, 18 обеспечивают возможность ручного управления включением ФМ с ГУ при закрытых клапанах 51, 52, 53, 54 (через которые при этом возможен только слив масла). «Фиксаторы» на штоках 27 препятствуют самопроизвольному перемещению золотников 16, 17, 18.
Подобным же образом предлагаемую систему можно использовать для включения ФМ с ГУ в суммирующем зубчатом реверсивном редукторе д ля передачи крутящего момента от двух нереверсивных двигателей на винт фиксированного шага, в котором на двух промежуточных валах переднего хода установлено по муфте, а на промежуточном валу заднего хода установлены две одновременно включаемые муфты заднего хода и включаемая одновременно с муфтами переднего хода (одной или обеими сразу) тормозная муфта (см., например, патент на изобретение RU 2670838 С1, опубл. 25.10.2018 г.).