СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ С УПРУГИМ НАКОПИТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к области транспортного двигателестроения, а именно к системам охлаждения.
Известна вентиляторная система жидкостного охлаждения силовой установки танка Т-72 (Объект 172М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга вторая. М., Воениздат, 1975, 584 с.), содержащая дизель с рубашками охлаждения цилиндров двигателя, механический водяной насос, радиаторы, вентилятор, повышающий редуктор, редуктор привода вентилятора, фрикцион вентилятора и датчик температуры.
Недостатками этой конструкции является: значительные затраты мощности основного двигателя на функционирование вентилятора системы охлаждения (до 20% и более в зависимости от режима работы двигателя и используемой передачи в редукторе привода вентилятора);
не возможность обеспечения оптимального теплового режим работы двигателя, что обусловлено конструкцией привода вентилятора,
Известна система охлаждения танка (Патент RU 2199017 F01P 7/04, F01P 5/04. Опубл. 20.02.2003).
Недостатком этой конструкции является: сложность устройства, отсутствие возможности выключения вентилятора, когда в его работе нет необходимости.
Из уровня техники известна система охлаждения танка (Патент RU 185652 F41H 7/12, F01P 11/18. Опубл. 13.12.18), содержащая дизель с рубашками охлаждения цилиндров, радиатор системы охлаждения, турбопривод, состоящий из турбины и электрической фрикционной муфты, вентилятор, электрический жидкостной насос, электронный блок управления, регулировочную заслонку, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик расхода охлаждающей жидкости.
Недостатком данной системы является следующее:
недостаточная эффективность при работе двигателя на режиме холостого хода. Это обусловлено тем, что при переходе танкового дизеля, к примеру семейства, В-2, с режима максимальной мощности на режим холостого хода резко снижается массовый расход воздуха через двигатель. Вследствие этого, энергии выпускных газов будет недостаточно для обеспечения требуемой мощности для вращения турбопривода вентилятора системы охлаждения, что с большой вероятностью приведет к перегреву двигателя. Из этого следует вывод о негативном влиянии такой конструкции привода вентилятора системы охлаждения на надежность силовой установки танка, а также на живучесть его экипажа;
снижение мощности двигателя вследствие гидравлических потерь, создаваемых турбоприводом вентилятора системы охлаждения.
Частично решение представленных выше проблем приведено в патенте - «Система охлаждения танка с комбинированным приводом вентилятора» (Патент RU 195107 F01P 7/08, F01P 5/04. Опубл. 15.01.2020), содержащей двигатель с рубашками охлаждения цилиндров, радиатор системы охлаждения, турбопривод, состоящий из турбины и электрической фрикционной муфты, турбину Пельтона с редукционным клапаном вентилятор, электрический жидкостной насос, электронный блок управления, регулировочную заслонку изменения расхода выпускных газов, регулировочную заслонку масленой магистрали системы смазки, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик расхода охлаждающей жидкости, датчик массового расхода воздуха.
Недостатком такого решения является снижение мощности двигателя вследствие гидравлических потерь в выпускной системе, создаваемых турбиной турбопривода вентилятора системы охлаждения.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату является система охлаждения гусеничной машины с инерционным накопителем энергии (Патент RU 207505 F01P 5/04, F01P 7/04. Опубл. 29.10.2021), содержащая двигатель с рубашками охлаждения цилиндров, радиатор системы охлаждения, выполненные в едином корпусе мультипликатор с изменяемым передаточным числом, состоящий из электромагнитных муфт, трех пар зубчатых колес с шестернями первой, второй и третей ступени, инерционный накопитель энергии через обгонную муфту, связанный с мультипликатором, момент на который передается от трансмиссии гусеничной машины через электромагнитную муфту.
Недостатком данной системы является ее низкая эффективность обусловленная:
1. Низкой надежностью, что связано с быстрым износом подшипников оси инерционного накопителя вследствие гироскопического эффекта.
2. Высокой пожароопасностью. Известно, что при разрушении маховика, сила трения между ним и корпусом вызовет высвобождение тепловой энергии. Количество выделившегося тепла в относительно короткий промежуток времени может быть настолько значительным, что может привести к воспламенению силовой установки.
3. Высокой стоимостью инерционного узла и трансмиссии, передающей энергию вращения маховика к потребителю.
Техническим результатом предложения является повышение эффективности системы охлаждения гусеничной машины за счет улучшения надежности, уменьшения пожароопасности и снижения стоимости.
Технический результат достигается за счет того, что накопитель энергии состоит из спиральной ленточной пружины, вала и электромагнитного тормоза, причем один конец ленточной пружины крепят к единому корпусу накопителя, другой - к валу, кинематически связанному с трансмиссией гусеничной машины посредством большой и малой шестерен, электромагнитный тормоз выполнен с возможностью торможения вала, а электронный блок управления выполнен с возможностью управления электромагнитным тормозом по сигналу от датчика температуры охлаждающей жидкости.
Предложение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема системы охлаждения гусеничной машины с упругим накопителем энергии. На фиг. 2 - принципиальная схема мультипликатора с изменяемым передаточным числом.
Заявленная система охлаждения гусеничной машины с упругим накопителем энергии содержит двигатель 1 с рубашками охлаждения цилиндров (на рисунке не показаны), радиатор системы охлаждения 2, а также выполненные в едином корпусе: мультипликатор 3 с изменяемым передаточным числом состоящий из электромагнитных муфт 5, 6 и 7, трех пар зубчатых колес с шестернями 18, 19 - второй ступени, шестернями 16, 17 - первой ступени, шестернями 20, 21 - третей ступени, причем шестерня 21 (выходная шестерня) входит в зацепление с шестерней привода вентилятора 22, вентилятор 8 системы охлаждения (СО) имеющий кинематическую связь как с мультипликатором 3, так и с коленчатым валом двигателя 1 через электромагнитную муфту 4, упругий накопитель энергии, выполненный в едином корпусе 9 и состоящий из спиральной ленточной пружины 10, крепящейся одним концом к корпусу 9, другим - к валу 11, и заворачивается вокруг него и электромагнитного тормоза 14 болтовым соединением, крепящегося к корпусу 9. На валу 11 жестко, закрепляя шпонкой, устанавливают большую шестерню 12, крутящий момент на которую передается от малой шестерни 13 электромагнитной муфтой 15, кинематически связанной с трансмиссией гусеничной машины.
Управление электронными исполнительными механизмами в виде электромагнитных муфт 4, 5, 6, 7 и 15, а также электромагнитным тормозом 14 осуществляется по каналам электрической связи электронным блоком управления 24 по сигналу от датчика температуры охлаждающей жидкости 23.
Заявленная система охлаждения гусеничной машины с упругим накопителем энергии работает следующим образом.
Поддержание оптимального теплового состояния двигателя осуществляется за счет регулирования расхода охлаждающего воздуха через радиатор 2 СО. Сигнал на исполнительные устройства, а именно на электромагнитные муфты 4, 5, 6, 7 и 15, а также на электромагнитный тормоз 14 поступает с электронного блока управления 24, в зависимости от данных с датчика температуры охлаждающей жидкости 23.
Работа вентилятора 8 СО может быть обеспечена как за счет крутящего момента, отбираемого от упругого накопителя, размещаемого в корпусе 9 и состоящего из спиральной ленточной пружины 10 вала 11 закрепленной на нем большой шестерни 12 и малой шестерни 13, электромагнитного тормоза 14, так и за счет крутящего момента, отбираемого от коленчатого вала двигателя 1.
При передаче крутящего момента с упругого накопителя на вентилятор 8 СО электромагнитную муфту 4, обеспечивающую кинематическую связь коленчатого вала двигателя 1 с вентилятором 8 СО, размыкают. В свою очередь, при разряженном упругом накопителе, работа вентилятора 8 СО производится за счет крутящего момента, отбираемого с коленчатого вала двигателя 1. Для этого электромагнитную муфту 4 обеспечивающую кинематическую связь коленчатого вала двигателя 1 с вентилятором 8 СО включают, а электромагнитные муфты 5 и 6 размыкают (выключают).
Известно, что движение транспортных средств происходит циклами «разгон-движение накатом-торможение». При торможении кинетическая энергия транспортного средства будет полностью потеряна, то есть в виде тепловой энергии с тормозных устройств будет рассеиваться в окружающую среду. Таким образом, становится очевидным, что использование рекуперации кинетической энергии позволит значительно повысить КПД транспортного средства. Под рекуперацией энергии понимается преобразование и накопление энергии аккумулирующим устройством в процессе торможения. В качестве накопителя энергии предлагается использовать упругий (пружинный) накопитель (Гулиа Н.В. Накопители энергии. - М.: Наука, 1980. - 150 с.). Накопленную в упругом накопителе энергию используют для уменьшения затрат мощности двигателя 1 на функционирование вентилятора 8 СО следующим образом. На режимах торможения транспортного средства или принудительного холостого хода от трансмиссии через электромагнитную муфту 15 крутящий момент передается на малую шестерню 13 с нее на большую 12, которая шпонкой жестко крепится к валу 11, к которому прикреплена одним концом, и заворачивается вокруг него спиральная ленточная пружина 10. Другим своим концом, спиральная ленточная пружина 10, жестко крепится к корпусу 9. Закручиваясь вокруг вала 11, спиральная ленточная пружина 10 аккумулирует часть кинетической энергии за счет упругой деформации. После закрутки пружины 10 на угол, соответствующий полной зарядке упругого накопителя, электромагнитную муфту 15 размыкают, а вал 11 фиксируют электромагнитным тормозом 14, который препятствует самопроизвольному разворачиванию пружины, то есть разрядке упругого накопителя.
В зависимости от показаний с датчика температуры охлаждающей жидкости 23 скорость вращения вентилятора 8 может быть организована на одной из двух возможных передач мультипликатора 3. Переключение передач производится совместным включением одной из двух электромагнитных муфт (5, 6) и размыканием другой, по сигналу, поступающему с электронного блока управления 24.
При необходимости обеспечения высокой частоты вращения вентилятора 8 СО и интенсивного охлаждения двигателя, работа мультипликатора 3 осуществляется на второй передаче. При работе на второй передаче электромагнитная муфта 6 разомкнута, а электромагнитная муфта 5 включена. В этом случае электромагнитный тормоз 14 выключают. Под действием упругих сил свернутой спиральной ленточной пружины 10 происходит вращение вала 11, которое через электромагнитную муфту 7 передается на пару шестерен первой ступени 16 и 17, далее передается на пару шестерен 18, 19 второй ступени, от нее через включенную электромагнитную муфту 5 на пару шестерен 20, 21 третей ступени и далее от выходной шестерни 21 на шестерню привода вентилятора 22 (см. фиг. 2). Три указанные ступени обеспечивают мультипликатору наименьшее передаточное число, т.е. наибольшую частоту вращения выходной шестерни 20 входящей в зацепление с шестерней привода вентилятора 21.
Работа на первой передаче мультипликатора 3, когда не требуется интенсивного охлаждения двигателя, осуществляется при включенной электромагнитной муфте 6 и разомкнутой электромагнитной муфте 5. В этом случае под действием упругих сил свернутой спиральной ленточной пружины 10 происходит вращение вала 11, которое через электромагнитную муфту 7 передается на пару шестерен 16 и 17 первой ступени и включенную электромагнитную муфту 6 передается на пару шестерен 20 и 21 третьей ступени и далее от выходной шестерни 21 на шестерню привода вентилятора 22 (см. фиг. 2). При работе на первой передаче задействовано две ступени мультипликатора (первая и третья) передаточное число которых будет в несколько раз больше общего передаточного числа мультипликатора 3.
В случае отсутствия необходимости в работе вентилятора 8 СО (при прогреве двигателя в условиях отрицательных температур окружающей среды или необходимости ускоренного прогрева двигателя) в электронном блоке управления 24 формируется сигнал на отключение вентилятора 8, при этом электромагнитные муфты 6 и 5 размыкаются, обеспечивая разрыв передачи крутящего момента от вала 11 спиральной ленточной пружины 10.
По сравнению с прототипом предлагаемая система охлаждения позволяет обеспечить повышение эффективности системы охлаждения гусеничной машины за счет улучшения надежности, уменьшения пожароопасности и снижения стоимости.