Гидромеханическая многоконтурная передача прямого хода транспортного средства с газотурбинным двигателем

Гидромеханическая многоконтурная передача прямого хода транспортного средства с газотурбинным двигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

Союз Советскмн

Соцмалмстмческм1

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63 ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 080580 (23) 2922022/27-11 с присоединением заявки 3Е (23) Приоритет

Опубликовано 23. 07. 82. бюллетень М 27

Дата опубликования описания 23 . 07 . 82 (5I)M. Кл.

В 60 К 17/10

ФЬеударстекнны33 квинтет

СССР

II0 аелам нзебретеннй н еткрытнй (53) УД К 629. 11 3"

585(088.87" (72) Автор изобретения

В.А.Левин (73) Заявитель (54) ГИЛРОИЕХАНИЧЕСКАЯ ИНОГОКОНТУРНАЯ ПЕРЕДАЧА

ПРЯНОГО ХОДА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

С ГАЗОТУРБИННЫп ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к гидромеханическим трансмиссиям, преимущест. венно тяжелых транспортных средств высокой проходимости с -газотурбинным двигателем, и может быть использовано для непрерывного монотонного плавного 5 автоматического регулирования прямого хода машины в рабочем силовом диапазоне, заданном действующим стандартом.

Известна непрерывная одноконтурная

10 гидромеханическая передача с внутренним разветвлением силового потока в гидротрансформаторе на низшей ступени путем противовращения его реактора от его турбинного колеса через

15 планетарный ряд с неподвижным водилом и неразветвленным силовым потоком в гидротрансформаторе на высшей ступени за счет остановки его реактора. Переключение указанных кинематических связей реактора осуществляется с помощью управляемых дискретно фрикционов.

Такая передача, в сравнении с пе. редачами на гидротрансформаторе с неуправляемым реактором и с иными схемами подключения управляемого реактора, обладает наибольшим рабочим силовым диапазоном непрерывного регулирования, который при КПД не ниже 0,8 достигает значениясь0,8 =4,0 Я11.1

Однако недостаточнал прозрачность не позволяет использовать передачу в трансмиссии для газотурбинного двигателя.

Известна также гидромеханическая многоконтурная передача прямого хода транспортного средства с газотурбинным двигателем, содержащая два планетарных ряда и гидротрансформатор, насосное колесо которого через входной вал .передачи, зубчатый редуктор с передаточным отношением л г1

Г 1Г1

3- и т ц

944954 с где о1г

S c

S г де S и S ..Э

3/4 (2) 3/4

- производная скоростного передаточного от" ношения второй ступени передачи по скоростно4 му передаточному отноношению гидротрансфор». л ма тора; и 1 - соответственно скоростное передаточное отно» шение и коэффициент о трансформации гидро трансформатора на пер.вой ступени и при переключении первой и второй ступени передачи;

- наименьшее значение

КПД передачи на проме жуточных ступенях, определяемое заданнйм оценочным значением !(ПД 2о рабочего силового диапазона регулирования транспортной гидромеха-, нической передачи по ! действующему стандарту> 25 и соответствующие односторонние муфты свободного хода соединено с выходным валом и одной из соосных шестерней первого планетарного ряда, води" ло которого соединено с выходным ва- зо лом передачи, турбинное колесо гидротрансформатора через зубчатый редуктор соединено соответственно с другой соосной шестерней первого планетарного ряда, через одностороннюю муфту свободного хода - с выходным валом передачи, а также кинематически связано.:с одной из соосных шестерней коронной шестерней второго планетарного ряда, и систему управления, 4в причем реактор гидротрансформатора соединен через две муфты свободного хода с корпусом передачи.

В этой передаче второй .планетарный ряд используется как суммирующий 4 дифференциальный механизм третьей основной ступени передачи. Поэтому он установлен соосно с выходным валом передачи, соединен водилом с выходным валом передачи, коронной шестерней через отдельный зубчатый редуктор и одностороннюю муфту свобод" ного хода - с ее входным валом, и солнечной шестерней через общий зубчатый редуктор вместе с солнечной шестерней первого планетарного ряда ,рторой ступени передачи кинематически связан с турбинным колесом гидротранс" форматора 32).

Недостатком известной передачи является достаточный силовой диапазон непрерывного автоматического регулирования.

Цель изобретения - повышение верхнего предела силового диапазона непрерывного автоматического регулирования собственно передачи до наибольших значений без изменения числа ее ступеней и силовых элементов.

Поставленная цель достигается тем, что, упомянутая муфта свободного хода между реактором гидротрансформатора и корпусом передачи выполнена реверсивной. упомянутый второй планетарный ряд установлен соосно с вывходным валом передачи и своей коронной шестерней непосредственно соединен с турбинным колесом гидротрансформатора, своим водилом - с корпусом передач и и своей солнечной шестерней через вторую реверсивную муфту свободного хода — с реактором гидротрансформатора, при этом система управления выполнена в виде двухпозиционнь|х гидрораспределителей, посредством которых обе управляющие полости каждой из укаэанных реверсивных муфт свободного хода сообщены с источником давления рабочей жидкости датчиков частоты вращения входного и выходных валов передачи, входы которых сообщены с источником давления рабочей жидкости, а выходы - с противоположными и управляющими полостями поступательного гидропреобразователя, выполненного с.отношением

- рабочие площади поперечного сечения управляющих полостей, сообщенных с выходами датчиков частоты вращения соответственно входного и выходного валов передачи;

- номинальное (без учета .трения поршней. гидропреобраэователя) скоростное передаточное отношение передачи при автомати" ческом переключении ее третьей и четвертой ступеней, 944954 шток которого соединен с гидрораспределителем для управления последним, причем передаточные отношения упомянутых зубчатых редукторов и планетарных рядов передачи выполнены так, чтобы каноническая координата 11„ переключения первой и второй ступеней передачи удовлетворяла условию

10 (3) - производная коэффициента трансформации гидро15 трансформатора по его скоростному передаточному отношению в точке автоматического переклечения I/2 первой и второй основных ступеней передачи;

- наибольшее текущее значение указанной производной в точке переги25 ба функции j (i<) при противовращении турбинного колеса гидротрансформатора с управляемым от этого колеса реактором.

der !1г

Предлагаемые изменения кинематических связей передачи и функционального использования второго планетарного ряда создают в передаче

35 на первой, второй и третьей основных . ступенях внешне-внутреннее разветвление силовых потоков.

Предлагаемая схема автоматического привода обеспечивает (без пробуксов- 4О ки фрикционных элементов) на четвертой основной ступени неразветвленный силовой поток, тем самым, в совокупности всех ступеней при прежнем их числе и количестве силовых элементов, - повышение (при ооотношении (3) до максимума диапазона д 0,8 собственно передачи, а с учетом сохранения ее неограниченной прозрачности - наибольшее значение общего диал 50 пазона 3 0,08 в совмещении передачи с газотурбинным двигателем. Вместе с тем, блокирующий зубчатый редуктор первой ступени передачи с передаточным отношением по соотно шениям (1) и (3) предотвращает неустойчивый режим гидротрансформатора с принудительно вращаемым реактором от турбинного колеса в зоне противовращения последнего по отношению к насосному колесу.

На фиг. 1 показана кинематическая схема предлагаемой передачи с системой управления; на фиг. 2 - система управления в одном ее рабочем положении; на фиг. 3 — каноническая характеристика передачи; на фиг. 4 и 5 - сравнительные характеристики совмещения предлагаемой и известных соответственно (1) и (2) передач с одноступенчатым газотурбинным двигателем, а также их сравнительные тягово-экономические характеристики в указанном совмещении, на фиг. 6сравнительные значения диапазонов о 0,8 этих передач, общих диапазонов d 0,08 в.их совмещении с одноступенчатым и двухступенчатым газотурбинными двигателями, а также зависимость указанных диапазонов предлагаемой передачи от величины произв (а1, Г1 воднои:: при выполнении и наруj 8" г.! шении предлагаемого соотношения (Я).

Предлагаемая передача (фиг. 1) содержит входной- вал 1, гидротрансформатор с насосным 2 и турбинным 3 колесами и реактором 4, планетарные ряды 5 и 6, общий зубчатый редуктор

7, зубчатые редукторы 8 и 9, односторонние муфты 10-12 свободного хода реверсивные муфты 13 и 14 свобод1 ного хода с системой 15 управления и выходной вал 16. Входной вал 1 передачи соединен с насосным колесом 2 гидоотрансформатора и с общим зубчатым редуктором 7, который через зубчатый редуктор 8 и одностороннюю муфту 10 свободного хода кинематически связан с выходным валом 16 передачи, а также через одностороннюю муфту 11 свободного хода - с коронной шестерней планетарного ряда 5, водило которого соединено с выходным валом 16 передачи. Турбинное колесо 3 гидротрансформатора через зубчатый редуктор 9 соединено непосредственно с солнечной шестерней планетарного ряда 5, последовательно через одностороннюю муфту 12 свободного хода кинематически связано с выходным валом 16 передачи, а также непосред" ственно соединено с коронной шестер" ней соосного с входным валом 1 планетарного ряда 6. Водило последнего соединено с корпусом 17 передачи, а

7: . 9449 солнечная шестерня через реверсивную муфту 13 свободного хода кинематически связана с реактором 4 гидротрансформатора и через реверсивную муфту 14 свободного хода - с корпусом

17 передачи.

Ивтоматический привод 15 реверсивных муфт 13 и 14 свободного хода содержит гидравлические, например центробежные, датчики 18 и 19 часто- 1î ты вращения входного вала 1 передачи и выходного вала 16 передачи, гид" равлически сообщенный с ними своими противоположными управляющими по-, лостями соответственно 20 и 21 посту- 1$ пательный гидропреобразователь 22 с поршнями 23 и 24 и штоком 25, соединенный с этим штоком трехлинейный двухпозиционный гидрораспределитель

26, и источник давления рабочей жид-. рв кости в виде нагоса 27 привода, напорная магистраль которого гидравлически сообщена с входами датчиков

18 и 19 и гидрораспределителя 26, сообщенного своим выходом 28 с обеимид управляющими полостями реверсивной муфты 13 свободного хода и своим выходом 29 с обеими управляющими полостями реверсивной муфты 74 свободного хода. 30

Поршни 23 и 24 и шток гидропре" образователя 22 выполнены так, чтобы создавать отношение рабочих площа" дей Б и Б поперечного сечения его управляющих полостей 20 и 21

3$

1 S P gg „i f

Б3с Р18 и0 1.

1 где 1- +и 1 + - номинальное (без учета трения поршней 23 и 24 и штока

25 о гильзу гидропреобразователя 22) значение скоростных

i передаточных отно-! шений соответствен" но гидротрансформатора и передачи при переключении третьей и четвертой ступеней (фиг. 3);

Р„9 и P 8 - сигналы давления рабочей жидкости на выходе датчиков

19 и 18 частоты вращения ы„„выходного и щ1 входного валов передачи при

54 8. указанном переклю

;чении ступеней;

" передаточное отношение зубчатого редуктора 9 (фиг.1).

Поэтому привод 15 отрегулирован на переключение третьей и четвертой ступеней передачи в функции от скоростного передаточного отношения i< гидротрансформатора, т.е. того же аргумента, по которому в схеме осуществляется автоматическое переключение всех остальных ступеней передачи. Тем самым обеспечивается непрерывность и монотонность автоматического регулирования передачи в целом при нагрузке двигателя по любой подаче топлива (как на внешней, так и на частичных скоростных характеристиках).

Дпя сохранения стабильности указанного регулирования при граничном условии г . 1гЗ/4 каналы 30 и 31 слива в корпусе гидропреобразователя

22 (фиг. 1) размещены на начальных участках перемещения его поршней

23 и 24, что для последних создает только статически устойчивые крайние положения А и Б и теи самым исключает автоколебания привода 15.

Конструктивное соотношение (2) привода 15 создает каноническую характеристику гидрЧ1трансформатора (фиг. 3) и обеспечивает следующие два устойчивых состояния системы (фиг, 1).

ПРи i г < 1г 4 поРшни 23 и 24 гидропреобразователя 22 и соединен ный с ними золотник гиаоооаспоеделителя 26 занимают положение A (фиг.2)

Теи самым поддерживается давление рабочей жидкости в обеих управляющих полостях реверсивной муфты 14 свободного хода, которая двухсторонне расклинена, и отсутствует давление рабочей жидкости в обеих управляющих полостях реверсивной муфты 13 свободного хода, которая под дейст,вием своих пружин двухсторонне заклинена. Реактор 4 гидротрансформа-, тора через планетарный ряд 6 с неподвижныи относительно корпуса 17 передачи водилом получает противовращение от турбинного колеса 3. Силовой поток насосного колеса 2 в гидротоансфориаторе разветвляется на силовые потоки через турбинное колесо 3 и через реактор 4, которые суммируются на ведущей шестерне зубчатого редук1

"(пти;и

Ф пеак (9) Мг1 лирование .крутящего момента двига" теля с односторонним направлением силового потока от него к движению и автоматическим режимом обгона, который обеспечивает движение машины накатом при соответствующих динамических условиях без волевых действий Ь водителя..

Синтез передачи ведут нв основе экспериментальной канонической хаРактеРистики 1 (1г1 гидРотРансфоРма- тора, которая на третьей и четвертой ступенях совпадает с канонической характеристикой 1(.1r) передачи.

Номинальное (без учета трения поршней 23 и 24 гидропреобразователя

22) скоростное передаточное отноше- ние 1г ц гидротрансформатора при переключении третьей и четвертой ступеней передачи определяется экспериментально из условия неразрывности его КПД 1 г (1г 1) при вращении и остановке реактора 4 через планетар" ный ряд 6 с модулем с6 . В реально созданных для таких режимов конструкциях гидротрансформаторов значения этих параметров находятся в пределах 1г / = 0,35-0,40 и М6 =

= 2,3-2,7 (в рассматриваемом примере принято4г,1= 0,40 и kg = 2,5).

Канонические координаты остальных точек переключения ступеней определяют из условия создания наивысшего рабочего силового диапазона непрерывного регулирования собственно передачи, например 08, при

КПД не ниже 1„ „= 0,8, а именно: координату переключения первой и второй ступеней iä" по предлагае" мому соотношению (3) в точке перел .х гиба функции 1г(1г), а не ее максимума 1 Г (i " ) (фиг. 6), что, в отличие от условия. максимума Д0

1 для известной (2 ) схемы "кс", в йрвдлагаемой схеме обеспечивает этот максимум и по аналогии с ней однозначно бпределяет каноническую координату Стоповой точки второй ступени передачи

- координату переключения второй и третьей ступеней пт и (5) газ = o 1 гИЗ

Структура передачи определяеткоординаты стоповых точек первой сту4954 12 пени, заблокированной зубчатыми редукторами 7,8 81=<9,а также третьей и четвертой однопоточных ступеней

ИЪ И4 0 ., %

Ю Вычисленные координаты определяют значение наибольшего КПД передачи на промежуточной второй/третьей ступени

1Г !ь+ Xq- (6) (ф япк1х y g + N и, тем. самым,"- значение производной при переключении смежных основных ступеней

Автоматическое переключение стубеней передачи в указанных канонических параметрах обеспечивается надлежащим однозначным выбором модуля планетарного ряда 5 (8) и неоднозначным выбором передаточных отношений зубчатых редукторов 7-9 по системе уравнений

IP y 1РВ= I сЪ

1Р1 1 фз % " который осуществляют в соответствии с выбором максимального скоростного передаточного отношения передачи на четвертой ступени

40 pg= 1п ах (i 0) предельно допустимыми значениями передаточных отношений в одной паре каждого зубчатого редуктора 7-9 и конструктивным соотношением (2)гидропреобразователя 22.

Так, для гидротрансформатора с приведенной на фиг. 3 канонической характеристикой канонические параметры передачи имеют значения i p= 0;

i1-qg= 0,2; 1гу = 0,4; и.1 — — co;

И = 0,4; И = 0; (, 1 = 0,9231,ко,.торые обеспечиваются конструктивными параметрами схемы: Kr = 2,0010; 1р.1=

0,2500; ipse; — 0,5962; ipse= 1,1183;

Q/Sp = 0,2000, указанные канонические и конструктивные параметры предлагаемой передачи позволяют создать наибольший в сравнении с иными значениями парамет44954 14 сить одновременно общий рабочий силовой диапазонЯО ра 91,4Ô и при одинаковом средйем КПД !1 - среднюю удельную силу тяги по двигателю f на 24 23 (фиг, 4); осуществить непрерывное регулирование прямого хода в диапазонах: с одноступенчатым газотурбинным двигателемИ = 22,5 и с двухступенчатым газотурбинным

10 двигателемЯооу= l"6,5 которые соответственно s 1,88-2,25 и в 3,88-4,65 раз превышают минимальные требования действующего стандарта и дискретным гидромеханическим передачам тяжелых

И транспортных средств высокой проходимости, тем самым существенно приближают закон регулирования к идеальному по гиперболе и на этой основе повышают тягово-.динамические

20 и экономические показатели транс" миссии указанных обьектов; создать эти преимущества при одинаковом числе основных ступеней и силовых элементов передачи (см. табл.) по

2S сравнению с известной передачей.

Передачи

Основные ступени и силовые

ПредлагаеИзвестная мая элементы передач

Валы передачи

Гидротрансформаторы

Планетарные ряды

Несоосных зубчатых пар

Муфт свободного хода+

4-5 .

5-6" В том числе муфт свободного хода реактора гидротрансформатора;

" При четырехколесном комплексном гидротрансформаторе, для которого рассчитана известная контрольная схема, Формула изобретения

13 9 ра il- рабочий силовой диапазон ее непрерывного регулирования 3 8=

= 7,5О44 (фиг. 6); повысить этот .диапазон в сравнении с наибольшими его значениями для известных (1) и (2) передач соответственно на

87,6ь и на 91,43; увеличить скоростной диапазон совмещения 4 передачи с одноступенчатым газотурбинным двигателем в сравнении с диапазоном совмещения 9< известной передачи (1)в 6,25 раз (фиг. 5), при этом по аналогии с известной передачей (2) сохранить с ним полное совмещение ч =W<<= 1 (фиг. 4); по сравнению с известной передачей (1) на основе указанного Существенно более, полного совмещения повысить одновременно общий рабочий силовой диапазонс311,ge на 325,9, средний КПД на 21,4> и среднюю удельную силу тяги по двигателю fq íà 29,6Ô (фиг. 5); по сравнению с известной передачей (2 ) на основе одинаково полного. указанного совмещения повыГидромеханическая многоконтурная передача прямого хода транспортного средства с газотурбинным двигателем, содержащая два планетарных ряда и гидротрансформатор, насосное колесо которого через входной вал передачи, зубчатый редуктор с передаточным от" ношением

$5 а, I

1 « —. а Г 1 1

О г Г1

-1

1 0 m111

944954

dill где r передаточного отношения второй ступени передачи по скоростному переда5 точному отношению гидротрансформатора;

i иФ - соответственно скоростг1 г ное передаточное отношеННе H коэффициент тран» 10 сформации гидротрансформатора на первой ступени и при переключении первой и.второй ступеней с выходным валом передачи, турбинное колесо гидротрансформатора через зубчатый редуктор соединено соответ ственно с другой из соосных шестерней

- производная скоростного передачи;

-,наименьшее значение КПД передачи на промежуточ-, ных ступенях, определяемое заданным оценочным значением КПД рабочего, силового диапазона регулирования транспортной гидромеханической передачи по действующему стандарту; и соответствующие односторонние муф" ты свободного хода соединено с выходным валом передачи и с одной из соосных шестерней первого планетарного ряда, водило которого соединено первого планетарного ряда, через одностороннюю муфту свободного ходас выходным валом передачи, а также кинематически связано с одной из соосных шестерней второго планетар" ного ряда, через муфту свободного хода с корпусом передачи, о т л и " ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения верхнего предела рабочего силового диапазона непрерывного автоматического регулирования собст" венно передачи до наибольших значений без изменения числа ее ступеней и силовых элементов упомянутая муфта овободного хода между реактором гидротрансформатора и корпусом передачи выполнена реверсивной, упомянутый второй планетарный ряд установлен соосно с входным валом передачи и своей коронной шестерней непосредственно соединен с турбинным колесом гидротрансформатора, своим водилом - с корпусом передачи и своей солнечной шестерней через вторую реверсивную муфту свободного хода " с реактором гидротрансформа35

$S где

dip

Kdx, 1г

d1rq

cfog

d art

- производная коэффициента трансформации гидротрансформатора по

его скоростному передаточному отношению в указанной точке переключения; тора, при этом система управления выполнена в виде двухпозиционных гидрораспределителей, посредством которых обе управляющие полости каждой из реверсивных муфт свободного хода сообщены с источником давления рабочей жидкости, датчиков частоты вращения входного и выходного валов передачи, входы которых сообщены с источником давления рабочей жидкости, а выходы - с противоположными управляющими полостями поступательного гидропреобразователя, выполненного с соотношением

Я Я

3/4 где и 3 — рабочие площади поперечного сечения управляющих полостей, сообщенных с выходами датчиков частоты вращения соответственно входного и выходного валов передачи;

i> + - номинальное (без учета трения поршней гидропреобразователя) скоростное передаточное отношение передачи при автоматическом переключении ее третьей ступени с вращающимся реактором и четвертой ступени с неподвижным реактором. гидротрансформатора; шток которого соединен с гидрораспределителем для управления последним, причем передаточные отношения упомянутых планетарных рядов и зубчатых редукторов передачи выполнены так, чтобы каноническая координата переключения первой и второй ступеней передачи удовлетворяла условию

944954

17

cli

r — наибольшее текущее

«ВъФ значение этой произ31г водной в точке перегиба функции г(ir) при противовращении турбинного колеса гидротрансформатора с управ ляемым от этого колеса его реактором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

"арбут A.H., Гидротрансформаторы. М., Машиностроение, 1966, с. 143-146, рис. 64 б,(63 б).

2. Авторское свидетельство CCCP по заявке Н 2817176/11, кл. В 60 К 17/10 1979 (прототип1..