Двоступінчастий редуктор та спосіб його підключення до привідного двигуна

Реферат: Винахід належить до корабельного енергетичного устаткування. Задачею винаходу є створення простого у керуванні, надійного в експлуатації та маючого високий ККД редуктора, який може бути використаним у складі корабельного енергетичного устатковання для забезпечення стійкої без переобтяжень роботи привідного двигуна на режимах підключення до нього редуктора і трансмісії гребного гвинта шляхом послідовного увімкнення муфт редуктора. З цією метою в одній кінематичній гілці двоступінчастого редуктора разом з зубчастим колесом 2 першого ступеня і шестірні 3 другого ступеня встановлені гідравлічна 5, фрикційна 6 і роз'єднувальна зубчаста 7 муфти, при цьому насосне колесо 10 гідравлічної муфти 5 через ресори 8 і 9 з'єднане з зубчастим колесом 2 першого ступеня і з ведучими ланками фрикційної 6 і роз'єднувальної зубчастої 7 муфт, ведені ланки яких з'єднані з шестірнею 3 другого ступеня, яка також з'єднана з турбінним колесом 11 гідравлічної муфти 5. Фрикційна муфта 6 і роз'єднувальна зубчаста муфта 7 розміщені в одному корпусі. Для зрушення і початкової розкрутки другого ступеня редуктора вмикають гідравлічну муфту 5, для вирівнювання частот обертання зубчастого колеса 2 першого ступеня і шестірні 3 другого ступеня додатково вмикають фрикційну муфту 6, після повного зчеплення фрикційної муфти 6 безударно вмикають роз'єднувальну зубчасту муфту 7, після чого гідравлічну 5 і фрикційну 6 муфти вимикають. UA 115622 C2 (12) UA 115622 C2 UA 115622 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі судового машинобудування і може бути використаним у корабельному енергетичному устаткованні, а також у інших галузях машинобудування. За інформаційно-рекламними даними передових закордонних фірм у складі редукторів корабельного енергетичного устатковання для підключення редуктора і трансмісії гребного гвинта до привідного двигуна застосовують різного виду керовані муфти: гідравлічні (гідродинамічні), багатодискові фрикційні з гідравлічним керуванням, муфти самосинхронізовні типу SSS та інші. Зазначені муфти використовуються у редукторах корабельного енергетичного устатковання у різноманітних комбінаціях. Недоліком редукторів, у яких муфти гідравлічні постійно увімкнуті і передають крутний момент, є знижений ККД редуктора із-за втрат потужності в гідромуфті. Недоліком редукторів, у яких використовуються багатодискові фрикційні муфти з гідравлічним керуванням, є різке увімкнення фрикційної муфти під дією нестискної рідини (олива), яке призводить до переобтяжень та нестабільної роботи привідних двигунів під час підключення до них редукторів. Муфти самосинхронізовні типу SSS для редукторів корабельного енергетичного устатковання мають складну конструкцію, що містить запобіжні елементи, демпфери, елементи керування, а також потребують застосування додаткових пристроїв (гальма, уповільнювачі), які забезпечують увімкнення самосинхронізовної муфти типу SSS у вузькому діапазоні частоти обертання її ланок і тільки в одному заданому напрямку обертання. Як прототип для винаходу вибрано схему редукторної передачі для фрегату типу "Інхаума", що наведена у статті "Зарубежное корабельное газотурбостроение", журнал "Судостроение", 1991 p., № 4, у якій підключення редуктора до привідного двигуна (дизель) виконується за допомогою гідравлічної муфти і самосинхронізовної муфти типу SSS. Одним з недоліків згаданого редуктора та способу його підключення до привідного двигуна є знижений ККД із-за значних втрат потужності в гідравлічній муфті, яка при переданні крутного моменту від двигуна (дизеля) знаходиться в постійно увімкнутому стані. Згадана гідравлічна муфта розрахована на передання максимальної потужності двигуна та має завеликі габарити і вагу, що негативно позначається на масогабаритних показниках корабельного енергетичного устатковання. Іншим недоліком зазначеного редуктора є використання самосинхронізовної муфти типу SSS, яка має складну конструкцію і вузький діапазон частот обертання, при якому відбувається автоматичне (самосинхронізовне) увімкнення цієї муфти і тільки в одному заданому напрямку обертання. Вищезгадані недоліки обмежують застосування муфти типу SSS по її частоті і напрямку обертання при увімкненні, а відповідно, і універсальність її використання. Задачею винаходу є створення простого у керуванні, надійного в експлуатації та маючого високий ККД редуктора, який може бути використаним у складі корабельного енергетичного устатковання для забезпечення стійкої без переобтяжень роботи привідного двигуна на режимах підключення до нього редуктора і трансмісії гребного гвинта шляхом послідовного увімкнення муфт редуктора. Поставлена задача вирішується тим, що в одній кінематичній гілці редуктора разом з зубчастим колесом першого ступеня і шестірнею другого ступеня встановлені гідравлічна, фрикційна і роз'єднувальна зубчаста муфти, при цьому насосне колесо гідравлічної муфти через ресори з'єднано з зубчастим колесом першого ступеня і з ведучими ланками фрикційної і роз'єднувальної зубчастої муфт, ведені ланки яких з'єднані з шестірнею другого ступеня, яка також з'єднана з турбінним колесом гідравлічної муфти. При підключенні редуктора до привідного двигуна для зрушення та початкової розкрутки другого ступеня редуктора умикають гідравлічну муфту, для вирівнювання частот обертання зубчастого колеса першого ступеня і шестірні другого ступеня додатково умикають фрикційну муфту, після повного зчеплення фрикційної муфти безударно умикають роз'єднувальну зубчасту муфту, після чого гідравлічну і фрикційну муфти вимикають. Гідравлічна муфта завдяки повільному зростанню передаваного нею крутного моменту забезпечує стійку і без переобтяжень роботу привідного двигуна на режимі зрушення і початкової розкрутки другого ступеня редуктора. Завдяки повільному зростанню моменту тертя поміж дисками фрикційної муфти вирівнювання частот обертання її ведучих та ведених ланок відбувається повільно без різкого зчеплення, що забезпечує стійку і без переобтяжень роботу привідного двигуна. За допомогою фрикційної муфти також забезпечують безударне увімкнення роз'єднувальної зубчатої муфти за рахунок вирівнювання частот обертання її ведучих та ведених ланок. На фіг. 1 представлено кінематичну схема заявленого двоступінчастого редуктора. На фіг. 2 представлено розріз кінематичної гілки редуктора по осі зубчастого колеса першого ступеня і шестірні другого ступеня. 1 UA 115622 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Перший ступінь редуктора містить шестірню 1 і зубчасте колесо 2, другий ступінь редуктора містить шестірню 3 і зубчасте колесо 4. На одній кінематичній гілці редуктора разом з зубчастим колесом 2 і шестірнею 3 розташовані гідравлічна муфта 5, фрикційна муфта 6, роз'єднувальна зубчаста муфта 7, ресори 8 і 9. Зубчасте колесо 2 першого ступеня редуктора через ресору 8 з'єднано з насосним колесом 10 гідравлічної муфти 5, турбінне колесо 11 гідравлічної муфти 5 з'єднано з шестірнею 3 другого ступеня редуктора. Насосне колесо 10 гідравлічної муфти 5 за допомогою ресори 9 з'єднане з ведучими ланками фрикційної муфти 6 і роз'єднувальної зубчатої муфти 7. Ведені ланки фрикційної муфти 6 і роз'єднувальної зубчастої муфти 7 з'єднані з шестірнею 3 другого ступеня редуктора. Фрикційна муфта 6 і роз'єднувальна зубчаста муфта 7 розміщені в одному корпусі, що забезпечує компактність їх конструкції і зменшення масогабаритних показників. При підключенні редуктора до привідного двигуна останній зазнає переобтяження, що пов'язане з подоланням початкового крутного моменту опору і завеликих мас інерції ходової частини редуктора з приєднаними до нього елементами корабельного енергетичного устатковання. Привідний двигун з'єднаний безпосередньо з шестірнею 1 першого ступеня редуктора, яка при працюючому привідному двигуні буде обертатися. Від зубчастого колеса 2 першого ступеня обертання через ресору 8 передається на насосне колесо 10 гідравлічної муфти 5 і через ресору 9 на привідні ланки фрикційної муфти 6 і роз'єднувальної зубчастої муфти 7. При відімкнутих гідравлічній, фрикційній і роз'єднувальній зубчастій муфтах обертання на шестірню 3 і другий ступінь редуктора не передається. Для підключення редуктора до працюючого привідного двигуна спочатку подають робочу рідину в порожнину гідравлічної муфти 5, в результаті чого між насосним колесом 10 і турбінним колесом 11 встановлюється гідродинамічний зв'язок. У міру заповнення гідромуфти 5 крутний момент, що передається через робочу рідину від насосного колеса 10 до турбінного колеса 11, повільно зростає і досягає величини, при якій турбінне колесо 11, що з'єднане з шестірнею 3, зрушує і починає обертати другий ступінь редуктора з приєднаними до нього елементами корабельного енергетичного устатковання. Повільне зростання крутного моменту, що передається гідравлічною муфтою 5, дозволяє забезпечити стійку і без переобтяжень роботу привідного двигуна на режимі зрушення і початкової розкрутки другого ступеня редуктора. При цьому частота обертання шестірні 3 буде менше частоти обертання зубчастого колеса 2 із-за втрат потужності в гідравлічній муфті 5. З різною частотою будуть обертатись ведені і ведучі ланки фрикційної і роз'єднувальної зубчастої муфт, так як ведучі ланки зв'язані з зубчастим колесом 2, а ведені - з шестірнею 3. Для довготривалої роботи привідного двигуна на гребний гвинт без втрат потужності у гідромуфті умикають роз'єднувальну зубчасту муфту 7. Безударне увімкнення роз'єднувальної зубчастої муфти 7 забезпечують за рахунок вирівнювання частот обертання її ведучої та веденої ланок за допомогою фрикційної муфти 6. Робочим середовищем, що керує увімкненням фрикційної муфти 6, є стиснуте повітря, яке подають у порожнину фрикційної муфти 6, де воно стискає пакет фрикційних дисків, які почергово зв'язані з ведучою і веденою ланками муфти. При цьому відбувається повільне зростання моменту тертя між дисками фрикційної муфти 6 и синхронізація частот обертання її ланок. Вирівнювання частот обертання ведучих і ведених ланок фрикційної муфти 6 відбувається повільно, без різкого зчеплення, що забезпечує стійку і без переобтяжень роботу привідного двигуна. Увімкнення фрикційної муфти 6 є можливим виконувати у широкому діапазоні різниць частот обертання її ланок та в будь-якому напрямку їх обертання. Після повного зчеплення фрикційної муфти 6 умикають роз'єднувальну зубчасту муфту 7, тим самим замикають жорсткий механічний зв'язок між першим і другим ступенями редуктора. Після цього припиняють подавання робочої рідини у гідравлічну муфту 5 та стислого повітря у фрикційну муфту 6. Внутрішня порожнина гідравлічної муфти 5 спорожнюється, пари тертя фрикційної муфти 6 роз'єднуються і крутний момент на всіх режимах роботи привідного двигуна з першого ступеню редуктора на другий передається через ресори 8, 9 і зубчасту муфту 7, за рахунок чого забезпечується робота редуктора без втрат потужності у гідравлічній муфті 5. 55 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 60 1. Двоступінчастий редуктор, що містить зубчасті колеса, шестерні і муфти для підключення його до привідного двигуна, який відрізняється тим, що в одній кінематичній гілці редуктора разом з зубчастим колесом першого ступеня і шестірнею другого ступеня встановлені гідравлічна, фрикційна і роз'єднувальна зубчаста муфти, при цьому насосне колесо гідравлічної 2 UA 115622 C2 5 10 муфти через ресори з'єднане з зубчастим колесом першого ступеня і з ведучими ланками фрикційної і роз'єднувальної зубчастої муфт, ведені ланки яких з'єднані з шестірнею другого ступеня, яка також з'єднана з турбінним колесом гідравлічної муфти. 2. Редуктор за п. 1, який відрізняється тим, що фрикційна і роз'єднувальна зубчаста муфти розміщені в одному корпусі. 3. Спосіб підключення двоступінчастого редуктора до привідного двигуна шляхом увімкнення муфт, який відрізняється тим, що для зрушення і початкової розкрутки другого ступеня редуктора вмикають гідравлічну муфту, для вирівнювання частот обертання зубчастого колеса першого ступеня і шестірні другого ступеня додатково вмикають фрикційну муфту, після повного зчеплення фрикційної муфти безударно вмикають роз'єднувальну зубчасту муфту, після чого гідравлічну і фрикційну муфти вимикають. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3