Гідроінерційний трансформатор

1. Гідроінерційний трансформатор, що містить корпус, вхідний та вихідний вали, механізм вільного ходу, два планетарні механізми зі спільним водилом, кожний з яких включає також центральне колесо, кінематично зв'язане з вихідним валом у першому планетарному механізмі і за допомогою механізму вільного ходу з корпусом - у другому, зчеплені з центральним колесом проміжні сателіти та зчеплені з останніми неврівноважені сателіти з рідкими вантажами, які установлені на водилі співвісно парами, належними в кожній парі різним планетарним механізмам та зв'язані з концентрично встановленими зовнішнім та внутрішнім барабанами відповідно з внутрішніми лопатями у першому планетарному механізмі та зовнішніми лопатями у другому планетарному механізмі, закріплені на водилі циліндричні гільзи, кожна з яких має двоє перепускних вікон для сполучення між порожнинами зовнішнього та внутрішнього барабанів і диференціальний механізм, що включає кінематично зв'язане з вхідним валом водило з сателітами та зчеплені з останніми двоє центральних коліс, з'єднаних відповідно з центральним колесом першого планетарного механізму і спільним водилом планетарних механізмів, який відрізняється тим, що він обладнаний нагромаджувачем енергії, гідродинамічною передачею, що включає насосне та турбінне колеса, двома додатковими механізмами вільного ходу, зубчатими парами, керованим гальмом, керованою муфтою і додатковими циліндричними гільзами, при цьому за допомогою гідродинамічної передачі, двох додаткових механізмів вільного ходу, встановлених на вході і виході останньої, і зубчатих пар вхідний вал кінематично зв'язаний з нагромаджувачем енергії і водилом диференціального механізму із забезпеченням постійного механічного зв'язку між останніми, за допомогою керованої муфти та зубчатих пар центральне колесо першого планетарного механі A (54) ГІДРОІНЕРЦІЙНИЙ ТРАНСФОРМАТОР 32761 Винахід відноситься до машинобудування і може бути використаний у приводах машин, які мають велику інерційність робочих органів, переважно у приводах швидкісних наземних транспортних засобів. Найбільш близьким до винайденого за технічною суттю є гідроінерційний трансформатор, що містить корпус, вхідний та вихідний вали, механізм вільного ходу (МВХ), два планетарні механізми зі спільним водилом, кожний із яких включає також центральне колесо, кінематично зв'язане з вихідним валом у першому планетарному механізмі і за допомогою МВХ з корпусом - у другому, зчеплені з центральним колесом проміжні сателіти та зчеплені з останніми неврівноважені сателіти з рідкими вантажами, які встановлені на водилі співвісно парами, які належать в кожній парі різним планетарним механізмам та зв'язані з концентрично встановленими зовнішнім та внутрішнім барабанами відповідно з внутрішніми лопатями у першому планетарному механізмі та зовнішніми лопатями у другому планетарному механізмі, закріплені на водилі циліндричні гільзи, кожна з яких має двоє перепускних вікон, призначених для сполучення між порожнинами зовнішнього та внутрішнього барабанів, і диференціальний механізм, що включає кінематично зв'язане з вхідним валом водило з сателітами та зчеплені з останніми двоє центральних коліс, котрі з'єднані відповідно з центральним колесом першого планетарного механізму та спільним водилом планетарних механізмів (а.с. СРСР № 1441126, кл. F16Н33/14, 1987). Але відомий трансформатор не може нагромаджувати запасу кінетичної енергії, яка надходить від двигуна для зниження його потужності і забезпечення його роботи на постійній, найбільш економічній та екологічно чистій частоті обертання валу, а також не може нагромаджувати кінетичну енергію, що виділяється при гальмуванні вихідного валу з робочими органами машини для подальшого використання її при запуску машини. В основу винаходу покладене завдання вдосконалення гідроінернійного трансформатора шляхом виконання конструкційних перетворень, котрі забезпечують нагромадження кінетичної енергії, яка надходить як від двигуна, так само від вихідного валу у період його гальмування, та подальше використання нагромадженої енергії при запуску машини. Поставлене завдання вирішується тим, що запропонований трансформатор обладнаний нагромаджувачем енергії, гідродинамічною передачею, яка включає насосне та турбінне колеса, двома додатковими МВХ, зубчатими парами, керованим гальмом, керованою муфтою і додатковими циліндричними гільзами (золотниками), при цьому за допомогою гідродинамічної передачі, двох додаткових МВХ, установлених на вході і виході гідродинамічної передачі, і зубчатих пар вхідний вал кінематично зв'язаний з нагромаджувачем енергії і водилом диференціального механізму із забезпеченням постійного механічного зв'язку між останніми, за допомогою керованої муфти та зубчатих пар центральне колесо першого планетарного механізму зв'язане з насосним колесом гідродинамічної передачі, з турбінним колесом котрої зв'язане кероване гальмо, а кожна додаткова гіль за охоплює відповідну основну гільзу з можливістю кутових переміщень навколо власної осі і кінематично зв'язана з органом керування трансформатором. Згідно з винаходом, у запропонованому трансформаторі нагромаджувач енергії виконаний у вигляді маховика. Згідно з винаходом, у запропонованому трансформаторі гідродинамічна передача виконана у вигляді гідромуфти. Згідно з винаходом, перепускні вікна кожної основної гільзи розташовані діаметрально протилежно у площині, яка проходить через вісь гільзи під невеликим кутом до площини, яка проходить через осі гільзи та спільного водила у напрямку обертання барабанів відносно гільзи, а на неробочих ділянках поверхні основної і додаткової гільз виконані навколо осі канали між верхнім і нижнім перепускними вікнами. Згідно з винаходом, орган керування трансформатором виконаний у вигляді педалі керування, а кожна додаткова гільза виконана з хвостовиком, який має косі шліци, на останніх установлена відповідна каретка з можливістю осьових переміщень, котра зв'язана за допомогою важільного механізму з педаллю керування. Згідно з винаходом, у запропонованому трансформаторі кінематичний зв'язок центрального колеса першого планетарного механізму з вихідним валом виконаний за допомогою реверсивного механізму, який включає зубчату пару, проміжний вал, зубчатий механізм з паразитним колесом та двопозиційну муфту, при цьому ведуче колесо зубчатої пари з'єднане з центральним колесом, ведене колесо закріплене на проміжному валу, на котрім також установлене ведуче колесо зубчатого механізму, ведене колесо котрого установлене з можливістю обертання на вихідному валу, а двопозиційна муфта зв'язує вихідний вал відповідно з ведучим колесом зубчатої пари або веденим колесом зубчатого механізму з паразитним колесом. Застосування у гідроінерційному трансформаторі маховика, гідромуфти та засобів, що забезпечують нові кінематичні зв'язки між його ланками, дозволяє нагромаджувати на маховику кінетичну енергію, яка надходить як від двигуна, так і від вихідного валу для використання її при запуску машини, внаслідок чого зменшується потужність приводного двигуна, суттєво підвищується економічність трансформатора та покращується екологія навколишнього середовища шляхом зниження викиду в атмосферу тепла та шкідливих речовин. Суть запропонованого технічного рішення і принцип його роботи пояснюється кресленням. На фіг. 1 схематично зображений гідроінерційний трансформатор; на фіг. 2, 3, 4 показаний переріз А-А на фіг. 1 і розташування вантажів у барабанах відповідно у режимах неробочого ходу інерційного ланцюга, трансформації моменту і динамічної муфти. Гідроінерційний трансформатор містить корпус 1, розташовані в ньому вхідний 2 та вихідний 3 вали, МВХ 4, два планетарні механізми зі спільним для них водилом 5. Планетарні механізми включають відповідно центральні колеса 6 і 7, зчеплені з ними проміжні сателіти 8 і 9, що взаємодіють з 2 32761 останніми, неврівноважені сателіти 10 і 11 з рідкими вантажами 12. Центральне колесо 6 першого планетарного механізму кінематично зв'язане з вихідним валом 3, а центральне колесо 7 другого планетарного механізму за допомогою МВХ 4 зв'язане з корпусом 1. Неврівноважені сателіти установлені на водилі 5 співвісно парами, які належать у кожній парі різним планетарним механізмам. Радіуси неврівноважених сателітів 10 і 11 вибрані рівними або більшими від радіусів відповідних центральних коліс 6 і 7. Вантажна ланка кожної пари неврівноважених сателітів 10 і 11 виконана у вигляді заповненої рідким вантажем 12 герметичної камери, котра утворена концентрично установленими і зв'язаними з відповідними сателітами зовнішнім 13 та внутрішнім 14 барабанами відповідно з внутрішніми лопатями у першому планетарному механізмі та зовнішніми лопатями - у другому, призначеними для взаємодії з рідкими вантажами. Лопаті різних барабанів 13 і 14 розділені одні від одних закріпленою на водилі 5 циліндричною гільзою 15, котра має двоє перепускних вікон 16 і 17, призначених для сполучення між порожнинами зовнішнього 13 та внутрішнього 14 барабанів. Диференціальний механізм включає водило 18, кінематичне зв'язане з вхідним валом 2, сателіти 19 і призначені для взаємодії з останніми центральні колеса 20 і 21, перше із котрих зв'язане з центральним колесом 6 першого планетарного механізму, а друге - зі спільним водилом 5 планетарних механізмів. Описуваний трансформатор обладнаний нагромаджувачем енергії, виконаним у вигляді маховика 22, гідродинамічною передачею, наприклад, гідромуфтою, яка включає насосне 23 і турбінне 24 колеса, двома додатковими МВХ 25 і 26, зубчатими парами складеними колесами 27 і 28, 29 і 30, 31 і 32, 33 і 34, 35 і 36, керованим гальмом 37, керованою муфтою 38 і додатковими циліндричними гільзами 39 (золотниками), кожна із котрих призначена для дроселювання перепускного вікна 17 відповідної основної гільзи 15. При цьому за допомогою гідромуфти, двох додаткових МВХ 25 і 26, установлених на вході і виході гідромуфти, і зубчастих коліс 27 і 28, 29 і 30 вхідний вал 2 зв'язаний з маховиком 22, а за допомогою перелічених засобів і зубчастих коліс 31 і 32 - з водилом 18 диференціального механізму, що забезпечує постійний механічний зв'язок між маховиком 22 та водилом 18. За допомогою керованої муфти 38 і зубчастих коліс 33 і 34, 35 і 36 центральне колесо 6 зв'язане з насосним колесом 23 гідромуфти, з турбінним колесом 24 котрої взаємодіє кероване гальмо 37. Кожна додаткова гільза 39 охоплює відповідну основну гільзу 15 з можливістю кутових переміщень навколо власної осі і виконана з хвостовиком 40, який має косі шліци, на останніх установлена каретка 41 з косими шліцами з можливістю пружних осьових переміщень. Каретка 41 за допомогою важеля 42 зв'язана з центральною втулкою 43, установленою на спільному водилі 5 планетарних механізмів і зв'язаною за допомогою важільного механізму з педаллю 44 керування трансформатором, причому каретка 41 навантажена з боку вантажної ланки пружним елементом 45. Перепускні вікна 16 і 17 кожної основної гільзи 15 розташовані діаметрально протилежно у пло щині, яка проходить через вісь гільзи під невеликим кутом до площини, яка проходить через осі гільзи та водила 5 по ходу обертання барабанів 13 і 14 відносно гільзи 15. На неробочих ділянках поверхні основної 15 і додаткової 39 гільз виконані навколо осі відповідно широкі канали 46 і 47, які забезпечують обмін повітрям між перепускними вікнами 16 і 17 гільзи 15, без перетину повітрям рідких вантажів. Кінематичний зв'язок центрального колеса 6 першого планетарного механізму з вихідним валом 3 виконаний за допомогою реверсивного механізму, який включає зубчасту пару, складену колесами 48 і 49, проміжний вал 50, зубчастий механізм з паразитним колесом, складений колесами 51, 52, 53, та двопозиційну муфту 54. Ведуче колесо 48 зубчастої пари з'єднане з центральним колесом 6, ведене колесо 49 закріплене на проміжному валу 50, на якому також установлене ведуче колесо 51 зубчастого механізму, ведене колесо 53 котрого установлене з можливістю обертання на вихідному валу 3. Двопозиційна муфта 54 зв'язує вихідний вал 3 в одній позиції з ведучим колесом 48 зубчастої пари, а в іншій позиції з веденим колесом 53 зубчастого механізму з паразитним колесом 52. Гідроінерційний трансформатор працює наступним чином. На початку робочого дня привідним двигуном (на кресленні не показаний) підвищують частоту обертання маховика 22, нагромаджуючи на ньому визначений запас кінетичної енергії. При цьому керовані гальмо 37 та муфта 38 виключені, педаль 44 керування відпущена і зусиллям пружних елементів 45 каретки 41 переміщуються у крайні ліві положення на хвостовиках 40 додаткових гільз 39, прокручуючи останні косими шліцами в сторону повного закриття нижніх перепускних вікон 17 основних гільз 15, а вхідний вал 2 обертається на середній, найбільш економічній частоті. Обертальний момент від вхідного валу 2 на маховик 22 передається через МВХ 25, гідромуфту, МВХ 26, зубчаті колеса 27 і 28, 29 і 30, підвищуючи частоту обертання маховика 22. Одночасно через зубчаті колеса 31 і 32, водило 18 диференціального механізму і його центрального колеса 21 приводиться в рух спільне водило 5 планетарних механізмів. При наявності опору на вихідному валу 3 і включеній двопозиційній муфті 54 проміжні сателіти 8 і 9, обкочуючи відповідно центральні колеса 6 і 7, приводять у рух сателіти 10 з зовнішніми барабанами 13 і сателіти 11 з внутрішніми барабанами 14, а рідкі вантажі 12 переміщуються по колу лопатями барабанів 13 і 14 і під дією відцентрових сил перетікають через перепускні вікна 16 гільз із лопатей внутрішніх барабанів 14 на лопаті зовнішніх барабанів 13 і в зв'язку з тим, що нижні перепускні вікна 17 гільз 15 закриті додатковими гільзами 39 та вантажі не перетікають із зовнішніх барабанів 13 у внутрішні барабани 14, то вони розміщуються у зовнішніх барабанах 13 рівномірним шаром, а у внутрішніх барабанах 14 вантажі будуть відсутніми (фіг. 2). В результаті вантажами 12 на сателітах 10 і 11 дебаланси не створюються, а інерційний ланцюг трансформатора знаходиться у режимі неробочого ходу. Після нагромадження маховиком 22 запасу кінетичної енергії, коли навантаження на двигуні 3 32761 знижується, приводять у рух вихідний вал 3. Для цього інерційний ланцюг трансформатора переводять із режиму неробочого ходу у режим трансформації моменту плавним натискуванням на педаль 44 керування, переборюючи зусилля елементів 45 і переміщуючи каретки 41 по шліцах хвостовиків 40 і повертаючи додаткові гільзи 39 у напрямку відкриття нижніх перепускних вікон 17 основних гільз 15. Рідкі вантажі 12 під дією відцентрових сил починають перетікати через перепускні вікна 16 і 17 із лопатей одних барабанів у лопаті інших під час проходження ними нижніх та верхніх положень власної траєкторії руху, а повітря, витіснене із заповнюючих вантажем міжлопатевих порожнин у внутрішньому барабані 14, переміщується в міжлопатеві порожнини цього ж барабану, що звільнюються від вантажів, із нижнього 17 у верхнє 16 перепускне вікно по каналах 46, виконаних на внутрішній неробочій ділянці поверхні основної гільзи 15, і у зовнішньому барабані 13 із верхнього 16 у нижнє 17 вікно по каналах 47, виконаних у додатковій гільзі 39, не перетинаючи потоків рідких вантажів і не створюючи вихорів, які гальмують вантажі. При цьому вантажі, які перебувають на лопатях зовнішніх 13 та внутрішніх 14 барабанів, створюють дебаланси відповідно на неврівноважених сателітах 10 і 11 (фіг. 3), котрими формуються на центральному колесі 6 першого планетарного механізму позитивний обертальний момент, що передається через реверсивний механізм на вихідний вал 3, а на центральному колесі 7 другого планетарного механізму негативний реактивний момент, який сприймається корпусом 1 за допомогою МВХ 4. Причому позитивний обертальний момент, який формується дебалансами сателітів 10 на центральному колесі 6 підсумовується з моментом, який надходить на колесо 6 по механічному ланцюгу від центрального колеса 20 диференціального механізму. Переміщення педалі 44 керування для регулювання обертального моменту на вихідному валу 3 викликаються змінами на ньому величини навантаження, що створюється робочими органами машини (не показані). Коли підвищується навантаження на вихідному валу, тоді натискають на педаль 44, провертаючи додаткові гільзи 39 в напрямку відкриття перепускних вікон 17 для збільшення дебалансів на сателітах 10 і 11, а при зниженні навантаження педаль 44 відпускають, прикриваючи нижні вікна 17 гільз для зменшення дебалансів на сателітах. При наявності великого навантаження на вихідному валу 3 водилом 18 диференціального механізму використовується енергія, яка надходить як від двигуна, так і від маховика 22. При малих навантаженнях на вихідному валу 3 водилом 18 використовується енергія, котра створюється двигуном, а при наявності лишків енергії двигуна вона нагромаджується на маховику 22. Оскільки у приводах машин великі навантаження на вихідному валу 3 трансформатора спостерігаються не більш ніж 20% їхнього строку служби, то запропонований гідроінерційний трансформатор дозволяє застосувати у машині, наприклад, у транспортному засобі, двигун з потужністю, у 2-3 рази меншою, і відповідно меншою масою та забезпечити його режим роботи на постійній най більш економічній частоті обертання валу і відповідно зменшити викид в атмосферу з відпрацьованими газами токсичних речовин. Коли при натисненій педалі 44 швидкість обертання вихідного валу 3, підвищившись, зрівнюється зі швидкістю спільного водила 5 і трансформатор переходить у режим динамічної муфти, тоді зовнішні барабани 13 відносно гільз зупиняються, циркуляція вантажів між барабанами припиняється, а вантажі у внутрішніх барабанах 14 (фіг. 4) знаходяться у верхньому положенні і дія негативного моменту на центральному колесі 7 припиняється і останнє під дією сил тертя між барабанами 14 і гільзами 15 відключається від корпусу за допомогою МВХ 4. В результаті внутрішні барабани 14 також припиняють обертання відносно гільз, зупиняючи перелопачення і розігрів вантажів, чим знижуються втрати потужності, що передається, в режимі муфти. Коли трансформатор переходить із режиму динамічної муфти у режим трансформації моменту,тоді для початку дії негативного реактивного моменту на центральному колесі 7 та бистрому заклинюванню МВХ 4 сприяє обумовлене розташування перепускних вікон основних гільз 15. При включеній двопозиційної муфти 54 у першу позицію, як це показано на фіг. 1, вихідний вал 3 обертається у сторону, яка збігається з напрямком обертання вхідного валу 2, а при включеній муфті 54 у другу позицію вихідний вал буде обертатися у протилежну сторону відносно вхідного валу завдяки наявності у кінематичному ланцюгу зубчатого механізму з паразитним колесом 52. Для гальмування вихідного валу 3 з робочими органами машини спочатку включають муфту 38, яка установлює гідромеханічний зв'язок між вихідним валом 3 та маховиком 22, а потім плавно відпускають педаль 44 керування, підвищуючи інтенсивність гальмування. При цьому обертальний момент, створений інерційністю робочих органів машини, передається від вихідного валу 3 через реверсивний механізм, муфту 38, зубчасті колеса 33 і 34, 35 і 36, гідромуфту, МВХ 26, зубчасті колеса 27 і 28, 29 і 30 на маховик 22. Під дією обертального моменту маховик 22 підвищує оберти та нагромаджує кінетичну енергію. Водночас моментом опору, що діє на насосному колесі 23 гідромуфти, створюється на вихідному валу 3 гальмовий момент. Якщо при гальмуванні потрібна зупинка вихідного валу, то після повного відпускання педалі 44 і помітного зниження обертів валу 3 муфту 38 виключають, а подальше гальмування продовжують за допомогою робочого гальма машини (не показане). У процесі гальмування вихідного валу 3 за допомогою маховика вхідний вал 2 роз'єднується з насосним колесом 23 гідромуфти за допомогою МВХ 25. Якщо при гальмуванні вихідного валу 3 за допомогою маховика 22 потрібно підтримувати визначену швидкість робочих органів машини, наприклад, швидкість транспортного засобу на схилах доріг, тоді величину гальмового моменту регулюють змінами положення педалі 44. Якщо натискують на педаль 44, то гальмовий момент на вихідному валу 3 зменшується, і, навпаки, якщо відпускають педаль - збільшується. 4 32761 Коли у період гальмування вихідного валу 3 в умовах руху транспортного засобу на довгих схилах доріг оберти маховика 22 підвищуються до максимальних і ефективність гальмування значно знижується, тоді включають гальмо 37, зупиняючи турбінне колесо 24 гідромуфти, внаслідок чого розгін маховика припиняється, зубчате колесо 27 і турбінне колесо 24 за допомогою МВХ 26 роз'єднуються, а гідромуфта переходить у режим гідрогальма, яке забезпечує подальше гальмування вихідного валу. Нагромаджена маховиком 22 у процесі гальмування вихідного валу 3 кінетична енергія у післягальмуючий період витрачається на надання руху машини без використання енергії двигуна, тим самим підвищується економічність гідроінерційного трансформатора (на 40-50%) і знижується викид в атмосферу тепла та шкідливих речовин, що погіршують екологію навколишнього середовища. Таке виконання гідроінерційного трансформатора дозволяє зменшити потужність приводного двигуна машини, значно підвищити економічність трансформатора та суттєво покращити екологію навколишнього середовища за рахунок застосування нагромаджувана енергії та засобів для нових кінематичних зв'язків між його ланками. Фіг. 1 Фіг. 2 Фіг. 3 Фіг. 4 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5