Гідроінерційний трансформатор

1. Гідроінерційний трансформатор, що містить корпус, вхідний та вихідний вали, дві муфти вільного ходу, два планетарні механізми зі спільним водилом, кожний із яких включає також центральне колесо, кінематичне зв'язане з вихідним валом та за допомогою першої муфти вільного ходу з водилом у першому планетарному механізмі і за допомогою другої муфти вільного ходу з корпусом - у другому планетарному механізмі, зчеплені з центральним колесом проміжні сателіти і призначені для взаємодії 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 установленими зовнішнім та внутрішнім барабанами відповідно з внутрішніми лопатками у першому планетарному механізмі та зовнішніми лопатками у другому планетарному механізмі для взаємодії з рідкими вантажами, закріплені на водилі циліндричні гільзи, кожна із яких має двоє перепускних вікон, призначених для сполучення між порожнинами зовнішнього та внутрішнього барабанів, і диференціальний механізм, що включає 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 пла A (54) ГІДРОІНЕРЦІЙНИЙ ТРАНСФОРМАТОР 32708 шніми лопатками у другому планетарному механізмі для взаємодії з рідкими вантажами, закріплені на водилі циліндричні гільзи, котрі мають кожна двоє перепускних вікон, призначених для сполучення між порожнинами зовнішнього та внутрішнього барабанів, і диференціальний механізм, що включає зв'язане з вхідним валом водило з сателітами та призначеними для взаємодії з ними двоє центральних коліс, з'єднаних відповідно з центральним колесом першого планетарного механізму і спільним водилом планетарних механізмів, при цьому радіуси неврівноважених сателітів вибрані рівними або більшими від радіусів відповідних центральних коліс планетарних механізмів, перепускні вікна кожної гільзи розташовані діаметрально протилежно в площині, яка проходить через вісь гільзи під невеликим кутом до площини, що проходить через осі гільзи і водила по ходу обертання барабанів відносно гільзи, а на неробочих ділянках поверхні кожної гільзи виконані, навколо осі широкі канали, призначені для обміну повітрям між її перепускними вікнами (а. с. СРСР № 1441126, кл. Р16Н 33/14, 1987). Але відомий трансформатор не може нагромаджувати запасу кінетичної енергії, яка надходить від двигуна для зниження його потужності, а також не може акумулювати кінетичну енергію, що подавляється при гальмуванні вихідного валу з робочими органами машини, для подальшого її використання у приводі машини. У відомому трансформаторі гальмування вихідного валу здійснюється за допомогою приводного двигуна або робочого гальма машини, в яких кінетична енергія в період зниження обертів вихідного валу перетворюється в теплову енергію з передачею її у навколишнє середовище. При цьому двигун і робоче гальмо, окрім тепла, викидають в атмосферу шкідливі речовини, погіршуючи екологію навколишнього середовища. В основу винаходу покладене завдання удосконалення гідроінерційного трансформатора шляхом виконання конструкційних перетворень, що забезпечують акумулювання кінетичної енергії, яка надходить як від двигуна, так і від вихідного валу в період його гальмування, і подальше її використання у приводі машини. Поставлене завдання вирішується тим, що запропонований гідроінерційний трансформатор, оснащений акумулятором кінетичної енергії, наприклад, маховиком, гідродинамічною передачею, наприклад, гідромуфтою, що включає насосне та турбінне колеса, зубчатими парами та двома керованими муфтами, при цьому маховик кінематично зв'язаний з вхідним валом за допомогою гідромеханічного та механічного ланцюгів, перший із котрих включає першу керовану муфту, гідромуфту і зубчаті пари, а другий - зубчаті пари і другу керовану муфту. Застосування у гідроінерційному трансформаторі маховика, гідромуфти і засобів, забезпечуючих нові кінематичні зв'язки між його ланками, дозволяє акумулювати на маховику кінетичну енергію, яка надходить як від двигуна, так і від вихідного валу в період його гальмування, для повторного її використання у приводі машини, внаслідок чого суттєво підвищується економічність трансформа тора та покращується екологія навколишнього середовища. Суть запропонованого технічного рішення та принцип його роботи пояснюється кресленням. На фіг. 1 схематично зображений гідроінерційний трансформатор;, на фіг. 2 і 3 - показаний перетин А-А на фіг. 1 та розташування вантажів у барабанах відповідно в режимах трансформації моменту і динамічної муфти. Гідроінерційний трансформатор утримує корпус 1, розташовані в ньому вхідний 2 та вихідний 3 вали, два механізми вільного ходу (МВХ) 4 і 5, два планетарні механізми зі спільним водилом 6, які включають відповідно центральні колеса 7 і 8, зчеплені з ними проміжні сателіти 9 і 10, взаємодіючі з останніми неврівноважені сателіти 11 і 12 з рідкими вантажами 13. Центральне колесо 7 першого планетарного механізму за допомогою реверсивного механізму і МВХ 4 зв'язане відповідно з вихідним валом 3 і водилом 6, а центральне колесо 8 другого планетарного механізму за допомогою МВХ 5 зв'язане з корпусом 1. Неврівноважені сателіти 11, 12 установлені на водилі 6 співвісно парами, які належать в кожній парі різним планетарним механізмам. Радіуси неврівноважених сателітів 11, 12 вибрані рівними або більшими від радіусів відповідних центральних коліс 7, 8. Вантажна ланка кожної пари неврівноважених сателітів 11, 12 виконана у вигляді заповненої рідким вантажем 1З герметичної камери, котра утворена коаксиально установленими і зв'язаними з відповідними сателітами зовнішнім 14 та внутрішнім 15 барабанами відповідно з внутрішніми лопатками у першому планетарному механізмі та зовнішніми лопатками у другому, призначеними для взаємодії з рідкими вантажами. Лопатки різних барабанів 14 і 15 розділені одні від інших закріпленою на водилі 6 циліндричною гільзою 16, яка має двоє перепускних вікон 17 і 18, що призначені для сполучення між порожнинами зовнішнього 14 та внутрішнього 15 барабанів і розташовані діаметрально протилежно в площині, яка проходить через вісь гільзи 16 під невеликим кутом α до площини, що проходить через осі гільзи 16 та водила 6 по ходу обертання барабанів відносно гільзи. На неробочих ділянках поверхні гільзи 16 виконані навколо осі широкі канали 19 і 20, за допомогою яких здійснюється обмін повітрям між перепускними вікнами 17 і 18 гільзи, не перетинаючи потоків рідких вантажів. Диференціальний механізм включає водило 21, зв'язане з вхідним валом 2, сателіти 22 і призначені для взаємодії з останніми центральні колеса 23 і 24, перше із котрих зв'язане з центральним колесом 7 першого планетарного механізму, а друге - зі спільним водилом 6 планетарних механізмів. Реверсивний механізм, що зв'язує центральне колесо 7 з вихідним валом 3, виконаний за допомогою зубчатої пари, складеної колесами 25 і 26, проміжного валу 27, зубчатого механізму з проміжним колесом, складеного колесами 28-30, та двопозиційної муфти 31. При цьому ведуче колесо 25 зубчатої пари з'єднане з центральним колесом 7, ведоме колесо 26 закріплене на проміжному валі 27, на котрім також установлене ведуче колесо 28 зубчатого механізму, ведоме колесо 30 якого установлене з можливістю обертання на вихідному валі 3, а двопозиційна муфта 31 зв'язує 2 32708 вихідний вал 3 в одній позиції з ведучим колесом 25 зубчатої пари, а в іншій - з відомим колесом 30 зубчатого механізму з проміжним колесом 29. Описуваний трансформатор оснащений маховиком 32, гідромуфтою, що включає насосне 33 та турбінне 34 колеса, зубчатими парами, складеними колесами 35-40, та двома керованими муфтами 41 і 42. При цьому маховик 32 кінематичне зв'язаний з різним ралом 2 за допомогою гідромеханічного та механічного ланцюгів, перший із котрих включає керовану муфту 41, гідромуфту і зубчаті пари 35 і 36, 37 і 38, а другий - зубча ті пари 37 і 38, 39 і 40 та керовану муфту 42. Гідроінерційний трансформатор працює так. При обертанні вхідного валу 2 і наявності моменту опору на вихідному валі 3, а також при включеній в одну із робочих позицій муфті 31, вхідний обертальний момент надходить на водило 21 диференціального механізму і, розділившись за допомогою останнього на інерційний і механічний ланцюги, передається через центральне колесо 24 диференціального механізму на водило 6 планетарних механізмів. За допомогою останнього проміжні сателіти 9 і 10 будуть обкочувати відповідно центральні колеса 7 і 8 і приводити до руху неврівноважені сателіти 11 з зовнішніми барабанами 14 і неврівноважені сателіти 12 з внутрішніми барабанами 15. При цьому рідкі вантажі 13 переміщаються по колу лопатками зовнішніх барабанів 14 до центру трансформатора, а лопатками внутрішніх барабанів 15 - до його периферії, кожного разу перетікаючи під дією відцентрових сил через перепускні вікна 17 і 18 із лопаток одних барабанів до лопаток інших - при проході ними верхніх та нижніх положень. Повітря, витиснуте із заповнюючих вантажем міжлопаточних порожнин барабанів переміщається, не перетинаючи потоків вантажів, у звільнені від вантажів міжлопаточні порожнини тих же барабанів із нижнього 18 у верхнє 17 перепускне вікно і у зворотному напрямку відповідно по каналам 19 і 20 гільзи 16. Вантажі, які знаходяться на лопатках зовнішніх барабанів 14 (фіг. 2), створюють дебаланси на сателітах 11, котрими на центральному колесі 7 формується позитивний обертальний момент, а вантажі, які знаходяться на лопатках вн утрішніх барабанів 15, створюють дебаланси на сателітах 12, котрими на центральному колесі 8 формується негативний реактивний момент, який за допомогою МВХ 5 сприймається корпусом 1. Позитивний момент, що формується дебалансами сателітів 11, підсумовується на центральному колесі 7 з моментом, що надходить на це колесо від центрального колеса 23 диференціального механізму, і передається через реверсивний механізм на вихідний вал 3. Останній під дією сумарного моменту обертається або в сторону, яка збігається з напрямком обертання вхідного валу 2 або у протилежну сторону залежно від включеної позиції муфти 31. Після розгону вихідного валу 3 і переходу трансформатора із режиму трансформації моменту в режим динамічної муфти , коли зовнішні барабани 14 припиняють обертання відносно гільз 16 і циркуляція вантажів між барабанами 14 і 15 відсутня, а вантажі у вн утрішніх барабанах 15 (фіг. З) знаходяться у верхньому положенні і дія реактивного моменту на центральному колесі 8 припиня ється, тоді за допомогою МВХ 5 центральне колесо 8 відключається від корпусу 1. В результаті, внутрішні барабани 15 під дією сил тертя з гільзами також припиняють обертання відносно гільз, зупиняючи перелопачення та розігрів вантажів в режимі муфти. В період переходу трансформатора із режиму муфти в режим трансформації моменту для своєчасного початку дії реактивного моменту і заклинювання МВХ 5 сприяє обумовлене розташування перепускних вікон 17 і 18 гільзи. Для гальмування вихідного валу 3 спочатку включають муфту 41, яка установлює гідромеханічний зв'язок між вхідним валом 2 та маховиком 32, а потім приводний двигун (не показаний) переводять у режим холостого ходу. При цьому обертальний момент, створений інерційністю робочих органів машини (не показані), передається від вихідного валу 3 на маховик 32 через реверсивний механізм, центральне колесо 7, МВХ 4, що блокує зубчаті колеса першого планетарного та диференціального механізмів, зблокований гідроінерційний ланцюг, водило 21, вхідний вал 2, муфту 41, насосне 33 і турбінне 34 колеса гідромуфти та зубчаті колеса 35-38. Під дією обертального моменту маховик підвищує оберти, акумулюючи кінетичну енергію та гальмуючи вихідний вал. Якщо при гальмуванні за допомогою маховика 32 потрібна зупинка вихідного валу 3, то після помітного зниження його обертів муфту 41 виключають, а подальше гальмування продовжують за допомогою робочого гальма машини (не показане). Якщо при гальмуванні вихідного валу за допомогою маховика потрібна підтримка визначеної швидкості робочих органів машини, наприклад, швидкості, транспортного засобу в умовах р уху на схилах доріг різної крутизни, тоді величину гальмуючого моменту регулюють змінами навантаження приводного двигуна. Коли при гальмуванні вихідного валу в умовах руху транспортного засобу на довгих і крутих схилах доріг оберти маховика підвищуються до максимальних і ефективність гальмування значно знижується, тоді приводний двигун переводять в режим гальма, забезпечуючи подальше гальмування вихідного валу, а муфту 41 виключають, припиняючи розгін маховика. Для використання при пуску машини кінетичної енергії, раніш нагромадженої маховиком, включають муфту 42, що установлює гідроінерційний зв'язок між маховиком і вихідним валом. При цьому момент маховика, який має велику частоту обертів (20-30 тис. хв.-1), передається через зубчаті колеса 37-40, муфту 42, вхідний вал 2, водило 21 диференціального механізму, гідроінерційний ланцюг і реверсивний механізм на вихідний вал 3 і рухає останній. З мірою витрачення маховиком кінетичної енергії його оберти знижуються, і настає період, коли приріст обертів вихідного валу припиняється, тоді муфту 42 виключають з одночасним підвищенням навантаження двигуна. Кінетична енергія, яка нагромаджена маховиком в умовах гальмування транспортного засобу на схилах доріг, може бути використана безпосередньо у післягальмуючий період, наприклад, при подолані транспортним засобом підйому доріг шляхом включення муфти 42. 3 32708 Використанням кінетичної енергії маховика, яка акумульована ним у процесі гальмування вихідного валу, значно (на 40-50%) підвищується економічність гідроінерційного трансформатора та суттєво покращується екологія навколишнього середовища за рахунок зниження викиду в атмосферу тепла і шкідливих речовин. Окрім того, гідроінерційний трансформатор також може акумулювати кінетичну енергію, що надходить від приводного двигуна. При цьому двопозиційну муфту 31 виключають, а муфту 41 включають і, підвищуючи оберти вхідного валу 2, передають від нього обертальний момент двигуна через муфту 41, гідромуфту і зубчаті колеса 35-38 на маховик 32, внаслідок чого останній підвищує оберти, акумулюючи кінетичну енергію. Сьогочасно ланки гідроінерційного ланцюга здійснюють холостий хід із-за відсутності моменту опору на центральному колесі 7. Після нагромадження маховиком 32 визначеного запасу кінетичної енергії, коли на вантаження на двигуні зменшується, тоді муфту 41 виключають, оберти вхідного валу 2 знижують до мінімальних і включають двопозиційну муфту 31. Для пуску машини в цьому випадку використовують одночасно енергію двигуна і маховика шляхом підвищення навантаження двигуна та включення муфти 42. Після розгону вихідного валу 3 і зниження на ньому моменту опору муфту 42 виключають. Завдяки акумулюванню на маховику запасу кінетичної енергії, що надходить від двигуна, і використанню її при пуску машини забезпечується можливість для застосування приводного двигуна зі зниженою потужністю. Таке виконання гідроінерційного трансформатора дозволяє підвищити його економічність, зменшити потужність приводного двигуна та покращити екологію навколишнього середовища за рахунок застосування маховика і засобів для нових кінематичних зв'язків між його ланками. 4 ё 32708 5 32708 Фіг. 2 Фіг. 3 6 32708 __________________________________________________________ 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 ___________________________________________________________ 7