RU2737452C1

RU2737452C1 - Hydromechanical transmission

Info

Publication number: RU2737452C1
Application number: RU2020121898A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Трушин
Priority date: 2020-06-26
Filing date: 2020-06-26
Publication date: 2020-11-30

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention refers to a device of a hydraulic transformer. Hydromechanical transmission includes control elements and multistage hydraulic converter. Torque converter comprises in-series centrifugal pump wheel, communicated with drive shaft, arranged in working fluid circulation circle, turbine wheel of the first stage of axial type and turbine wheel of the second stage of centripetal type, connected to the driven shaft by means of individual controlled couplings. Centrifugal pump impeller and the centrifugal type second stage turbine wheel are located opposite to each other and are equipped with individual reactors switching devices, the number of which is equal to the number of turbine wheels. Axial-type turbine wheel of the first stage is connected with a permeable for working liquid wheel with holes installed between reactors and connected with an intermediate shaft and a brake.

EFFECT: enabling unification of self-propelled vehicle transmission structure.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в гидромеханических трансмиссиях самоходных машин различного назначения.The invention relates to transport engineering and can be used in hydromechanical transmissions of self-propelled machines for various purposes.

В трансмиссиях самоходных машин широко применяются гидромеханические передачи, в которых используются гидродинамические трансформаторы вращающего момента (далее - гидротрансформаторы) (Кочкарев А.Я. Гидродинамические передачи. - Ленинград: Машиностроение, 1971). Наиболее широко в трансмиссиях самоходных машин используются гидротрансформаторы прямого хода, для которых направления вращения ведущего (входного) и ведомого (выходного) валов совпадают. С целью получения в трансмиссии режима обратного (заднего) хода самоходной машины, которая приводится от нереверсивного двигателя, гидротрансформатор прямого хода сопрягается с механическим реверс-редуктором или коробкой передач, при помощи которых обеспечивают режимы переднего и заднего хода самоходной машины.In transmissions of self-propelled machines, hydromechanical transmissions are widely used, in which hydrodynamic torque transformers (hereinafter referred to as torque converters) are used (Kochkarev A.Ya. Hydrodynamic transmissions. - Leningrad: Mashinostroenie, 1971). The most widely used in transmissions of self-propelled machines are direct drive torque converters, for which the directions of rotation of the driving (input) and driven (output) shafts coincide. In order to obtain in the transmission a reverse (reverse) mode of a self-propelled machine, which is driven by a non-reversible engine, the forward travel torque converter is mated with a mechanical reverse gear or a gearbox, with the help of which the forward and reverse modes of the self-propelled machine are provided.

Известные также гидромеханические передачи, в которых режим заднего хода самоходной машины осуществляется за счет реверсирования выходного вала гидротрансформатора путем изменения соединения рабочих колес гидротрансформатора с выходным валом (патенты США №№2456328, 2590472, 2695533, 2890602, 3030823; а.с. СССР №№126751, 138494, 249889, 669136). Недостатки различных гидромеханических передач с реверсируемыми гидротрансформаторами состоят в отсутствии унификации с серийными разработками, отсутствии соосности ведущего и ведомого валов, усложнении конструкции в целом, отсутствии режима гидромуфты, необходимом для автомобильных трансмиссий.Also known hydromechanical transmissions, in which the self-propelled machine reverse mode is carried out by reversing the output shaft of the torque converter by changing the connection of the impellers of the torque converter with the output shaft (US patents No. 2456328, 2590472, 2695533, 2890602, 3030823; USSR AS No. 126751, 138494, 249889, 669136). The disadvantages of various hydromechanical transmissions with reversible torque converters are the lack of unification with serial designs, the lack of alignment of the driving and driven shafts, the complication of the design as a whole, and the absence of a fluid coupling mode required for automotive transmissions.

Существуют также трансмиссии самоходных машин, которые содержат многоциркуляционные гидромеханические передачи, содержащие несколько гидротрансформаторов (Кочкарев А.Я. Гидродинамические передачи. - Ленинград: Машиностроение, 1971, с. 80, рис. 36). На наземных самоходных машинах нереверсивные многоциркуляционные гидромеханические передачи используются, в частности, на тепловозах совместно с реверс-редуктором и характеризуются высокой сложностью, большими габаритными размерами и массой (Маневровые тепловозы. - Москва: Транспорт, 1977).There are also transmissions of self-propelled machines, which contain multi-circulation hydromechanical transmissions containing several torque converters (Kochkarev A.Ya. Hydrodynamic transmissions. - Leningrad: Mashinostroenie, 1971, p. 80, Fig. 36). On self-propelled ground vehicles, non-reversible multi-circulation hydromechanical transmissions are used, in particular, on diesel locomotives in conjunction with a reverse gear and are characterized by high complexity, large overall dimensions and weight (Shunting diesel locomotives. - Moscow: Transport, 1977).

Среди многоциркуляционных гидромеханических передач существуют устройства, содержащие два гидротрансформатора - прямого и обратного хода. В гидротрансформаторах обратного хода направление вращения ведомого вала противоположно направлению вращения ведущего вала. Реверсирование трансмиссии с гидротрансформаторами прямого и обратного хода осуществляется путем активации того или иного гидротрансформатора. Подобные устройства нашли ограниченное применение в судостроении (Хуршудян Г.М. Гидравлические преобразователи крутящего момента. - Ленинград: Судпромгиз, 1963; Судовые энергетические установки. Судовые дизельные энергетические установки / Румб В.К. [и др.]. - Санкт-Петербург: СПбГМТУ, 2007). Судовые реверсивные гидромеханические передачи также характеризуются высокой сложностью, большими габаритными размерами и массой.Among the multi-circulating hydromechanical transmissions, there are devices containing two torque converters - forward and reverse. In reverse torque converters, the direction of rotation of the driven shaft is opposite to the direction of rotation of the drive shaft. Transmission reversal with forward and reverse torque converters is carried out by activating one or another torque converter. Such devices have found limited application in shipbuilding (Khurshudyan G.M. Hydraulic torque converters. - Leningrad: Sudpromgiz, 1963; Ship power plants. Ship diesel power plants / Rumb V.K. [and others]. - St. Petersburg: SPbGMTU, 2007). Marine reversible hydromechanical transmissions are also characterized by high complexity, large dimensions and weight.

В качестве прототипа выбрана гидромеханическая передача транспортного средства, содержащая установленные в неподвижном корпусе элементы управления и многоступенчатый гидротрансформатор, содержащий последовательно расположенные в круге циркуляции рабочей жидкости насосное колесо центробежного типа, соединенное с ведущим валом, турбинное колесо первой ступени осевого типа и турбинное колесо второй ступени центростремительного типа, соединенные с ведомым валом с помощью индивидуальных управляемых сцепных муфт, и реакторы, причем насосное колесо и турбинное колесо расположены симметрично друг относительно друга, количество реакторов равно количеству турбинных колес, реакторы расположены симметрично друг относительно друга и снабжены индивидуальными устройствами включения (патент RU 2716378, фиг. 2). Поскольку в устройстве-прототипе используется гидротрансформатор прямого хода, то для реверсирования выходного вала устройства-прототипа требуется дополнительное реверсирующее устройство.As a prototype, a hydromechanical transmission of a vehicle was selected, containing control elements installed in a fixed housing and a multistage torque converter containing a centrifugal pump wheel connected in series with a drive shaft, a turbine wheel of the first stage of an axial type, and a turbine wheel of the second stage of a centripetal type, connected to the driven shaft by means of individual controlled clutches, and reactors, and the impeller and the turbine wheel are located symmetrically relative to each other, the number of reactors is equal to the number of turbine wheels, the reactors are located symmetrically relative to each other and are equipped with individual switching devices (patent RU 2716378 , fig. 2). Since the prototype device uses a forward drive torque converter, an additional reversing device is required to reverse the output shaft of the prototype device.

Задачей данного изобретения является возможность унифицировать конструкцию трансмиссии самоходной машины, приводимой от нереверсируемого приводного двигателя, за счет применения гидромеханической передачи, содержащей один универсальный гидротрансформатор (т.е. один круг циркуляции рабочей жидкости).The objective of this invention is the ability to unify the design of the transmission of a self-propelled machine, driven by a non-reversible drive motor, through the use of a hydromechanical transmission containing one universal torque converter (i.e. one circle of working fluid circulation).

Поставленная задача достигается тем, что в гидромеханической передаче, содержащей установленные в неподвижном корпусе элементы управления и многоступенчатый гидротрансформатор, содержащий последовательно расположенные в круге циркуляции рабочей жидкости насосное колесо центробежного типа, соединенное с ведущим валом, турбинное колесо первой ступени осевого типа и турбинное колесо второй ступени центростремительного типа, соединенные с ведомым валом с помощью индивидуальных управляемых сцепных муфт, отличающаяся тем, что насосное колесо центробежного типа и турбинное колесо второй ступени центростремительного типа расположены напротив друг относительно друга и снабжены индивидуальными устройствами включения реакторов, количество которых равно количеству турбинных колес, турбинное колесо осевого типа первой ступени связана с проницаемым для рабочей жидкости колесом с отверстиями, установленным между реакторами и соединенным с промежуточным валом и тормозом.The task is achieved by the fact that in a hydromechanical transmission containing control elements installed in a fixed housing and a multistage torque converter containing a centrifugal pump wheel connected in series with a drive shaft, a first stage turbine wheel of an axial type and a second stage turbine wheel centripetal type, connected to the driven shaft by means of individual controlled coupling couplings, characterized in that the centrifugal type impeller and the centripetal type turbine wheel of the second stage are located opposite to each other and are equipped with individual reactor switching devices, the number of which is equal to the number of turbine wheels, the turbine wheel axial type of the first stage is connected with a wheel permeable to the working fluid with holes installed between the reactors and connected to the intermediate shaft and the brake.

На фиг. 1 представлена принципиальная кинематическая схема гидромеханической передачи.FIG. 1 shows a basic kinematic diagram of a hydromechanical transmission.

Элементы гидромеханической передачи смонтированы в неподвижном корпусе (на схеме не обозначен). Гидромеханическая передача содержит двухступенчатый гидротрансформатор 1, соединенный с входным (ведущим) валом 2. Гидротрансформатор 1 содержит насосное колесо 3 центробежного типа, турбинное колесо 4 первой ступени осевого типа, соединенное с промежуточным валом 5, турбинное колесо 6 второй ступени центростремительного типа, соединенное с промежуточным валом 7. Насосное колесо 3 центробежного типа и турбинное колесо 6 второй ступени центростремительного типа установлены симметрично друг относительно друга с целью обеспечения эффективной работы гидротрансформатора на режиме гидромуфты. Промежуточные валы 5 и 7 посредством элементов управления - управляемых сцепных муфт 8 и 9 соответственно соединяются с выходным (ведомым) валом 10.The elements of the hydromechanical transmission are mounted in a fixed body (not indicated in the diagram). The hydromechanical transmission contains a two-stage torque converter 1 connected to the input (drive) shaft 2. The torque converter 1 contains a centrifugal-type pump wheel 3, an axial-type turbine wheel 4 of the first stage connected to an intermediate shaft 5, a centripetal-type second-stage turbine wheel 6 connected to an intermediate shaft 7. The pump wheel 3 of the centrifugal type and the turbine wheel 6 of the second stage of the centripetal type are installed symmetrically relative to each other in order to ensure the effective operation of the torque converter in the fluid coupling mode. The intermediate shafts 5 and 7 by means of control elements - controlled clutches 8 and 9, respectively, are connected to the output (driven) shaft 10.

Реакторная часть гидротрансформатора 1 состоит из двух реакторов 11 и 12. Каждый реактор 11 и 12 с помощью элементов управления -управляемых тормозов 13 и 14 соответственно механически может быть соединен с неподвижным корпусом гидромеханической передачи транспортного средства. Включение одного из тормозов 13 или 14 означает активацию одного из реакторов 11 или 12, и при этом каждый из двух реакторов предназначен для совместной оптимальной работы с либо с турбинным колесом 4 первой ступени осевого типа, либо турбинным колесом 6 второй ступени центростремительного типа.The reactor part of the torque converter 1 consists of two reactors 11 and 12. Each reactor 11 and 12 can be mechanically connected with the fixed body of the hydromechanical transmission of the vehicle by means of control elements -controlled brakes 13 and 14, respectively. The inclusion of one of the brakes 13 or 14 means the activation of one of the reactors 11 or 12, and each of the two reactors is designed to work together optimally with either the turbine wheel 4 of the first stage of the axial type, or the turbine wheel 6 of the second stage of the centripetal type.

Турбинное колесо 4 первой ступени осевого типа связано также с колесом 15, которое установлено между реакторами 11 и 12 и связано с промежуточным валом 16. Промежуточный вал 16 связан также с управляемым тормозом 17, соединяющим колесо 15 и связанное с ним турбинное колесо 4 первой ступени с неподвижным корпусом. Колесо 15 выполнено с отверстиями, необходимыми для прохода потока рабочей жидкости.The turbine wheel 4 of the first stage of the axial type is also connected to the wheel 15, which is installed between the reactors 11 and 12 and is connected to the intermediate shaft 16. The intermediate shaft 16 is also connected to the controlled brake 17, which connects the wheel 15 and the associated turbine wheel 4 of the first stage with fixed body. The wheel 15 is made with openings necessary for the passage of the working fluid flow.

Управляемая сцепная муфта 18 предназначена для блокирования гидротрансформатора 1 путем непосредственного соединения входного (ведущего) вала 2 и выходного (ведомого) вала 10 с целью повышения КПД трансмиссии при установившемся движении самоходной машины передним ходом. Наличие управляемой сцепной муфты 18 в конструкции гидромеханической передачи не является обязательным, она может отсутствовать.The controllable clutch 18 is designed to block the torque converter 1 by directly connecting the input (drive) shaft 2 and the output (driven) shaft 10 in order to increase the efficiency of the transmission during steady forward motion of the self-propelled vehicle. The presence of a controlled clutch 18 in the structure of the hydromechanical transmission is not required, it may be absent.

Гидромеханическая передача имеет два основных режима работы - режимы прямого и обратного хода - и работает следующим образом.The hydromechanical transmission has two main modes of operation - forward and reverse modes - and operates as follows.

В исходном состоянии все элементы управления гидромеханической передачей находятся в выключенном состоянии, вращение от приводного двигателя на ведомый вал не передается.In the initial state, all control elements of the hydromechanical transmission are in the off state, rotation from the drive motor to the driven shaft is not transmitted.

На режиме переднего хода приводной двигатель (на схеме не показан) через входной (ведущий) вал 2 приводит во вращение насосное колесо 3 центробежного типа гидротрансформатора 1, которое создает поток и напор рабочей жидкости. Рабочая жидкость последовательно поступает сначала в турбинное колесо 4 первой ступени осевого типа и далее в турбинное колесо 6 второй ступени центростремительного типа. В зоне малых передаточных отношений (0-0,4) более эффективно работает турбинное колесо осевого типа, а в зоне средних и больших передаточных отношений (0,4-0,9) и на режиме гидромуфты - турбинное колесо центростремительного типа. Поочередное соединение турбинного колеса 4 первой ступени и турбинного колеса 6 второй ступени с выходным валом 10 в процессе трогания и разгона самоходной машины осуществляют с помощью управляемых сцепных муфт 8 и 9 соответственно при помощи автоматической системы управления. В общем случае при включении какой-либо одной сцепной муфты другая сцепная муфта при этом находится в выключенном состоянии, что обеспечивает соответствующий алгоритм работы системы управления гидромеханической передачей.In the forward mode, the drive motor (not shown in the diagram) through the input (drive) shaft 2 rotates the impeller 3 of the centrifugal type of the torque converter 1, which creates the flow and pressure of the working fluid. The working fluid sequentially enters first the turbine wheel 4 of the first stage of the axial type and then into the turbine wheel 6 of the second stage of the centripetal type. In the zone of small gear ratios (0-0.4), the axial-type turbine wheel works more efficiently, and in the zone of medium and large gear ratios (0.4-0.9) and in the fluid coupling mode, the centripetal turbine wheel works. The alternate connection of the turbine wheel 4 of the first stage and the turbine wheel 6 of the second stage with the output shaft 10 in the process of starting and accelerating the self-propelled machine is carried out using controlled clutches 8 and 9, respectively, using an automatic control system. In general, when any one clutch is turned on, the other clutch is in the off state, which provides an appropriate algorithm for the operation of the hydromechanical transmission control system.

Одновременно с включением одной из управляемых сцепных муфт 8 или 9 происходит включение в работу одного из реакторов 11 или 12, в общем случае предназначенных и оптимизированных для совместной работы с одним определенным турбинным колесом. Например, реактор 11 работает совместно с турбинным колесом 4 первой ступени осевого типа, а реактор 12 - с турбинным колесом 6 второй ступени центростремительного типа. Активацию того или иного реактора осуществляют путем включения одного из управляемых тормозов 13 или 14. Например, при включении сцепной муфты 8 одновременно автоматически включается тормоз 13, при включении сцепной муфты 9 одновременно включается тормоз 14. В результате при включении какого-либо одного тормоза другой тормоз при этом находится в выключенном состоянии. Таким образом, в процессе трогания и разгона самоходной машины по мере увеличения передаточного отношения гидротрансформатора 1 происходит последовательное включение и отключение турбинного колеса 4 первой ступени и турбинного колеса 6 второй ступени с одновременным включением в работу соответствующих им реакторов 11 и 12. После разгона самоходной машины и перехода ее на режим установившегося движения тормоза 13 и 14 отключаются, сцепная муфта 8 остается в отключенном состоянии, а сцепная муфта 9 остается во включенном состоянии, в результате чего гидротрансформатор 1 переходит в режим гидромуфты. Если гидротрансформатор 1 оснащен управляемой сцепной муфтой 18, то на режиме установившегося движения самоходной машины в благоприятных дорожных условиях сцепная муфта 9 также отключается, и гидротрансформатор 1 блокируется с помощью управляемой сцепной муфты 18.Simultaneously with the activation of one of the controlled clutches 8 or 9, one of the reactors 11 or 12 is activated, which are generally designed and optimized to work together with one specific turbine wheel. For example, the reactor 11 operates in conjunction with the turbine wheel 4 of the first stage of the axial type, and the reactor 12 - with the turbine wheel 6 of the second stage of the centripetal type. Activation of one or another reactor is carried out by turning on one of the controlled brakes 13 or 14. For example, when the clutch 8 is turned on, the brake 13 is automatically turned on simultaneously, when the clutch 9 is turned on, the brake 14 is simultaneously turned on. As a result, when any one brake is turned on, the other brake while it is in the off state. Thus, in the process of starting and accelerating the self-propelled vehicle, as the gear ratio of the torque converter 1 increases, the turbine wheel 4 of the first stage and the turbine wheel 6 of the second stage are sequentially switched on and off, while the corresponding reactors 11 and 12 are switched on and off. After accelerating the self-propelled vehicle and its transition to the mode of steady motion, the brakes 13 and 14 are disabled, the clutch 8 remains in the off state, and the clutch 9 remains on, as a result of which the torque converter 1 goes into the fluid clutch mode. If the torque converter 1 is equipped with a controlled clutch 18, then in the mode of steady motion of the self-propelled machine in favorable road conditions, the clutch 9 is also disengaged, and the torque converter 1 is locked by means of the controlled clutch 18.

Автоматическое управление сцепными муфтами 8 и 9 и тормозами 13 и 14 осуществляют с помощью системы управления гидромеханической передачей.Automatic control of clutches 8 and 9 and brakes 13 and 14 is carried out using a hydromechanical transmission control system.

На режиме обратного хода выключается сцепная муфта 8, включаются сцепная муфта 9 и тормоз 17. Тормоз 17 останавливает промежуточный вал 16 и связанные с ним колесо 15 и турбинное колесо 4 первой ступени. Неподвижное турбинное колесо 4 первой ступени осевого теперь играет роль реактора, благодаря чему турбинное колесо 6 второй ступени центростремительного типа получает вращение, направление которого противоположно направлению вращения насосного колеса 3 центробежного типа. Обратное вращение турбинного колеса 6 второй ступени через промежуточный вал 7 и включенную сцепную муфту 9 передается на ведомый вал 10. При этом состояние тормозов 13 и 14 в общем случае - выключенное. Если в гидромеханической передаче присутствует управляемая сцепная муфта 18, то она тоже выключена.In the reverse mode, the clutch 8 is turned off, the clutch 9 and the brake 17 are turned on. The brake 17 stops the intermediate shaft 16 and the associated wheel 15 and the turbine wheel 4 of the first stage. The stationary turbine wheel 4 of the first stage axial now plays the role of a reactor, due to which the turbine wheel 6 of the second stage of the centripetal type receives rotation, the direction of which is opposite to the direction of rotation of the impeller 3 of the centrifugal type. The reverse rotation of the turbine wheel 6 of the second stage through the intermediate shaft 7 and the engaged clutch 9 is transmitted to the driven shaft 10. In this case, the state of the brakes 13 and 14 is generally off. If there is a controlled clutch 18 in the hydromechanical transmission, then it is also turned off.

Предлагаемая гидромеханическая передача по сравнению с прототипом обладает более широкими эксплуатационными возможностями. По сравнению с многоциркуляционными гидромеханическими передачами, оснащенных гидротрансформаторами прямого и обратного хода, предлагаемая гидромеханическая передача при прочих равных условиях характеризуется уменьшенными габаритными размерами и массой. Симметричное расположение рабочих колес позволяет унифицировать с существующими разработками конструкцию гидротрансформатора и гидромеханической передачи в целом. Гидромеханическая передача может найти применение, в частности, в трансмиссиях транспортно-погрузочных машин, оснащенных двигателями внутреннего сгорания.The proposed hydromechanical transmission in comparison with the prototype has a wider operational capabilities. Compared to multi-circulation hydromechanical transmissions equipped with forward and reverse torque converters, the proposed hydromechanical transmission, other things being equal, is characterized by reduced overall dimensions and weight. The symmetrical arrangement of the impellers makes it possible to unify the design of the torque converter and the hydromechanical transmission as a whole with existing developments. Hydromechanical transmission can find application, in particular, in transmissions of transport and loading machines equipped with internal combustion engines.

Claims

Hydromechanical transmission containing control elements installed in a fixed housing and a multistage torque converter containing a centrifugal pump wheel connected in series in the working fluid circulation circle connected to the drive shaft, an axial-type first stage turbine wheel and a centripetal second-stage turbine wheel connected to the driven shaft with the help of individual controllable clutches, characterized in that the centrifugal impeller and the centripetal second stage turbine are located opposite each other and are equipped with individual reactor switching devices, the number of which is equal to the number of turbine wheels, the axial first stage turbine wheel is connected to a permeable for the working fluid by a wheel with holes installed between the reactors and connected to the intermediate shaft and the brake.