CN106769018B - 一种液力偶合器的试验箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液力偶合器的试验箱，所述试验箱能够以径向进油、轴心式轴向进油和非轴心式轴向进油中的至少一种方式向液力偶合器提供工作油。根据本发明中的液力偶合器的试验箱，可以将液力偶合器的多种不同进油方式结合在同一个试验箱内进行研究。通过对三种充油方式的比较研究，可以为液力偶合器在船舶上的灵活布置提供试验依据，使液力偶合器可以与其它设备进行更加合理化的搭配。

Description

一种液力偶合器的试验箱

技术领域

本发明涉及船舶传动装置的试验装置，具体地，涉及一种船用液力偶合器的试验箱。

背景技术

液力偶合器是利用液体的动能而进行能量传递的一种液力传动装置，它以液体油作为工作介质，通过泵轮和涡轮将机械能和液体的动能相互转化，从而连接原动机与工作机械实现动力的传递。已知的，液力偶合器通过充排油实现离合功能，当仅有少量工作油或没有工作油充入偶合器腔体内时，偶合器仅能传递较小的扭矩。当工作油充满偶合器腔体内时，偶合器可以极高的传扭效率传递许用范围内柴油机等原动机产生的扭矩。由于液力偶合器本身使用维护相对简单，对于在运行中对离合器要求较高的船舶及陆上设施而言，其具有广阔的应用范围与前景。

现有的船用液力偶合器主要有两类进油方式：

A、轴心式轴向进油方式：现有的轴心式轴向进油方式结构较为简单。然而，采用这种进油方式具有以下限制条件：即必须在齿轮箱有空置轴端的条件下才能进行布置，且进油量受限于轴的尺寸。实践中，对于较小的液力偶合器，由于轴端可加工空间较小，因此对进油效率较为不利。

B、径向进油方式：径向进油方式是指经由旋转轴的径向进油口向液力偶合器供油。由于进油装置和旋转轴之间存在相关旋转，使得现有的径向进油方式受径向泄漏的影响。对于尺寸较大的液力偶合器，则泄漏量较大，故而该进油方式进油量受限较大。

为满足今后液力偶合器在各种场合适应不同布置结构，灵活匹配其它传动设备，需要对各种进油方式开展研究。因此，有必要提出一种新型的液力偶合器的试验装置，从而对液力偶合器的各种进油方式进行考察与试验。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决上述现有技术中的不足，本发明公开了一种液力偶合器的试验箱，该试验箱能够以径向进油、轴心式轴向进油和非轴心式轴向进油中的至少一种方式向液力偶合器提供工作油，其中包括：上盖；与上盖连接的箱体；其中所述箱体具有前部腔室和后部腔室，所述前部腔室构造成容置所述液力偶合器；输出轴，所述输出轴的主体可旋转地支承设置在所述后部腔室中，所述输出轴的一端能够连接到所述前部腔室中容置的液力偶合器，另一端构造为伸出所述后部腔室的自由轴端；轴心式轴向进油装置，该装置为在所述输出轴的内部沿轴向设置的工作油的油道，所述油道的一端延伸到所述自由轴端，所述油道的另一端连接到所述液力偶合器；非轴心式轴向进油装置，该装置固定设置在所述前部腔室的内侧壁上，该装置的进口端连接到外部工作油源，该装置的出口端设置在所述输出轴和所述液力偶合器的转动外壳的间隙中，所述出口端能够与液力偶合器流体连通；径向进油装置，所述径向进油装置设置在所述输出轴的外周并以浮动密封的方式与所述输出轴配合，所述径向进油装置具有设置在径向上的进油口，所述进油口能够与所述输出轴的轴向油道流体连通。

根据本发明中的液力偶合器的试验箱，可以将液力偶合器的多种不同进油方式结合在同一个试验箱内进行研究。利用本发明的试验箱，既可以同时进行两种及以上的充油方式对液力偶合器进行充油，也可单独用一种方式进行充油工作。通过对三种充油方式的比较研究，可以为液力偶合器在船舶上的灵活布置提供试验依据，使液力偶合器可以与其它设备进行更加合理化的搭配。

优选地，所述液力偶合器包括涡轮，所述非轴心式轴向进油装置的出口端构造为喷油嘴，所述喷油嘴的出口朝向所述液力偶合器内的工作油流道，所述工作油流道与所述涡轮的进油口流体连通，从而将射入该工作油流道的工作油导入到所述涡轮中。

根据优选的液力偶合器的试验箱，能够在液力偶合器的外壳高速转动的情况下以较高的效率将工作油泵送到液力偶合器的涡轮中。

优选地，还包括设置在所述喷油嘴的外周的挡油板，所述挡油板与所述输出轴间、所述挡油板与所述液力偶合器的转动外壳间的间隙均大于1厘米。

根据优选的液力偶合器的试验箱，通过设置挡油板，即使存在一定的泄漏量也可以确保有足够的工作油进入液力偶合器的涡轮-泵轮的腔体内。通过设置一定的间隙，能够确保在旋转工作期间，液力偶合器的转动外壳和输出轴不会与非轴心式进油装置的油管发生干涉，从而确保了试验箱的安全运行。

优选地，所述径向进油装置为在周向上环绕所述输出轴的轴瓦，所述进油口设置在所述轴瓦的周向上；所述输出轴带有沿所述输出轴径向延伸的、与所述油道流体连通的进油槽，所述出油口流体地连通到所述进油槽。

根据优选的液力偶合器的试验箱，能够以可靠的浮动密封的方式进行径向供给工作油，与现有技术相比，明显地降低了在径向供油期间的工作油的泄漏量，从而使得能够在大进油量的情况下使用径向供油的方式。

优选地，所述轴瓦和所述输出轴之间的间隙小于0.01毫米。

根据优选的液力偶合器的试验箱，能够在保证轴瓦与输出轴之间正常旋转的情况下，进一步降低供给的工作油的泄漏量。

根据优选的液力偶合器的试验箱，能够延长输出轴的工作寿命，从而提高试验箱的工作可靠性。

优选地，所述输出轴的周向上附设有齿圈，所述齿圈与设置在箱体上的增速齿轮啮合以向外输出扭矩。

根据优选的液力偶合器的试验箱，能够丰富试验箱的输出转速，从而能够扩大试验箱进行模拟运行的工作范围，从而便于液力偶合器与其它设备进行更加合理化的搭配。

附图说明

本发明实施例的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为根据本发明的一个优选实施方式的试验箱的主视图；

图2为图1中的试验箱的处于打开状态下的箱体的俯视图；

图3为图1中的试验箱采用轴心式轴向进油方式的示意图；

图4为图1中的试验箱采用径向进油方式的示意图；

图5为图1中的试验箱中径向进油密封结构的示意图；

图6为图1中的试验箱采用非轴心式轴向进油方式的示意图；

图7为图1中的试验箱中非轴心式轴向进油装置的结构示意图；

附图标记说明：

1、上盖 2、箱体 3、液力偶合器

3.1、转动外壳 3.2、涡轮 3.3、泵轮

3.4、涡轮进油口 4、输入轴 5、输出轴

6、轴向油道 7、轴瓦 7.1、径向进油口

7.2、卡销 8、非轴心式轴向进油装置

8.1、喷油嘴 8.2、挡油板 8.3、固定架

8.4、进油管 9、增速齿轮

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施例可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施例发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

根据本发明的一个方面，提供一种液力偶合器的试验箱，其中该液力偶合器优选地用于船舶传动。但本领域技术人员能够理解，该液力偶合器并不限于用于船舶使用，而是还可以用于其它诸如工程机械等陆地用传动装置。

如图1所示，根据本发明的一个优选实施方式的液力偶合器试验箱包括安装于地面的箱体2和通过紧固件连接到箱体2的上盖1。具体来说，箱体2可以由铸铁或者铝合金等材料一体铸造成型。在箱体2和上盖1互相配合形成用于容置液力偶合器3的内腔。

在附图2中示出了图1中的试验箱的箱体2。如图所示，本发明中的箱体2大体为长方形。在箱体2的相对的两侧上对置设置有一对轴孔。利用分隔壁将箱体2的下部空间划分为前部腔室和后部腔室两个部分。将待试验的液力偶合器3设置在箱体2的前部腔室中。

如图2所示，在箱体2的前部腔室和后部腔室中分别设置有输入轴4和输出轴5。优选地，输入轴4和输出轴5的轴端分别设置有可调法兰。经由该可调法兰可将输入轴4和输出轴5分别连接到待试的液力偶合器3的两端。对于不同型号的待试液力偶合器3，可通过调整可调法兰来将其连接到输入轴4和输出轴5。

其中，输入轴4设置为穿过箱体2的位于前部腔室的轴孔，并经由轴承可旋转地支撑在箱体2上。为了防止箱体的前部腔室中的工作油从轴孔处泄漏，可选地，在该轴孔附近利用螺栓等紧固件将输入端盖固定，从而以流体密封的方式将输入轴4设置在箱体2中。同时，输出轴5的主体设置在内部腔室中，并自液力偶合器3延伸穿过箱体2的前部腔室并伸入到箱体2的内部腔室的轴孔中。经由轴承将输出轴5可旋转地支撑在箱体2上。为了防止工作油从该轴孔处泄漏，同样地可通过设置输出端盖以流体密封的方式将输出轴4设置在箱体2中。其中输出轴4的轴端可以设置为自由轴端。如图2所示，输出轴5的内部具有沿轴向设置的工作油的油道6，该油道6流体连接到液力偶合器3，优选为涡轮3.2的腔体中。优选地，也可以在输出轴4的周向上附设有齿圈(未图示出)，该齿圈与设置在箱体上的增速齿轮啮合以向外输出增速后的扭矩。

如图2所示，液力偶合器本体包括有转动外壳3.1、涡轮3.2和泵轮3.3。其中该涡轮3.2和泵轮3.3共同组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔。优选地，使泵轮3.3连接到输入轴4上，并将涡轮3.2连接到输出轴5。优选地，涡轮3.2和泵轮3.3为沿径向排列着许多叶片的半圆环，它们相向耦合布置，互不接触，中间有2mm到8mm的间隙，并形成一个圆环状的工作轮。转动外壳3.1附设在涡轮3.2的外侧并在两者之间形成有可供工作油流体流经的流道。泵轮3.3装合后，形成环形空腔，可经由多种供油方式向该空腔中充入工作油液。

根据本发明，泵轮3.3例如在内燃机或电机驱动下旋转，叶片带动充入的工作油液转动。在离心力作用下，这些工作油液被甩向泵轮3.3的叶片边缘。由于泵轮3.3和涡轮3.2的半径相等，故当泵轮3.3的转速大于涡轮3.2的转速时，泵轮3.3叶片外缘的液压大于涡轮3.2叶片外缘的液压，由于压差液体冲击涡轮叶片，当足以克服外阻力时，使涡轮3.2开始转动，即是将动能传给涡轮，使涡轮3.2与泵轮3.3同方向旋转。油液动能下降后从涡轮的叶片边缘又流回到泵轮，形成循环回路，其流动路线如同一个首尾相连的环形螺旋线。由此，液力偶合器3靠工作油与泵轮3.3、涡轮3.2的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。

根据本发明，提供了三种向液力偶合器3，优选地为涡轮3.2提供工作油的进油方式：轴心式轴向进油方式、径向进油方式以及非轴心式轴向进油方式。以下将结合附图3-7对上述进油方式进行详细的描述。

在附图3中示出了根据本发明的轴心式轴向进油装置。其中在附图3中示出了用于实现该轴心式轴向进油方式的进油装置。如附图3所示，该输出轴5具有伸出箱体2的自由轴端。在该自由轴端处设置供工作油充入的开口。该开口与输出轴5内部沿轴向设置的工作油的油道6流体连通。优选地，可以在该开口中设置有防止工作油回流的止回阀。如图3所示，当在输出轴5的自由轴端的外侧设置有工作油源时(该油源例如但不限于为工作油泵)，具有一定压力的工作油可以经由该开口流入到沿轴向设置的油道6中，并沿着如图3所示的箭头方向供给到液力偶合器3的涡轮3.2中，以使液力偶合器3能够正常工作。通过这种轴向进油的方式，使工作油通过离心力直接进入工作油腔。这种进油方式无需采用额外的密封方式、具有加工方便、可简化液力偶合器本体结构设计等特点。

在附图4-5中示出了根据本发明的径向进油方式。其中在附图4-5中示出了用于实现该径向进油方式的径向进油装置。如附图4所示，根据本发明的径向进油装置7设置在输出轴5的外周并以浮动密封的方式与该输出轴5配合。该径向进油装置7为能够实现浮动密封的结构，例如但不限于是设置在输出轴5上的环状密封部件。径向进油装置7具有设置在径向上的进油口，该进油口和输出轴5的轴向油道6流体连通。如图所示，径向进油装置7沿箭头所示的径向方向将具有一定压力的工作油经由进油口7.1输送到输出轴5的轴向油道6，然后再经由轴向油道6将工作油输送到液力偶合器3的本体的涡轮3.2中，以使液力偶合器3能够正常工作。由于径向进油装置7是以浮动密封的方式设置在输出轴5上，较之现有的径向进油装置，本发明的径向进油装置能够明显地降低工作油的泄漏量。

在附图5中示出了本发明中的径向进油装置的一个优选实施例。其中径向进油装置为在周向上环绕输出轴5的轴瓦7。优选地，该轴瓦7为由巴氏合金制成的轴瓦。当然，本领域技术人员能够理解，利用不锈钢或者其它材料制成的轴瓦也能够用于本发明。如图5所示，将径向进油装置7的进油口7.1设置在轴瓦7的周向上，轴瓦7则以间隙配合的方式设置在输出轴5上，优选地输出轴5和轴瓦7之间的间隙小于0.01毫米，从而减少径向进油装置工作时的工作油泄漏量。

如图5所示，在轴瓦的周向上设置有缺口，在轴瓦的上方则设置有能够与该缺口卡接的卡销7.2。通过使卡销7.2与缺口配合，可以防止轴瓦7与输出轴5共同旋转。在输出轴5与径向进油口7.1相同的截面平面上，输出轴5设置有两条与内部的轴向油道6相连通的进油槽，该进油槽优选地共线设置。当然，本领域技术人员能够理解，该进油槽也可以交叉地设置，只要该进油槽能够与内部的轴向油道6流体连通即可。

在工作时，首先使卡销7.2与缺口卡接从而确保轴瓦7不与输出轴5共同旋转。然后经由径向进油口7.1向输出轴5提供具有一定压力的工作油。随着输出轴5的旋转，其中的进油槽在旋转过程中会在一定的旋转角度处与径向进油口7.1流体连通，从而将工作油导入到轴向油道6并最终泵送入涡轮3.2中，从而使涡轮偶合器3正常工作。当不需要进行径向进油时，可选地将轴瓦沿轴向移动一定的位移，从而使径向进油口7.1与输出轴5的进油槽错位，导致工作油无法经由径向进油口7.1向外泄漏。当然，也可以通过设置阀门的方式来控制经由径向进油口7.1的通断。

根据本发明的径向进油方式，能够极大地减少了泄漏量，从而提高进油效率。

在附图6-7示出了根据本发明的非轴心式轴向进油方式。其中在附图6-7中示出了用于实现该进油方式的非轴心式轴向进油装置8。如附图2和6所示，将根据本发明的非轴心式轴向进油装置8固定设置在箱体2的前部腔室的内侧壁上，该装置8的进口端连接到外部工作油源(未图示出)，该装置的出口端设置在输出轴5和液力偶合器3的转动外壳3.1的间隙中，其中出口端与液力偶合器3的涡轮3.2流体连通。

如附图7所示，优选地，本发明中的非轴心式轴向进油装置8包括一段呈“L”型的中空进油管8.4。该进油管8.4的一端连接到外部工作油源并穿过箱体2的箱壁进入到前部腔室中。通过设置有多个固定架8.3以将进油管8.4可靠地固定在前部腔室的侧壁上并将进油管8.4插入到固定座中，从而确保进油管8.4具有较高的刚度和良好的减振性能。这种构造有利于在试验箱工作时，防止箱体振动对供油油管正常工作所带来的不利影响。

进一步，该进油管8.4在另一端位置处朝向液力偶合器3弯折，从而使进油管8.4从输出轴5的外侧伸入到输出轴5和转动外壳3.1的间隙之中。进一步，将进油管8.4的弯折端的出口端部构造为喷油嘴8.1。如图7所示，该喷油嘴8.1的出口朝向液力偶合器3内部的工作油流道，该工作油流道可由转动外壳3.1和涡轮3.2组合形成，且该工作油流道流体连通到涡轮3.2的进油口3.4。从而能够在使进油管不与转动外壳3.1发生接触的情况下，将具有一定压力的工作油射入该工作油流道中。优选地，在转动外壳3.1上还设置有具有导向作用的加强筋，该加强筋例如设计成为径向叶轮的形式，以随着转动外壳3.1的转动将工作油吸入到工作油流道中。

优选地，在喷油嘴8.1的外周上设置有挡油板8.2。该挡油板8.2优选地为沿着喷油嘴8.1的外周设置的环形薄板，并利用卡环等紧固件固定连接到进油管8.4的端部处。由于输出轴5和转动外壳3.1在工作过程中会高速旋转，因此将位于喷油嘴8.1的外周上的挡油板8.2设计成与输出轴5间、与液力偶合器3的转动外壳3.1间的间隙均大于1厘米。借此，使得该非轴心式轴向进油装置8不与输出轴5和转动外壳3.1发生接触。

在工作时，来自外部工作油源的工作油经由进油管8.4供给到前部腔室中，由于该进油管8.4向液力偶合器3弯折成使得其末端的喷油嘴8.4已经深入到液力偶合器3的腔体内部外侧。在喷油嘴8.4处的挡油板8.2的配合下，能够将足够量的、带有一定压力的工作油供入到转动外壳3.1和涡轮3.2之间的工作油流道。在工作油流道中的工作油能够经由涡轮3.2的进油口3.4进入到涡轮3.2的腔体中，从而使液力偶合器3正常工作。

根据本发明的非轴心式轴向进油方式，能够在液力偶合器3的泵轮3.2与输出轴5的间隙中送入工作油，从而为液力偶合器3的工作提供工作油。这种进油方式具有以下优点：1.较轴心式供油模式供油量更大，供油压力也更易掌握。2.液力偶合器的输出轴无需专门设计进油油路，与轴心进油的方式相比，当齿轮箱不存在空置轴端的情况下也能够进行布置。3.通过外部管路自箱体外侧延伸进入液力偶合器的腔体内部供油，其供油渠道布置较为灵活，这对液力偶合器的灵活布置有较大的意义。

根据本发明的液力偶合器的试验箱，能够在同一个试验箱内对多种供油方式进行研究。即，可同时进行两种及以上的充油方式对液力偶合器进行充油，也可单独用一种方式进行充油工作。通过对三种充油方式的比较研究，可以为液力偶合器在船舶上的灵活布置提供试验依据，使液力偶合器可以与其它设备进行更加合理化的搭配。

作为一个示例，可以利用根据本发明的试验箱对9MW液力偶合器进行供油方式的试验。该型液力偶合器具体工作参数为：

试验箱输入转速：1066r/min

偶合器额定功率：9MW

偶合器额定滑差：1.7％

偶合器力矩系数：λ0.983＝1.7x10-6

偶合器可传递扭矩：Te＝80580Nm

试验箱工作油压力：0.05～0.2Mpa

试验箱充油时间：小于240秒。

试验时，打开上盖1并将该液力偶合器放置在箱体2的前部腔室中。通过可调法兰将液力偶合器连接到输入轴4和输出轴5。根据具体的试验目的，可以选择性地经由径向进油、轴心式轴向进油和非轴心式轴向进油中的至少一种方式将工作油供给到液力偶合器的涡轮中，然后通过外部动力源带动输入轴4旋转，同时检测输出轴5的输出扭矩和转速，从而得出液力偶合器的转递效率等性能参数。当试验完毕后，可以经由液力偶合器上的工作油开口将工作油放出。根据不同液力偶合器的尺寸和型号，通过调节可调法兰即可实现试验安装。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (7)

1.一种液力偶合器的试验箱，所述试验箱能够以径向进油、轴心式轴向进油和非轴心式轴向进油中的至少一种方式向液力偶合器提供工作油，其特征在于，包括：

上盖；

与上盖连接的箱体；其中所述箱体具有：

前部腔室，所述前部腔室构造成容置所述液力偶合器；和

后部腔室；

输出轴，所述输出轴的主体可旋转地支承设置在所述后部腔室中，所述输出轴的一端能够连接到所述前部腔室中容置的所述液力偶合器，另一端构造为伸出所述后部腔室的自由轴端；

轴心式轴向进油装置，该装置为在所述输出轴的内部沿轴向设置的工作油的油道，所述油道的一端延伸到所述自由轴端，所述油道的另一端连接到所述液力偶合器；

非轴心式轴向进油装置，该装置固定设置在所述前部腔室的内侧壁上，该装置的进口端连接到外部工作油源，该装置的出口端设置在所述输出轴和所述液力偶合器的转动外壳的间隙中，所述出口端能够与所述液力偶合器流体连通；以及

径向进油装置，所述径向进油装置设置在所述输出轴的外周并以浮动密封的方式与所述输出轴配合，所述径向进油装置具有设置在径向上的进油口，所述进油口能够与所述输出轴的轴向油道流体连通。

2.根据权利要求1所述的试验箱，其特征在于，所述液力偶合器包括涡轮，所述非轴心式轴向进油装置的出口端构造为喷油嘴，所述喷油嘴的出口朝向所述液力偶合器内的工作油流道，所述工作油流道与所述涡轮的进油口流体连通，从而将射入该工作油流道的工作油导入到所述涡轮中。

3.根据权利要求2所述的试验箱，其特征在于，还包括设置在所述喷油嘴的外周的挡油板，所述挡油板与所述输出轴间、所述挡油板与所述液力偶合器的转动外壳间的间隙均大于1厘米。

4.根据权利要求1所述的试验箱，其特征在于，所述径向进油装置为在周向上环绕所述输出轴的轴瓦，所述进油口设置在所述轴瓦的周向上；所述输出轴带有沿所述输出轴径向延伸的、与所述油道流体连通的进油槽，所述进油口流体地连通到所述进油槽。

5.根据权利要求4所述的试验箱，其特征在于，所述轴瓦和所述输出轴之间的间隙小于0.01毫米。

6.根据权利要求4所述的试验箱，其特征在于，所述轴瓦为由巴氏合金制成的轴瓦。

7.根据权利要求1所述的试验箱，其特征在于，所述输出轴的周向上附设有齿圈，所述齿圈与设置在所述箱体上的增速齿轮啮合以向外输出扭矩。