CS225603B1 - Ústrojí pr· řízený přenes rotačního pohybu - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení k přenášení rotačního pohybu jaké jsou například převedevky ₈ měnitelným převedeni, u kterých lze na základě z vnějšku přivedeného ovládacího signálu nastavit jeden ze dveu režimů. Ústrojí pedle vynálezu je vhedné zejména pre takové aplikace, kdy ae vyžaduje čaate «pakovaná změna režimů.

Dnes jsou k ternu používána zejména převedné ústrojí s třecími prvky - například má-li být ovládání převeden· elektrivkými signály, jseu použity elektromagnetické třecí spojky, nebe brzdy. Nevýhodou je omezená životnost a eventuálně i spolehlivost v důsledku postupného opotřebení třecích povřúhů. Zvláště jedná-li se o aplikace s často opakovanou změnou režimů, bude opotřebení velmi rychlé, vyžaduje ae častá údržba - seřizování vůlí vzniklých opotřebením a výměna opotřebovaných třecích prvků. Nevýhodám spojeným s opotřebením se lze vyhnout volbou hydrodynamického přenosu - použitím hydrodynamických spojek, měničů kroutícího momentu nebo retardérů. Jejich výhodou je i plynulejší průběh změn. Nevýhodou však je, že lopatková systémy těchto ústrojí pracují s přijatelnou účinností pouze v určitém pásmu provozních stavů. Při velké odchylce není splněna podmínka správného nasměrování tekutiny do lopatkového systému, což je spojeno s velkými ztrátami. Leží-li dva režimy, střídavě nastavované, mimo takové pásmo přijatelné účinnosti, jseu i zde nezbytné buď dva střídavě zařazované převody ozubenými koly nebo uspořádání, kdy lopatky systému lze nastavovat do dvou různých poloh. Znamená to však podstatné zvětšení složitosti a ceny celého ústrojí. Nastavitelné lopatky také nemohou mít tvar, který by byl optimální při obou nastavovaných režimech. Konstrukční

225 603

225 603 ehledy spíš nutí k tomu, že jejich tvar je pouhým kempremisera, s nedokonalou účinností v ani jednom režimu.

Problém uspořádání ústrojí vhodného pro časté a náhlé přestavování dvou různých režimů přenesu je řešen podle tohoto vynálezu ústrojím pro řízený přenoe rotačního pohybu so vstupní součástí, například hnacím hřídelem, kterým je do ústrojí vnášen rotační pohyb, a dálo o výstupní součástí, například hnaným hřídelem, a konečně dráhou pro průtok pracovní tekutiny, která prochází jednak soustavou čerpadlových lopatek mechaniky spojených se vstupní součástí, jednak nejméně jednou soustavou turbinových lopatek mechanicky spojených e výstupní součástí, kde podstatou vynálezu je, že do dráhy pro průtok pracovní tekutiny je zařazen alespoň jeden proudový fluidický rozváděči prvek s nejméně jednou řídicí tryskou napojenou na přívod řídicího průtoku pracovní tekutiny a tak orientovanou^ že směr jejího, ústí svírá s místním směrem dráhy pro průtok pracovní tekutiny nenulový úhel.

Zejména je podle vynálezu účelné, aby v proudovém rozváděcím prvku byla část dráhy pro průtok pracovní tekutiny před ústím řídicí trysky zúžena tak, že tvoří napájecí trysku.

Také může být podle vynálezu účelné, aby za ústím řídicí trysky ve směru proudění z napájecí trysky byla v proudovém rozváděcím prvku dráha pro průtok pracovní tekutiny, kdo alespoň po jedné straně této dráhy je upravena přídríná stěna, například první přídržná stěna.

Konečně může být podle vynálezu účelné, aby soustrojí mělo dvě soustavy turbinových lopatek, první lopatkový systém a druhý lopatkový systém, a dálo proti napájecí trysce upravenou dvojici koletorů, a to první kolektor -a druhý kolektor, a dráha pro průtok pracovní tekutiny potom má vytvořeny dvě souběžné větve tak, že první větev tede z prvého kolektoru přes první lopatkový systém, kdežto druhá větev vede z druhého kolektoru přes druhý lopatkový systém, přičemž za oběma lopatkovými systémy.se obě větve dráhy pro průtok pracovní tekutiny spolu spojují.

V ústrojí podle vynálezu odpadají tedy přídavné komplikující mechanismy - mechanismus natáčení lopatek lopatkového systému nebo mechanické převody ozubenými koly - a přesto jsou jeho vlastnosti řiditelné. Řízení může být v zásadě i spojité. Především se však předpokládá, že budou ovládacím signálem nastavovány dva různé funkční režimy. Výhodou je jednoduchost a spolehlivost, meněí počet vyráběných součástek a nižěí cena. Použité fluidické prvky jsou prvky proudového typu bez pohyblivých součástek, ve kterých slabým řídicím průtokem, vytékajícím z řídicí trysky, dojde k vychýlení proudu tekutiny přenášejícího výkon od čerpadlového rotoru k turbinovému rotoru. Vychýlení potom znamená, že buď tekutina přichází do turbinových lopatek pod jiným úhlem náběhu, nebo jsou uspořádány dvě soustavy turbinových lopatek na tomtéž rotoru a vychýlením se dosáhne, že tekutina přestane procházet jednou 6 těchto soustav a prochází druhou soustavou, jejíž lopatky jsou nastaveny na jiné úhly. Na tvarování lopatek nejsou kladena taková omezení, jako u natáčených lopatek, takže turbinová část rotor plus stator - může mít vyšší účinnost. Pretože ovládání přechodu z jednoho režimu do druhého se děje řídicím průtokem tekutiny, není nutné vyvozovat mechanické pohyby jako je tomu při mechanickém řazení převodových stupňů nebo natáčení leprtek, odpadá převodník s mechanickým výstupem, zpravidla pracující na vysokých výkonových úrovních má-li být překonáváno tření v mechanismu. Naproti tomu přímo v čerpadlové části ústrojí je k dispozici zdroj pracovní tekutiny použitelný ke generování potřebného řídicího průtoku, je pouze zapotřebí ovládacím ventilem ovládat průtok jistého malého množství odebíraného například na vnějším

225 603 obvodu čerpadlového rotoru. Zejména enadl· lze realisovat elektromagnetický ovládací ventilek pra řízení přenesu elektrickým signálem.

Na výkrese je znázorněn příklad možného pravedení ústrojí podle vynálezu. Jde · uspořádání, kde turbinový rotor má dva alternativně protékané systémy lopatek. V zásadě konstrukce odpovídá známým hydrodynamickým měničům. Je symetrická kolem osy Á, proto postačuje pouze nakreslení částečného řezu horní poloviny ústrojí. Předpokládá se že zleva zasahuje do ústrojí nekreslený hnací hřídel, jehož drážkování zapadá do drážek čerpadlového rotoru 1. Zprava by potom byl souosý línaný hřídel, také nekreslený, zabírající do drážek turbinového rotoru 2. Rotory jsou opatřeny soustavami lopatek tak uspořádanými, že se vytváří uzavřená toroidální dráha pro průtok pracovní tekutiny, část této dráhy, jako u obvyklých hydrodynamických měničů, může tvořit stator 4 se svoji soustavou lopatek. Namísto něj však by zde také mohla být dalěí soustava rotujících lopatek a podobně. Navíc oproti známým měničům je zde to, že v dráze pro průtok pracovní tekutiny, zde u vnějřího obvodu, je rozváděči část. Ta může být eventuálně opatřena systémem lopatek a fungovat jako stator 4 také nazývaný reaktor, popřípadě může být umístěna na vnitřní straně toroidální dráhy tekutiny, tedy v místě, kde je na obrázku stator 4. Nemusí být pevně spojena se skříní ústrojí, ale v zásadě může být uspořádána i tak, že během funkce rotuje kolem osy A a představuje také jeden z rotorů popřípadě může být vytvořena v určité části čerpadlového rotoru 1, turbinového rotoru 2 a podobně.

U praktické konstrukce by asi také bylo použito uspořádání s rotující skříní, kdy rotory nerotují v pevném, nehybném plášti, ale plást se otáčí s jedním z rotorů, aby se zmenšily ventilační ztráty při rotaci tohoto rotoru. To vše ale není podstatné pro vysvětlení vynálezu. Zásadní a podstatné je, že turbinový rotor 2 zde nese nikoliv jednu řadu lopatek, ale dvě samostatné řady nad sebou : první lopatkový systém 21 a druhý lopatkový systém 22. V daném příkladě má odpovídající dvě soustavy lopatek i stator 4, převádějící průtok z jednoho z lopatkových systémů 21.,22 turbinového rotoru 2 do čerpadlového rotoru 1.. Průtok vycházející z obvodu čerpadlového rotoru 1. je veden buď do prvního lopatkového systému 21 nebo do druhého lopatkového systému 22 tak, že je v rozváděči části nejprve urychlen v napájecí trysce 31, čímž se vytvoří výtokem z ústí této napájecí trysky 31 kapalinový proud. Známou vlastností kapalinových proudů je, že přilnou k přídržné stěně, umístěné po straně ústí trysky. Zde jsou za ústím napájecí trysky 31 takové stěny dvě: jednak první přídržná stěna 38, jednak druhá přídržná stěna 39. Jestliže proud vytékající z napájecí trysky 31 přilne k první přídržné stěně 38 bude jí veden do prvního kolektoru 33, z kterého vytéká do prvního lopatkového systému 21.Jestliže proud přilne ke druhé přídržné stěně 39, bude jí veden do druhého kolektoru 34 a bude jím protékat do druhého lopatkového systému 22. První kolektor 33 je od druhého kolektoru 34 oddělen, jak je běžné u bistabilních proudových fluidických aktivních prvků, žlábkovým děličem 32. Žlábek zajištuje vnitřní positivní zpětnou vazbu, stabilisující přilnutí k přídržným stěnám. Zejména je v nakresleném případě zapotřebí napomáhat přilnutí ke druhé přídržné stěně 22’ které musí překonávat odstředivé zrychlení. Je možné mu napomoci nejen tvarováním Žlábkového děliče 32, ale například i tím, že první přídržná stěna 38 bude radiálně posunuta tak, že v místech ústí řídicí trysky 35 bude vytvořen stupeň, způsobující zde odtržení proudu od první přídržné stěny 3B, takže přilnutí k ní bude obtížnější. Samozřejmě také může být vhodné umístit rozváděči část v místech, kde dráha pro průtok

225 603 pracovní tekutiny nemá v meridiálním řezu tak značné zakřivení: například od ústí napájecí trysky 31 povedau již obě větve této dráhy prakticky radiálně k ose A. Také může být ústí napájecí trysky 31 nasměrována spíěo do druhého kolektoru 34 (na připojeném obrázku směřuje tétiž spíěe do prvního kolektoru 22)· Alternativně může být účelné zajistit, aby prvek nefungoval jako bistabilní, ale například jako monostabilní. Druhá přídržná stěna 39 může totiž například zcela chybět, ^d ústí napájecí trysky 31 potom ovšem proud bude dávat přednost přilnutí k první přídržné stěně 36 a bez přívodu řídicího průtoku do řídicí trysky 35 bude tekutina trvale procházet pouze prvním lopatkovým systémem 21. Převedení do druhého lopatkového systému 22 dosáhne proudem vytékajícím z řídicí trysky 35. který má tvar obvodové štěrbiny po celém obvodu dráhy pro průtok pracovní tekutiny. Jakmile pak výtok z řídicí trysky 22 zanikne, vrátí se u takovéto monostabilní varianty průtok opět do prvního kolektoru 33« Potřebný výtok z řídicí trysky 35 je vyvozen tak, že na výstupu z čerpadlového rotoru 1 je přes Štěrbinu sběracího kanálku 13 odebíráno jisté nevelké množství tekutiny v místech, kdo je zúžena za napájecí tryskou 31 a kde jo tedy její tlaková energie přeměněna na kinetickou a oproti výstupu z čerpadlového rotoru 1 je tedy nižěí tlak. Tento tlakový rozdíl působí, že tekutina z řídicí trysky 35 vytéká. Ovládání se může dít například elektromagnetickým ventilem, přerušujícím průtok přívodním kanálkem 53: na obrázku je zachycen pouze vnější kryt elektromagnetického ventilu 5. a čárkovaně cesta průtoku jím procházející tekutiny.

V naktesleném provedení se však předpokládá bistabilní funkce fluidického rozváděcího prvku a alternativním přilnutím buď k první přídržné stěně 38 nebo k druhé přídržné stěně 39» Výhodou jo, že při bistabilním uspořádání není zapotřebí trvalý výtok tekutiny z řídicí trysky 35« K ovládání postačí vždy jen krátkodobé průtokové překlápěcí impulsy, způsobující separaci proudu od jedné přídržné stěny a jeho přilnutí ke druhé stěně protilehlé. Uspoří se tedy na energii odebírané tekutiny a účinnost může být vyšší. Pro bistabilní funkci je ovšem zapotřebí ještě druhá řídicí tryska 36. která v nakresleném uspořádání způsobuje překlopení proudu od druhé přídržné stěny 39 k první přídržné stěně 38. Aby průtok od ovládacího elektro magnetického ventilu mohl být přiveden do druhé řídicí trysky 22» 3® ^v nakresleném uspořádání naznačeno, že jo veden dutými lopatkami, nesoucími jednak dělič 32. jednak celou vnitřní část rozváděče, s druhou přídržnou stěnou 39 a druhou řídicí tryskou 36. Komplikacím s dutými lopatkami je možné se vyhnout, umístí-li so příslušný elektromagnetický ventil uvnitř prstence dráhy pro průtok pracovní tekutiny, například tak, že bude spolu s vnitřkem rozváděči části nesen statorem 4. Bistabilní varianta je vhodná tam, kde oba režimy trvají delší dobu a klade se důraz na účinnost ústrojí. Trvárli jeden z režimů vždy výrazně kratší dobu než druhý a zejména aení-li po dobu trvání tohoto kratšího režimu (například brzdění) účinnost tak důležitá (při brzdění se tak jako tak energie maří), bude vhodnější monostabilní varianta. V zásadě je také možné uspořádat rozváděči fluidický prvek bez přídržných stěn 28,29. Potom Je nutn<£ k vychylování proudů vytékajícího z napájecí trysky 31 vždy trvalý výtek buď z řídicí trysky 35 nebo druhé řídicí trysky 36 po dobu obou režimů. Potom je možné namísto dvoupolohového řízení spojitě nastavovat stavy, při kterých se mění poměr částí piůtok, procházejících prvním lopatkovým systémem 21 a druhým lopatkovým systémem 22.

Podle vynálezu lze tedy podle přivedeného elektrického řídicího signálu vést tekutinu alternativně dvěma různými lopatkovými systémy. Předpokládá se, že jeden systém má lopatky

225 603 tvarovány tak, aby se dosáhle eptimální funkce při nízkých otáčkách turbinového rotoru 2, kdežto druhý systém má lopatky vhodné pro funkci při vysokých otáčkách. V případě reversátoru se oba lopatkové systémy 21,22 budou lišit svými sklony lopatek tak, že při jednom režimu se bude turbinový rotor 2 otáčet na jednu stranu, při druhém režimu potom na druhou stranu. Konečně v případě retardéru bude jeden systém lopatek tvarován tak, že při průtoku kapaliny tímto systémem bude turbinový rotor 2 brzděn: kapalina bude mít tendenci uvést jej do stavu s nulovými otáčkami.

Ústrojí pro řízený přenos rotačního pohybu může nalézt výhodné uplatnění všude tam, kde je nutné ovládat přenos výkonu rotačním pohybem mechanických součástí. Přitom se výhodně projeví nižší cena proti dosud známým řešením, dosažená tím, že ovládání přenosu probíhá bez použití jakýchkoliv přídavných mechanismů, například převodů ozubenými koly. Tato nižší cena je důležitým faktorem zejména při přenosu menších výkonů, kde dosud bylo butné se spokojit s nižšími účinnostmi, protože známé cesty například s mechanickým natáčením lopatek pro zvětšení účinnosti nebyly finančně únosná. Může jit o aplikace v různých výrobních strojích textilních nebo obráběcích. Může také být výhodné uplatnění v dopravních prostředcích, například motorových vozidlech.

Claims (4)

1. Ústrojí pro řízený přenos rotačního pojiybu se vstupní součástí, například hnacím hřídelem, kterým je do ústrojí vnášen rotační pohyb, a dále s výstupní součástí, například hnaným hřídelem, na ktereu je v ústrojí tento pohyb v proměnné velikosti a eventuálně i proměnném smyslu rotace přenášen, a konečně s dráhou pro průtok pracovní tekutiny, které prochází jednak seuetavou čerpadlových lepatek mechanicky spojených se vstupní součástí, jednak nejméně jednou aouetavou turbinových lepatek mechanicky spojených s výstupní součástí, vyznačující se tím,, že do dráhy pro průtok pracovní tekutiny je zařazen alespoň jeden proudový fluidický rozváděči prvek s nejméně jednou řídicí tryskou (35) napojenou na přívod řídicího průtoku pracovní tekutiny a tak orientovanou, že směr jejího ústí svírá s místním směrem dráhy pro průtok pracovní tekutiny nenulový úhel.

2. Ústrojí podle bodu 1, vyznačující se tím, že v proudovém rozváděcim prvku je část dráhy pro průtok pracovní tekutiny před ústím řídicí trysky (35) zúžena tak, že tvoří napájecí trysku (31).

3. Ústrojí podle bodů 1 nebo 2, vyznačující se tím, že za ústím řídicí trysky (35) ve směru proudění z napájecí trysky (31) je v proudovém rozváděcim prvku dráha pro průtok pracovní tekutiny, kde alespoň po jedné straně této dráhy je upravena přídržná stěna, například první přídržná stěna (3θ).

4. Ústrojí podle bodů 2 nebo 3, vyznačující se tím, že je opatřeno dvěma soustavami turbinových lopatek a to prvním lopatkovým systémem (21) a druhým lopatkovým systémem (22) a dále proti napájecí trysce (31) upravenou dvojicí kolektorů a to prvním kolektorem (33) a druhým kolektorem (34) a dráha pro průtok pracovní tekutiny má vytvořeny dvě souběžné větvíš tak, že první větev vede z prvého kolektoru (33) přes první lopatkový systém (21), kdežto druhá větev vede z druhého kolektoru (34) přes druhý lopatkový systém (22), přičemž za oběma lopatkovými systémy (21,22) se obě větve dráhy pro průtok pracovní tekutiny spolu spojují.