PL240963B1

PL240963B1 - Dwudrożna przekładnia hydromechaniczna z krążeniem mocy

Info

Publication number: PL240963B1
Application number: PL422664A
Authority: PL
Inventors: Wiesław Olędzki; Wiesław Julian Olędzki
Original assignee: Oledzki Wieslaw Julian
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2017-08-28
Publication date: 2022-07-04
Also published as: PL422664A1; US20190063575A1

Abstract

Dwudrożna przekładnia hydromechaniczna zawierająca: kadłub; wał wejściowy (W1) ułożyskowany obrotowo w kadłubie; wał wyjściowy (W2) ułożyskowany obrotowo w kadłubie; przekładnię hydrokinetyczną (1) zawierającą rotor pompy, rotor turbiny, oraz kierownicę zabezpieczoną przed obrotem względem kadłuba; oraz przekładnię planetarną zawierającą koło koronowe, koło słoneczne, satelity i jarzmo; charakteryzuje się tym, że wał wejściowy przekładni jest bezpośrednio połączony z wirnikiem turbiny.

Description

PL 240 963 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dwudrożna przekładnia hydromechaniczna, a dokładniej przekładnia będąca połączeniem przekładni hydrokinetycznej i wyjściowej przekładni planetarnej. Znane przekładnie hydromechaniczne będące połączeniem przekładni hydrokinetycznej i stopniowanej skrzyni biegów, na ogół złożonej z kilku przekładni planetarnych, mają wał wejściowy (napędzający) połączony z wirnikiem pompy przekładni hydrokinetycznej i wał wyjściowy (połączony z napędzanym urządzeniem) połączony z wirnikiem turbiny przekładni hydrokinetycznej. Znane przekładnie hydromechaniczne będące połączeniem przekładni hydrokinetycznej i pojedynczej przekładni planetarnej dzielą się na dwa typy: typ pierwszy, z przekładnią planetarną rozdzielczą, to znaczy umieszczoną na wejściu całej przekładni, oraz typ drugi, z przekładnią planetarną zbierającą (sumującą) umieszczoną na wyjściu całej przekładni. W przekładni pierwszego typu wał wejściowy (napędzający) połączony jest z jednym z trzech podstawowych członów przekładni planetarnej (tzn. kołem słonecznym, kołem koronowym, lub jarzmem), wirnik pompy połączony jest z innym członem przekładni planetarnej, a wirnik turbiny połączony jest z jeszcze innym członem przekładni planetarnej oraz z wałem wyjściowym (napędzanym); wirnik kierownicy jest połączony z kadłubem przekładni (nieruchomo, lub poprzez sprzęgło jednokierunkowe). W przekładni drugiego typu wał wejściowy (napędzający) połączony jest bezpośrednio z wirnikiem pompy oraz z jednym członem przekładni planetarnej, wirnik turbiny połączony jest z innym członem przekładni planetarnej, a wał wyjściowy (napędzany) połączony jest z jeszcze innym członem przekładni planetarnej; wirnik kierownicy jest połączony z kadłubem przekładni (nieruchomo, lub poprzez sprzęgło jednokierunkowe). Schem aty kinematyczne znanych przekładni obu typów przedstawione są na Fig. 1-12.

Dla zwiększenia zakresu zmienności stopnia przełożenia (co jest niezbędne w przypadku większości zastosowań) stosuje się układy z przekładnią hydrokinetyczną i kilkoma przekładniami planetarnymi (automatyczne skrzynie biegów), których człony łączone są z turbiną przekładni hydrokinetycznej i kadłubem przekładni za pomocą sprzęgieł i hamulców; przekładnie takie wymagają osobnych układów sterowania i przełączania biegów i są bardzo skomplikowane i drogie.

Celem wynalazku jest skonstruowanie przekładni mającej podstawowe zalety automatycznej skrzyni biegów, to znaczy szeroki zakres zmienności stopnia przełożenia i zmianę stopnia przełożenia nie wymagającą ingerencji kierowcy, przy znacznie prostszej konstrukcji, a w szczególności nie wymagającej stosowania stopniowanej skrzyni biegów składającej się z wielu przekładni planetarnych, sprzęgieł i hamulców, osobnego układu sterowania i układu automatycznej zmiany biegów stopniowanej skrzyni biegów.

Istota wynalazku polega na połączeniu wału wejściowego przekładni składającej się z przekładni hydrokinetycznej i pojedynczej przekładni planetarnej bezpośrednio z wirnikiem turbiny przekładni hydrokinetycznej; ponadto wał wejściowy połączony jest z kołem koronowym przekładni planetarnej, wirnik pompy przekładni hydrokinetycznej połączony jest z kołem słonecznym przekładni planetarnej, a wał wyjściowy przekładni połączony jest z jarzmem przekładni planetarnej. Dzięki takiej konstrukcji przekładni, strumień cieczy pompowanej przez pompę po wpłynięciu do wirnika turbiny wytwarza na nim dodatkowy moment obrotowy i dodatkową moc, które dodają się do momentu i mocy dostarczonych przez silnik do turbiny poprzez wał wejściowy połączony bezpośrednio z turbiną; powoduje to, że wirnik pompy obracany jest z większym momentem i większą mocą niż te dostarczone przez silnik, dzięki czemu generuje on strumień cieczy o zwiększającej się energii, który po trafieniu do wirnika turbiny wytwarza znowu powiększające się moment obrotowy i moc na wale wejściowym, po czym opisany proces zwiększania się momentu obrotowego i mocy na wale wejściowym 1 na wirniku pompy znowu powtarza się (jest to zjawisko krążenia mocy), przy czym kolejne przyrosty momentu i mocy stają się coraz mniejsze na skutek tego, że sprawność przekładni hydrokinetycznej jest mniejsza od 1 (gdyby sprawność przekładni hydrokinetycznej była równa 1 moment i moc krążąca w przekładni według wynalazku rosłyby do nieskończoności). Moment obrotowy na wale wejściow ym przekazywany do przekładni planetarnej poprzez koło koronowe i moment obrotowy na wirniku pompy przekazywany do przekładni planetarnej poprzez koło słoneczne sumują się na jarzmie i połączonym z nim wale wyjściowym. Połączenie wału wejściowego przekładni bezpośrednio z wirnikiem turbiny przekładni planetarnej umożliwia uzyskanie przekładni o stopniu przełożenia dynamicznego przekraczającym 29:1 i prędkości narastania momentu wyjściowego nawet 7 razy większej niż w znanych przekładniach hydromechanicznych; ponadto dynamiczny stopień przełożenia przekładni według wynalazku może się zmieniać samoczynnie, wraz ze zmianami obciążeń zewnętrznych, w bardzo szerokim zakresie, np. w granicach od X do

PL 240 963 B1

14X, a nawet szerszych, bez konieczności stosowania wielu przekładni planetarnych, sprzęgieł, hamulców, automatu do ich przełączania i odrębnego układu sterowania, podczas gdy typowy zakres zmienności stopnia przełożenia znanych przekładni automatycznych nie przekracza zakresu od X do 7X. Przekładnia według niniejszego wynalazku przeznaczona jest do napędu pojazdów i maszyn przeznaczonych do eksploatacji w trybie start-stop i w warunkach obciążeń zmieniających się w szerokich granicach, a więc autobusów miejskich, ładowarek, buldożerów, małych maszyn do robót ziemnych, a zwłaszcza pojazdów specjalnego przeznaczenia, takich jak lotniskowe samochody pożarnicze, pojazdy wojskowe i pojazdy sportowe, gdzie możliwość osiągania wielkich przyspieszeń ma zasadnicze znaczenie.

Sześć różnych realizacji wynalazku jest przedstawionych schematycznie na załączonych rysunkach, przy czym na wszystkich rysunkach analogiczne elementy różnych wersji przekładni są oznaczone tymi samymi symbolami.

Fig. 1-12 przedstawiają schematycznie znane z zastanego stanu techniki dwudrożne przekładnie hydromechaniczne będące połączeniem przekładni hydrokinetycznej z pojedynczą przekładnią planetarną, gdzie 1 oznacza przekładnię hydrokinetyczną, T oznacza wirnik turbiny przekładni hydrokinetycznej, P oznacza wirnik pompy przekładni hydrokinetycznej, K oznacza wirnik kierownicy przekładni hydrokinetycznej; 2 oznacza przekładnię planetarną, S oznacza koło słoneczne przekładni planetarnej, KK oznacza koło koronowe przekładni planetarnej, J oznacza jarzmo przekładni planetarnej, W1 oznacza wał napędzający (czynny) przekładni, W2 oznacza wał napędzany (bierny) przekładni.

Fig. 13 przedstawia schematycznie pierwszy wariant przekładni według wynalazku.

Fig. 14 przedstawia przykładową charakterystykę standardowej przekładni hydrokinetycznej, gdzie it oznacza przełożenie dynamiczne, is oznacza przełożenie kinematyczne, a η oznacza sprawność przekładni.

Fig. 15 przedstawia przykładową charakterystykę przekładni według wynalazku ukazanej na Fig. 13.

Fig. 16 przedstawia drugi wariant przekładni według wynalazku.

Fig. 17 przedstawia schematycznie trzeci wariant przekładni według wynalazku.

Fig. 18 przedstawia schematycznie czwarty wariant przekładni według wynalazku.

Fig. 19 przedstawia przykładową charakterystykę przyspieszającej przekładni hydrokinetycznej.

Fig. 20 przedstawia przykładową charakterystyką przekładni według wynalazku ukazanej na Fig. 18.

Fig. 21 przedstawia schematycznie piąty wariant przekładni według wynalazku.

Fig. 22 przedstawia schematycznie szósty wariant przekładni według wynalazku.

W pierwszej wersji przekładni według wynalazku (Fig. 13) wał napędzający W1 połączony jest bezpośrednio z wirnikiem turbiny T przekładni hydrokinetycznej 1, oraz z kołem koronowym KK przekładni planetarnej 2, wirnik pompy P przekładni hydrokinetycznej połączony jest z kołem słonecznym S przekładni planetarnej 2, a wał napędzany W2 przekładni połączony jest bezpośrednio z jarzmem J przekładni planetarnej 2; tak więc, przy zatrzymanym wale wyjściowym, wirniki pompy i turbiny przekładni hydrokinetycznej obracają się w przeciwnych kierunkach; Fig. 15 ukazuje przykładową charakterystykę przekładni ukazanej na Fig. 13 wyposażonej w standardową przekładnię hydrokinetyczną o charakterystyce ukazanej na Fig. 14.

Drugi wariant przekładni według wynalazku (Fig. 16), będący wersją przekładni ukazanej na Fig. 13, różni się od przekładni ukazanej na Fig. 13 jedynie tym, że wirnik pompy P przekładni hydrokinetycznej połączony jest z kołem słonecznym S przekładni planetarnej za pośrednictwem pomocniczej przekładni zmieniającej kierunek obrotów 3; tak więc, przy zatrzymanym wale wyjściowym, wirniki pompy i turbiny przekładni hydrokinetycznej obracają się w tym samym kierunku, jak to ma miejsce w przekładniach hydrokinetycznych najbardziej rozpowszechnionego typu.

W trzecim wariancie przekładni według wynalazku (Fig. 17) wał napędzający W1 połączony jest z wirnikiem turbiny T przekładni hydrokinetycznej oraz z kołem koronowym KK przekładni planetarnej za pośrednictwem przekładni redukcyjnej 4, przy czym małe koło K1 przekładni zwalniającej 4 osadzone jest na wale wejściowym W1, a duże koło K2 przekładni zwalniającej 4 osadzone jest na wale wyjściowym W11 przekładni zwalniającej 4. Dzięki temu zakres pracy wirników pompy i turbiny przekładni hydrokinetycznej zostaje przesunięty do niższych (np. 2-3 razy) prędkości obrotowych, co może polepszyć sprawność przekładni.

Claims

PL 240 963 B1

W czwartym wariancie przekładni według wynalazku (Fig. 18), wał napędzający W1 połączony jest z wirnikiem turbiny T przekładni hydrokinetycznej oraz z kołem słonecznym S przekładni planetarnej, wirnik pompy P przekładni hydrokinetycznej połączony jest bezpośrednio z kołem koronowym KK przekładni planetarnej, a wał napędzany W2 przekładni połączony jest bezpośrednio z jarzmem J przekładni planetarnej. Zastosowana w przekładni uwidocznionej na Fig. 18 przekładnia hydrokinetyczna jest niestandardową przekładnią przyspieszającą, w której wirnik turbiny obraca się szybciej od wirnika pompy; Fig. 20 ukazuje przykładową charakterystykę przekładni ukazanej na Fig. 18 wyposażonej w niestandardową przyspieszającą przekładnię hydrokinetyczną o charakterystyce ukazanej na Fig. 19.

Piąty wariant przekładni według wynalazku (Fig. 21), różni się od przekładni ukazanej na Fig. 18 jedynie tym, że wał napędzający W1 połączony jest z wirnikiem turbiny T przekładni hydrokinetycznej oraz z kołem słonecznym S przekładni planetarnej za pośrednictwem przekładni redukcyjnej 4; dzięki temu zakres pracy wirników pompy i turbiny przekładni hydrokinetycznej zostaje przesunięty do niższych (np. 2-3 razy) prędkości obrotowych, co może polepszyć sprawność przekładni.

Fig. 22 przedstawia schematycznie szósty wariant przekładni według wynalazku, będący wersją przekładni ukazanej na Fig. 18, i różni się od przekładni ukazanej na Fig. 18 jedynie tym, że wirnik pompy P przekładni hydrokinetycznej połączony jest z kołem koronowym KK przekładni planetarnej za pośrednictwem pomocniczej przekładni zmieniającej kierunek obrotów 3; dzięki temu, przy zatrzymanym wale wyjściowym, wirniki pompy i turbiny przekładni hydrokinetycznej obracają się w tym samym kierunku.

We wszystkich wymienionych wariantach przekładni według wynalazku może być zastosowane sprzęgło sprzęgające wirniki pompy i turbiny (co dodatkowo zwiększa zakres zmienności stopnia przełożenia), a dla polepszenia sprawności w sytuacji, gdy prędkości obrotowe wirników pompy i turbiny zrównują się, wirnik kierownicy może być zamontowany na sprzęgle jednokierunkowym.

Powyższy opis przedstawia sześć przykładowych realizacji przedmiotu wynalazku. Specjalista w dziedzinie inżynierii mechanicznej w oparciu o ten opis oraz załączone rysunki i zastrzeżenia patentowe łatwo zorientuje się, że można do tych projektów wprowadzić pewne zmiany i modyfikacje nie wykraczając poza naturę, zakres i innowacyjne koncepcje zdefiniowane w zastrzeżeniach patentowych.

Zastrzeżenia patentowe

1. Dwudrożna przekładnia hydromechaniczna zawierająca: kadłub; wał wejściowy ułożyskowany obrotowo w kadłubie; wał wyjściowy ułożyskowany obrotowo w kadłubie; przekładnię hydrokinetyczną zawierającą rotor pompy, rotor turbiny, oraz kierownicę zabezpieczoną przed obrotem względem kadłuba; oraz przekładnię planetarną zawierającą koło koronowe, koło słoneczne, satelity i jarzmo; znamienna tym, że wał wejściowy W1 przekładni jest połączony bezpośrednio lub za pośrednictwem przekładni redukcyjnej 4 z wirnikiem turbiny T przekładni hydrokinetycznej 1.
2. Dwudrożna przekładnia hydromechaniczna według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że wał wyjściowy W2 połączony jest z jarzmem J przekładni planetarnej 2, wał wejściowy W1 połączony jest z kołem koronowym KK przekładni planetarnej 2, a rotor pompy P przekładni hydrokinetycznej 1 połączony jest bezpośrednio z kołem słonecznym S przekładni planetarnej 2.
3. Dwudrożna przekładnia hydromechaniczna według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że wał wyjściowy W2 połączony jest z jarzmem J przekładni planetarnej 2, wał wejściowy W1 połączony jest z kołem słonecznym S przekładni planetarnej 2, a rotor pompy P przekładni hydrokinetycznej 1 połączony jest bezpośrednio z kołem koronowym KK przekładni planetarnej 2.
4. Dwudrożna przekładnia hydromechaniczna według zastrzeżenia 3, znamienna tym, że przekładnia hydrokinetyczną 1 jest przekładnią przyspieszającą, której rotor turbiny T obraca się z większą prędkością obrotową niż rotor pompy P.
5. Dwudrożna przekładnia hydromechaniczna według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że rotor pompy P jest połączony z kołem słonecznym S przekładni planetarnej 2 za pośrednictwem przekładni zmieniającej kierunek obrotu 3.
6. Dwudrożna przekładnia hydromechaniczna według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że rotor pompy P jest połączony z kołem koronowym KK za pośrednictwem przekładni zmieniającej kierunek obrotu 3.