RU2557105C1

RU2557105C1 - Hydraulic transmission

Info

Publication number: RU2557105C1
Application number: RU2014106714/11A
Authority: RU
Inventors: Фарит Фаварисович Ахияров
Original assignee: Фарит Фаварисович Ахияров
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2015-07-20

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to motor car production and can be used as an alternative for automatic gearboxes. Hydraulic transmission is composed of hydraulic and hydraulic pump and consists of housing (1) and rotors (12), (13) with plates (17), (18) engaged via gears (19) with counterweights (20). Distribution disc (23) has stator with shaped groove (24) provided with band brake (25) and disc shutters (26), (27). Besides, it has two suction chambers (29) and two pressure chambers (30) in the area of hydraulic pump. Pressure chambers (31) and displacement chambers (32) are arranged in the area of hydraulic motor. Openings are made on inner surface of stator (24) with spacing corresponding to hydraulic transmission shifting pitch while opening and closing of said of said openings are performed by generating line of distribution disc (23).

EFFECT: higher efficiency.

6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а в частности к объемным гидропередачам, и может быть использовано в трансмиссиях самоходных транспортных средств и в приводах строительных машин.The invention relates to mechanical engineering, and in particular to volumetric hydraulic transmission, and can be used in transmissions of self-propelled vehicles and in drives of construction vehicles.

Известны различные конструкции объемных гидропередач, в основе которых используются пластинчатые, аксиально-поршневые, радиально-поршневые и другие гидронасосы и гидромоторы. Достаточно широкое распространение объемные гидропередачи с применением аксиально-поршневых гидронасосов и гидромоторов получили в приводах строительных машин, пластинчатые гидромашины нашли свое применение в объемных приводах металлорежущих станков. [1]There are various designs of volumetric hydraulic transmissions, based on which are lamellar, axial piston, radial piston and other hydraulic pumps and hydraulic motors. Volumetric hydraulic transmissions using axial piston hydraulic pumps and hydraulic motors are quite widespread in the drives of construction vehicles, plate hydraulic machines have found their application in volumetric drives of metal cutting machines. [one]

Многочисленные попытки использовать объемные гидропередачи для привода транспортных средств не дали существенных результатов. Это объясняется тем, что не одна из известных объемных гидропередач не может отвечать следующим жестким требованиям, предъявляемым к автомобильным трансмиссиям:Numerous attempts to use volumetric hydraulic transmissions to drive vehicles have not yielded significant results. This is due to the fact that not one of the known volumetric hydraulic transmissions cannot meet the following stringent requirements for automobile transmissions:

- обеспечить выполнение требуемых режимов работы с необходимым диапазоном регулирования.- ensure the implementation of the required operating modes with the required control range.

- иметь высокий КПД на преобладающих режимах работы.- have high efficiency in the prevailing modes of operation.

Кроме того, автомобильная трансмиссия должна проходить по таким параметрам, как небольшая масса и габариты, технологичность и невысокая стоимость в условиях крупносерийного производства, долговечность и надежность, а также ремонтопригодность.In addition, a car transmission should take place according to parameters such as light weight and dimensions, manufacturability and low cost in large-scale production, durability and reliability, as well as maintainability.

Достаточно широкое распространение в трансмиссиях транспортных средств получили гидродинамические передачи, так называемые гидротрансформаторы, обеспечивающие передачу крутящего момента за счет гидродинамического воздействия направленного потока рабочей жидкости от насосного колеса на лопатки роторного колеса, без осуществления жесткой кинематической связи. В современных гидротрансформаторах, на преобладающих режимах работы, при скоростях вращения роторного колеса, близкой к скорости вращения насосного колеса, с целью снижения тепловых потерь (КПД гидропередачи на данном режиме меньше 85%) выполняется кинематическая связь посредством муфты, блокирующей насосное колесо с роторным колесом. Гидротрансформаторы по причине невысокого коэффициента трансформации крутящего момента (меньше трех в режиме остановки ведомого вала) используются совместно с гидромеханическими коробками перемены передач, образуя общий узел, имеющий название автоматической коробки перемены передач (АКПП). [2]Hydrodynamic transmissions, the so-called torque converters, that provide torque transmission due to the hydrodynamic effect of the directed flow of the working fluid from the pump wheel to the rotor blades without a rigid kinematic connection, are quite widespread in vehicle transmissions. In modern torque converters, in the prevailing modes of operation, at rotational speeds of the rotor wheel close to the speed of rotation of the pump wheel, in order to reduce heat loss (hydraulic transmission efficiency in this mode is less than 85%), kinematic coupling is performed by means of a coupling blocking the pump wheel with the rotor wheel. Due to the low torque transformation ratio (less than three in the output shaft stopping mode), torque converters are used together with hydromechanical gearboxes to form a common unit called an automatic gearbox. [2]

АКПП технологически достаточно сложный и дорогостоящий агрегат, имеющий на единицу передаваемой мощности значительную массу и внушительные габаритные размеры. [3]Automatic transmission is a technologically complex and expensive unit that has a significant mass and impressive overall dimensions per unit of transmitted power. [3]

В результате проведенного поиска и анализа объемных и гидродинамических передач, известную гидромашину, способную самостоятельно, без преобразования крутящего момента во вспомогательных агрегатах, обеспечить выполнение всех требуемых для автомобильной трансмиссии параметров, обнаружить не удалось.As a result of the search and analysis of volumetric and hydrodynamic transmissions, it was not possible to detect the well-known hydraulic machine, capable of independently, without converting torque in auxiliary units, to ensure that all the parameters required for the automobile transmission were met.

Известная объемная гидропередача (Патент RU 2220342 С2, МПК 7 F16H 39/00), являющаяся прототипом заявленной гидропередачи, состоит из насоса и гидродвигателя, соосно расположенных во внутренней расточке корпуса, служащего также резервуаром для рабочей жидкости. Пластинчатый гидронасос и гидродвигатель переменных рабочих объемов, имеющие одинаковую конструкцию, состоят из ротора с пазами, в которых размещены пластины, а также диски, имеющие центральное отверстие для пропуска ротора и пазы для пропуска пластин. В расточке корпуса между ротором насоса и ротором гидродвигателя установлена поперечная перегородка с возможностью продольного скольжения и имеющая каналы подвода и отвода для рабочей жидкости. Передаточное отношение гидропередачи регулируется смещением корпуса в осевом направлении.The known volumetric hydraulic transmission (Patent RU 2220342 C2, IPC 7 F16H 39/00), which is the prototype of the claimed hydraulic transmission, consists of a pump and a hydraulic motor coaxially located in the inner bore of the housing, which also serves as a reservoir for the working fluid. The vane-type hydraulic pump and the variable displacement hydraulic motor, having the same design, consist of a rotor with slots in which the plates are placed, as well as disks having a central hole for rotor passage and slots for plate passage. In the housing bore between the pump rotor and the hydraulic motor rotor, a transverse partition is installed with the possibility of longitudinal sliding and having channels for supplying and discharging the working fluid. The gear ratio of the hydraulic transmission is regulated by the displacement of the housing in the axial direction.

Данная гидропередача конструктивно представлена таким образом, чтобы обеспечить возможность передачи крутящего момента и возможность изменения передаточного отношения без подтверждения функций выполнения режимов работы в соответствии с режимами работы, принятыми для АКПП, а также ее применение в качестве автомобильной трансмиссии препятствуют присущие известным пластинчатым гидромашинам недостатки:This hydraulic transmission is structurally presented in such a way as to provide the possibility of transmitting torque and the possibility of changing the gear ratio without confirming the functions of the operating modes in accordance with the operating modes adopted for automatic transmission, as well as its use as an automobile transmission, the inherent disadvantages of known plate hydraulic machines are:

- ограничения по скорости вращения ротора до 1500 об/мин (связанные с возрастающими в квадратичной зависимости от скорости вращения центробежными силами, действующими со стороны пластин на профилированную поверхность корпуса, и вероятностью кавитационных процессов во всасывающих каналах);- restrictions on the rotor speed up to 1500 rpm (associated with centrifugal forces increasing in the quadratic dependence on the speed of rotation, acting from the plates on the profiled surface of the housing, and the likelihood of cavitation processes in the suction channels);

- относительно невысокий КПД, ниже 90% (связанными с гидростатическими потерями в каналах подвода и отвода, а также коаксиальное направление этих каналов не способствует эффективному использованию гидродинамических свойств рабочей жидкости на увеличение крутящего момента ведомого вала).- relatively low efficiency, below 90% (associated with hydrostatic losses in the supply and exhaust channels, as well as the coaxial direction of these channels does not contribute to the effective use of the hydrodynamic properties of the working fluid to increase the torque of the driven shaft).

В предлагаемой гидропередаче предложен ряд технических решений, исключающих или сводящих к минимуму указанные недостатки и обеспечениющие возможность передачи крутящего момента в необходимом для автомобильной трансмиссии диапазоне передаточных чисел, выполнение всех требуемых для АКПП режимов работы с более высоким КПД и со значительно меньшими массогабаритными и стоимостными характеристиками.The proposed hydraulic transmission offers a number of technical solutions that eliminate or minimize these drawbacks and provide the possibility of transmitting torque in the range of gear ratios necessary for an automobile transmission, fulfilling all the operating modes required for automatic transmission with higher efficiency and with significantly lower weight and size and cost characteristics.

Заявленная гидропередача, состоящая из роторно-пластинчатого гидронасоса и гидромотора в одном корпусе, имеющих общий статор, выполненный с возможностью продольного перемещения с заданным шагом, соответствующим шагу переключения режимов работы гидропередачи, и с возможностью вращения, причем вращение и торможение статора обеспечивается через ленточный или дисковый тормоз, а также общий, разделяющий рабочие камеры гидронасоса и гидромотора, распределительный диск, плотно со скользящей посадкой установленный во внутреннюю профилированную проточку статора, на которой имеются окна, выполненные продольными дорожками по ходу движения пластин связанными через гидролинии с окнами в других рабочих камерах. Ограничивают рабочие камеры гидронасоса и гидромотора дисковые заслонки, установленные с возможностью вращения с каждой стороны статора, имеющие плотную скользящую посадку по внешнему диаметру ротора и радиальные пазы для пропуска пластин, а также имеющие области бустера с уплотнительными кольцами для компенсации сил воздействия давления рабочей жидкости со стороны рабочих камер. Пластины ротора гидронасоса и гидромотора связаны с противовесами через промежуточные шестерни или через коромысла, а для гидропередач, работающих на высоких оборотах, целесообразней противовесы располагать по другую сторону роторов и связывать их с пластинами через штанги, при этом необходимо поджим пластин к профилированной поверхности статора обеспечить принудительно, под действием заданного давления рабочей жидкости, поступающей в полость под пластины, что осуществляется через гидролинии, выполненные в роторах и кольцевой области с уплотнительными кольцами, между ротором и фланцем гидропередачи. Технический результат заявленной гидропередачи заключается в устройстве статора, а именно в геометрии окон и гидролиний, обеспечивающих подачу рабочей жидкости в рабочие камеры и ее вытеснение в направлении движения пластин, без потери скорости движения потоков, способствуя передаче части энергии крутящего момента гидродинамическим способом, а также рядное расположение окон обеспечивает, при перемещении статора, последовательное их открытие или закрытие посредством плотного примыкания внешней образующей распределительного диска к профилированной поверхности статора, осуществляя при этом переключение гидропередачи на заданные режимы работы, соответствующие режимам работы, принятым для АКПП (режим «Р» - парковка; «N» - нейтральная передача; «R» - задний ход (Reverse); основной режим движения вперед «D» - (Drive) со ступенями, обеспечивающими необходимый диапазон передаточных отношений), причем на режиме прямой передачи гидропередача работает как муфта, обеспечивая вращение статора совместно с ротором гидронасоса и ротором гидромотора, без взаимных перемещений элементов гидропередачи и без перемещения рабочей жидкости обеспечивая работу гидропередачи с максимально высоким КПД, превышающим КПД АКПП.The claimed hydraulic transmission, consisting of a rotary vane hydraulic pump and a hydraulic motor in one housing, having a common stator, made with the possibility of longitudinal movement with a given step corresponding to the step of switching the hydraulic transmission operation modes, and with the possibility of rotation, moreover, rotation and braking of the stator is provided through a tape or disk the brake, as well as the general, separating the working chambers of the hydraulic pump and the hydraulic motor, a distribution disk, tightly with a sliding fit installed in the inner profiles This stator groove, on which there are windows made by longitudinal paths in the direction of movement of the plates connected through hydraulic lines with windows in other working chambers. The working chambers of the hydraulic pump and the hydraulic motor are limited by disk shutters installed rotatably on each side of the stator, having a tight sliding fit along the outer diameter of the rotor and radial grooves for the passage of the plates, as well as having booster areas with o-rings to compensate for the forces of the working fluid pressure from the side working chambers. The plates of the rotor of the hydraulic pump and the hydraulic motor are connected to the counterweights through the intermediate gears or through the rocker arms, and for hydraulic transmissions operating at high revolutions, it is more expedient to place the counterweights on the other side of the rotors and connect them to the plates through the rods, it is necessary to force the plates to be forced to the profiled stator surface , under the action of a given pressure of the working fluid entering the cavity under the plate, which is carried out through the hydraulic lines made in the rotors and the annular region ty with o-rings between the rotor and the hydraulic transmission flange. The technical result of the claimed hydraulic transmission is the stator device, namely, the geometry of the windows and hydraulic lines that ensure the supply of the working fluid to the working chambers and its displacement in the direction of movement of the plates, without loss of flow velocity, contributing to the transfer of part of the torque energy in a hydrodynamic way, as well as in-line the location of the windows provides, when moving the stator, their sequential opening or closing by tightly adjoining the outer generatrix of the distribution disk to profiled stator surface, while switching the hydraulic transmission to the specified operating modes corresponding to the operating modes adopted for automatic transmission (“P” mode - parking; “N” - neutral gear; “R” - reverse gear (Reverse); main mode of forward movement “D” - (Drive) with steps providing the required range of gear ratios), and in direct transmission, the hydraulic transmission works as a clutch, providing rotation of the stator together with the hydraulic pump rotor and the hydraulic motor rotor, without mutual movements of the guide elements transmission and without moving the working fluid, providing hydraulic transmission with the highest possible efficiency exceeding the automatic transmission efficiency.

Описание чертежейDescription of drawings

На фиг. 1 изображен продольный разрез гидропередачи.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a hydraulic transmission.

На фиг. 2 изображен поперечный разрез гидропередачиIn FIG. 2 shows a cross section of a hydraulic transmission

На фиг.3 изображена схема распределения потоков рабочей жидкости в режиме «R» - задний ход (Reverse).Figure 3 shows a distribution diagram of the flow of the working fluid in the mode of "R" - reverse (Reverse).

На фиг.4 изображена схема распределения потоков рабочей жидкости в режиме «Р» (парковка).Figure 4 shows a distribution diagram of the flow of the working fluid in the mode of "P" (parking).

На фиг.5 изображена схема распределения потоков рабочей жидкости в режиме «D» - основной режим движения вперед (Drive), соответствующая положению первой передачи - ступень «D-1».Figure 5 shows a distribution diagram of the flow of the working fluid in the "D" mode - the main mode of forward movement (Drive), corresponding to the position of the first gear - stage "D-1".

На фиг.6 изображена схема распределения потоков рабочей жидкости в режиме «D», соответствующая работе на прямой передачи - ступень «D-4».Figure 6 shows a distribution diagram of the flow of the working fluid in the "D" mode, corresponding to the work in direct transmission - stage "D-4".

Гидропередача, состоящая из корпуса 1 со стопорным кольцом 2, фиксирующим фланец насоса 3 с радиально-упорным подшипником 4, манжетой 5, а фланец гидромотора 6 с радиально-упорным подшипником 7 и манжетой 8 зафиксирован посредством стопорного кольца 9. Ведущий вал 10 и ведомый вал 11 через шлицевые соединения связаны соответственно с ротором насоса 12 и с ротором гидромотора 13, имеющими в кольцевых проточках уплотнительные кольца 14 обеспечивающие посредством гидролиний 15 и 16 подачу рабочей жидкости под пластины насоса 17 и пластины мотора 18 с зубчатыми рейками по торцам, имеющие зацепление с промежуточными шестернями 19, которые в свою очередь входят в зацепление с зубчатыми рейками противовесов 20. По торцам ротор насоса 12 и ротор гидромотора 13 имеют шипы 21, опирающиеся на радиально-упорные подшипники 22, установленные в распределительном диске 23, который вместе со статором 24, имеющим с внешней стороны ленточный тормоз 25, и с дисковыми заслонками 26 и 27, каждая имеющая по бустерусуплотнительными кольцами 28, образуют в области насоса камеры всасывания 29 и напорные камеры 30, а в области гидромотора камеры нагнетания 31 и камеры вытеснения 32, у которых окна выполненные в статоре 24 переходят в кольцевой канал 33, имеющий перемычку 34 совмещающейся с кольцевым каналом 35 в распределительном диске 23, связанном через серповидные окна 36, имеющие направляющие решетки 37, с камерой всасывания 29.A hydraulic transmission consisting of a housing 1 with a locking ring 2, a fixing flange of the pump 3 with an angular contact bearing 4, a sleeve 5, and a flange of the hydraulic motor 6 with an angular contact bearing 7 and a sleeve 8 is fixed by means of a locking ring 9. The drive shaft 10 and the driven shaft 11 through splined connections are connected respectively to the rotor of the pump 12 and to the rotor of the hydraulic motor 13, having o-rings 14 in the annular grooves providing through hydraulic lines 15 and 16 the supply of the working fluid under the pump plates 17 and the motor plate 18 with gear at the ends at the ends, meshing with the intermediate gears 19, which in turn are engaged with the gear racks of the counterweights 20. At the ends, the pump rotor 12 and the hydraulic motor rotor 13 have spikes 21 based on angular contact bearings 22 mounted in the distribution disk 23, which together with the stator 24, which has an outside brake 25 and with butterfly valves 26 and 27, each with booster rings 28, form suction chambers 29 and pressure chambers 30 in the pump area, and in the the drums of the discharge chamber 31 and the displacement chamber 32, in which the windows made in the stator 24 pass into the annular channel 33, having a jumper 34 aligned with the annular channel 35 in the distribution disk 23, connected through crescent windows 36, having guide lattices 37, with the suction chamber 29 .

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

В предлагаемой гидропередаче основной конструктив и механизм действия остался неизменным и соответствует известным, хорошо зарекомендовавшим себя пластинчатым гидромашинам, а осуществление изобретения обеспечивается с решением следующих задач.In the proposed hydraulic transmission, the main construct and mechanism of action remained unchanged and corresponds to the well-known, well-known plate-type hydraulic machines, and the implementation of the invention is achieved with the following tasks.

1. Исключить или свести к необходимому минимуму влияние центробежных сил, действующих на пластины насоса 17 и пластины гидромотора 18, позволяют балансирующие устройства, обеспечивающие воздействия центробежных сил, действующих на пластины, компенсировать центробежными силами, действующими на противовесы 20 с передачей момента силы через промежуточные шестерни 19 или через коромысла (на чертежах не отражены), а также с возможным размещением противовесов 20 по другую сторону ротора, связав их с пластинами через штанги (на чертежах не отражены). В случае равенства массы пластин 17 или 18 и массы противовесов 20 центробежные силы, действующие на противовесы, уравновешены центробежными силами, действующими на пластины, но для преодоления сил инерции элементов балансирующего устройства на больших скоростях целесообразно иметь массу пластин несколько больше массы соответствующих противовесов.1. Eliminate or minimize the effect of centrifugal forces acting on the plates of the pump 17 and the plates of the hydraulic motor 18, allow balancing devices that provide the effects of centrifugal forces acting on the plates, compensate by centrifugal forces acting on the balances 20 with the transmission of torque through the intermediate gears 19 or through the rocker arms (not shown in the drawings), as well as with the possible placement of counterweights 20 on the other side of the rotor, connecting them to the plates through the rods (not reflected in the drawings ) If the mass of the plates 17 or 18 and the mass of the counterweights 20 are equal, the centrifugal forces acting on the balances are balanced by the centrifugal forces acting on the plates, but to overcome the inertia forces of the elements of the balancing device at high speeds, it is advisable to have the mass of the plates slightly larger than the mass of the corresponding balances.

2. С реализацией балансирующего устройства возникает необходимость выполнения принудительного (управляемого) прижима пластин насоса 17 и пластин гидромотора 18 к внутренней профилированной поверхности статора 24, что обеспечивается подачей рабочей жидкости с соответствующим давлением в свободную область под пластинами 17 и 18. Подача рабочей жидкости осуществляется от внешнего насоса малой производительности или от гидроаккумулятора (на чертежах не показаны), через гидролинии 15, выполненные во фланце насоса 3 и фланце гидромотора 6, через область ограниченную уплотнительными кольцами 14, а также посредством гидролиний 16, выполненных в роторе насоса 12 и в роторе гидромотора 13.2. With the implementation of the balancing device, there is a need to perform forced (controlled) pressing of the pump plates 17 and the hydraulic motor plates 18 to the inner profiled surface of the stator 24, which is achieved by supplying the working fluid with the corresponding pressure to the free area under the plates 17 and 18. The working fluid is supplied from external pump of low productivity or from a hydraulic accumulator (not shown in the drawings), through hydraulic lines 15, made in the pump flange 3 and the hydraulic motor flange 6, through the area limited by the sealing rings 14, and also by means of hydraulic lines 16, made in the rotor of the pump 12 and in the rotor of the hydraulic motor 13.

3. Выполнение режимов работы гидропередачи в соответствии с режимами работы АКПП обеспечивается особой конструкцией статора 24, имеющего возможность осевого вращения и продольного перемещения, причем вращение и торможение обеспечивается через ленточный тормоз 25. Профиль внутренней поверхности статора 24, выполненный из дуг радиусами R1 и R2 с центром в точке О, лежащей на оси вращения ротора насоса 12 и ротора гидромотора 13 (центральной оси), формирует в области насоса две симметричные камеры всасывания 29 и две напорные камеры 30, а в области гидромотора две камеры нагнетания 31 и две камеры вытеснения 32. Со стороны образованных камер, на внутренней профилированной поверхности статора 24, продольно по ходу движения пластин насоса 17 и пластин гидромотора 18 выполнены окна, связанные через гидролинии с окнами других камер, обеспечивающие вытеснение рабочей жидкости из камер под действием центробежных сил с сохранением скорости потока, а подачу потоков рабочей жидкости в камеры нагнетания 31 производят в направлении движения пластин 18, способствуя использованию значительной части гидродинамической энергии потока на увеличение крутящего момента ведомого вала 11. В камерах вытеснения 32 выполненные в статоре 24 продольные окна сходятся в один замкнутый кольцевой канал 33, совмещающийся на определенных режимах работы гидропередачи с кольцевым каналом 35, выполненным по внешней образующей распределительного диска 23, который, через всасывающие гидролинии, связан с серповидными окнами 36 с направляющими решетки 37, обеспечивающими подачу потока рабочей жидкости во всасывающие камеры насоса 29 в направлении движения пластин 17, способствуя их принудительному заполнению. В кольцевых каналах и гидролиниях сохранение скорости потоков рабочей жидкости обеспечивается равенством площадей поперечного сечения, задействованых в передаче гидролиний, и площадей поперечного сечения на участках максимального выхода пластин, соответствующих камер насоса и гидромотора.3. The performance of the hydraulic transmission operating modes in accordance with the automatic transmission operating modes is ensured by the special design of the stator 24, which has the possibility of axial rotation and longitudinal movement, and rotation and braking are provided through the belt brake 25. The profile of the inner surface of the stator 24 is made of arcs with radii R1 and R2 with the center at the point O, lying on the axis of rotation of the rotor of the pump 12 and the rotor of the hydraulic motor 13 (central axis), forms two symmetrical suction chambers 29 and two pressure chambers 30 in the pump region, and in the gy of the motor, two discharge chambers 31 and two displacement chambers 32. On the side of the formed chambers, on the profiled inner surface of the stator 24, windows are made longitudinally in the direction of movement of the pump plates 17 and the hydraulic motor plates 18, which are connected through hydraulic lines to the windows of other chambers, which ensure the displacement of the working fluid from chambers under the action of centrifugal forces while maintaining the flow rate, and the flow of working fluid in the discharge chamber 31 is carried out in the direction of movement of the plates 18, facilitating the use of a significant part of the hydrodynamic energy of the flow to increase the torque of the driven shaft 11. In the displacement chambers 32, the longitudinal windows made in the stator 24 converge into one closed annular channel 33, which is combined in certain operating modes of the hydraulic transmission with the annular channel 35 made along the outer generatrix of the distribution disk 23, which through the suction lines connected to the crescent windows 36 with guides of the grill 37, providing a flow of working fluid into the suction chambers of the pump 29 in the direction of movement of the plates 17, contributing to their forced filling. In the annular channels and hydraulic lines, the preservation of the flow rate of the working fluid is ensured by the equality of the cross-sectional areas involved in the transfer of the hydraulic lines and the cross-sectional areas in the areas of maximum output of the plates, the corresponding chambers of the pump and the hydraulic motor.

4. Распределение потоков рабочей жидкости в соответствии с выбранным режимом работы гидропередачи производится посредством распределительного диска 23, плотно со скользящей посадкой установленного во внутреннюю профилированную проточку, производящим при перемещении статора 24 последовательное открытие или закрытие окон напорных камерах гидронасоса 30.4. The distribution of the working fluid flows in accordance with the selected mode of operation of the hydraulic transmission is carried out by means of a distribution disk 23, tightly with a sliding fit installed in the internal profiled groove, when moving the stator 24, the windows open or close the pressure chambers of the hydraulic pump 30.

5. Продольное перемещение статора 24 сопровождается изменением рабочих объемов камер, ограниченных с одной стороны распределительным диском 23, с другой стороны дисковыми заслонками 26 и 27, у которых для компенсации воздействия сил давления рабочей жидкости со стороны напорных камер 30 и нагнетающих камер 31 выполнены кольцевые бустерные области, ограниченные уплотнительными кольцами 28. Площадь кольцевой поверхности дисковой заслонки между уплотнительными кольцами 28 принимается больше площади дисковой заслонки, находящейся под давлением со стороны рабочих камер, что при подаче рабочего давления в кольцевую область обеспечит дисковой заслонке23 плотное сопряжение со статором 24. Для снижения объемных потерь необходимо обеспечить скольжение дисковых заслонок 26 и 27 по ротору насоса 12 и ротору гидромотора 13, а также скольжение статора 24 относительно распределительного диска 23 с минимальными зазорами (0.02-0.03 мм).5. The longitudinal movement of the stator 24 is accompanied by a change in the working volumes of the chambers, limited on one side by the distribution disk 23, on the other hand, by the disk dampers 26 and 27, in which annular booster rings are made to compensate for the influence of the pressure of the working fluid from the pressure chambers 30 and the pressure chambers 31 areas limited by the sealing rings 28. The area of the annular surface of the disk damper between the sealing rings 28 is taken to be larger than the area of the pressurized damper on the side of the working chambers, which, when the working pressure is supplied to the annular region, provides the disk shutter 23 with a tight fit with the stator 24. To reduce volumetric losses, it is necessary to slide the shutter 26 and 27 along the rotor of the pump 12 and the rotor of the hydraulic motor 13, as well as the stator 24 to slide relative to a disk 23 with minimum gaps (0.02-0.03 mm).

Предложенные технические решения по распределению потоками рабочей жидкости, в соответствии с заданными режимами работы, посредством открытия или закрытия соответствующих окон распределительным диском 23, решения по продольному размещению окон, обеспечивающих вытеснение рабочей жидкости под действием центробежных сил и сохранение скорости движения потоков в кольцевых замкнутых каналах 33; 35 и в гидролиниях, способствующих сохранению гидродинамических свойств потока на входе во всасывающие камеры 29 и принудительному заполнению их без кавитационных явлений, решения по выполнению компенсации центробежных сил, действующих на пластины 17; 18, посредством центробежных сил, действующих на противовесы 20, а также и другие решения, по предварительным оценкам, обеспечивают высокую эффективность и соответствие требованиям, предъявляемым к АКПП.The proposed technical solutions for the distribution of the working fluid flows, in accordance with the specified operating modes, by opening or closing the respective windows with the distribution disk 23, the solutions for the longitudinal placement of the windows, providing for the displacement of the working fluid under the action of centrifugal forces and maintaining the speed of the flows in the annular closed channels 33 ; 35 and in hydraulic lines, contributing to the preservation of the hydrodynamic properties of the flow at the inlet to the suction chambers 29 and their forced filling without cavitation, solutions to compensate for the centrifugal forces acting on the plates 17; 18, through centrifugal forces acting on the counterweights 20, as well as other solutions, according to preliminary estimates, provide high efficiency and compliance with the requirements for automatic transmission.

Работа гидропередачиHydraulic transmission work

Предлагаемая гидропередача рассматривается как альтернативная известным АКПП и по этой причине описание ее работы построено со ссылкой на соответствующий для автомобильной трансмиссии режим работы. [3]The proposed hydraulic transmission is considered as an alternative to the known automatic transmission and for this reason the description of its operation is built with reference to the corresponding operation mode for the automobile transmission. [3]

Приведенные в описании соотношения и величины имеют приближенный характер без учета механических и объемных потерь.The ratios and values given in the description are approximate in nature, excluding mechanical and volumetric losses.

1. На ФИГ.3 режим «R» изображена схема распределения потока рабочей жидкости в режиме «R» - задний ход (Reverse). Переключение в режим «R» и его функционирование производится следующим образом:1. FIG.3 mode "R" shows a distribution diagram of the flow of the working fluid in the mode of "R" - reverse (Reverse). Switching to the "R" mode and its operation is performed as follows:

1.1 Ленточный тормоз 25, в состоянии включенного тормоза, перемещает статор 24 в крайнее левое положение (см. ФИГ.1), соответствующее минимальному объему камер насоса и максимальному объему камер гидромотора, обеспечивая работу гидропередачи с максимальным передаточным отношением К(Р). Напорная камера 30, через окно R, связанное гидролинией с окном R, сообщается с камерой вытеснения 32, а камера нагнетания 31 через окно 4, связанное гидролинией с окном 4, совмещенное при данном режиме с кольцевым каналом 35 в распределительном диске 23, сообщается посредством гидролиний и серповидных окон 36 со всасывающей камерой 29. Подача рабочей жидкости из напорной камеры 30 в камеру вытеснения 32, из-за разности площадей пластин на входе и выходе камеры вытеснения 32, создает на ведомом валу 11 крутящий момент, имеющий направление, противоположное направлению крутящего момента ведущего вала 10, а по величине превосходящий его в K(R) раз.1.1 The tape brake 25, in the state of the brake applied, moves the stator 24 to the leftmost position (see FIG. 1), corresponding to the minimum volume of the pump chambers and the maximum volume of the hydraulic motor chambers, providing hydraulic transmission with the maximum gear ratio K (P). The pressure chamber 30, through the window R, connected by a hydraulic line to the window R, communicates with the displacement chamber 32, and the discharge chamber 31 through the window 4, connected by a hydraulic line with the window 4, combined in this mode with the annular channel 35 in the distribution disk 23, is communicated via hydraulic lines and sickle windows 36 with a suction chamber 29. The supply of working fluid from the pressure chamber 30 to the displacement chamber 32, due to the difference in the area of the plates at the inlet and outlet of the displacement chamber 32, creates a torque on the driven shaft 11 having the opposite direction torque direction the drive shaft 10, and the largest of its superior to K (R) times.

1.2 В каждой камере насоса и гидромотора под воздействием давления рабочей жидкости на профилированную поверхность статора 24 создается свой крутящий момент, соотношения и зависимости которых, на всех режимах работы гидропередачи, отвечают следующим условиям.1.2 In each chamber of the pump and the hydraulic motor under the influence of the working fluid pressure on the profiled surface of the stator 24, its own torque is created, the ratios and dependencies of which, at all hydraulic transmission operating modes, meet the following conditions.

1.2.1 На участке статора 24, находящегося в насосной области, создается крутящий момент, равный по величине и направлению крутящему моменту ведущего вала 10.1.2.1 In the area of the stator 24, located in the pump area, creates a torque equal in magnitude and direction to the torque of the drive shaft 10.

1.2.2 На участке статора 24, находящегося в гидромоторной области, создается крутящий момент, равный по величине и противоположный по направлению крутящему моменту ведомого вала 11.1.2.2 In the area of the stator 24, located in the hydraulic area, creates a torque equal in magnitude and opposite in direction to the torque of the driven shaft 11.

1.2.3 Результирующий крутящий момент статора 24 определяется как сумма крутящего момента, возникающего в насосной области, имеющего всегда положительное значение, и крутящего момента, возникающего в гидромоторной области, принимающего положительное значение, если его направление совпадает с направлением вращения ведущего вала 10, и принимающего отрицательное значение, если его направление противоположное.1.2.3 The resulting torque of the stator 24 is defined as the sum of the torque occurring in the pump area, which is always positive, and the torque occurring in the hydraulic area, taking a positive value, if its direction coincides with the direction of rotation of the drive shaft 10, and receiving negative value if its direction is opposite.

1.2.4 В данном случае направление воздействия давления рабочей жидкости на профилированную поверхность статора 24 как в гидромоторной области, так и в насосной области совпадают с направлением вращения ротора насоса 12, а результирующая величина крутящего момента статора в 1+K(R) раз выше крутящего момента ведущего вала 11.1.2.4 In this case, the direction of influence of the working fluid pressure on the profiled surface of the stator 24 both in the hydromotor region and in the pump region coincides with the direction of rotation of the rotor of the pump 12, and the resulting stator torque value is 1 + K (R) times higher than the torque torque of the drive shaft 11.

2. На ФИГ.4 режим «Р» изображена схема распределения потоков рабочей жидкости в режиме «Р» (парковка). Переключение в режим «Р» и его функционирование осуществляется следующим образом:2. In FIG. 4, the “P” mode shows a distribution diagram of the working fluid flows in the “P” mode (parking). Switching to the "P" mode and its functioning is carried out as follows:

2.1 Ленточный тормоз 25, в состоянии включенного тормоза, перемещает статор 24 в положение, соответствующее одному шагу вправо от положения работы гидропередачи в режиме «R» (см. ФИГ.1). Напорная камера 30, через окно R, связанное гидролинией с окном R′, совмещенного на данном режиме работы с кольцевым каналом 35, выполненным в распределительном диске 23, сообщается посредством гидролинии и серповидных окон 36 со всасывающими камерами 29. В данном режиме насос гидропередачи работает по замкнутому контуру, без повышения давления в системе и соответственно без нагрузки на ведущем валу 10. Ведомый вал 11 в данном режиме зафиксирован через статор 24 и ленточный тормоз 25. Вращению ротора гидромотора 13 препятствует отсутствие сообщения камер нагнетания 31 и камер вытеснения 32 между собой и с рабочими камерами насоса, поскольку окна 1; 2; 3; 4, связанные через гидролинии с камерой нагнетания 31, закрыты распределительным диском 23, а кольцевом канал 33 в данном режиме работы не совмещен с кольцевым каналом 35.2.1. The tape brake 25, in the state of the applied brake, moves the stator 24 to the position corresponding to one step to the right of the hydraulic transmission operation position in the “R” mode (see FIG. 1). The pressure chamber 30, through the window R, connected by a hydraulic line to the window R ′, combined in this mode of operation with the annular channel 35 made in the distribution disk 23, communicates via a hydraulic line and sickle-shaped windows 36 with suction chambers 29. In this mode, the hydraulic transmission pump works by a closed circuit, without increasing the pressure in the system and, accordingly, without a load on the drive shaft 10. The driven shaft 11 in this mode is fixed through the stator 24 and the belt brake 25. The rotation of the rotor of the hydraulic motor 13 is prevented by the lack of communication discharge chambers 31 and displacement chambers 32 between themselves and with the working chambers of the pump, since windows 1; 2; 3; 4, connected through hydraulic lines to the discharge chamber 31, are closed by the distribution disk 23, and the annular channel 33 in this operating mode is not aligned with the annular channel 35.

3. Функционирование гидропередачи в режиме «N» (нейтральная передача) обеспечивается работой насоса по замкнутому контуру, без нагрузки на ведущем валу 10 и реализации возможности свободного вращения ведомого вала 11 совместно со статором 24, а достигается такой режим отключением ленточного тормоза 25 в положении статора 24, соответствующем режиму «Р» (парковка).3. The functioning of the hydraulic transmission in the “N” mode (neutral transmission) is ensured by the pump operating in a closed circuit, without load on the drive shaft 10 and realizing the possibility of free rotation of the driven shaft 11 together with the stator 24, and this mode is achieved by disabling the tape brake 25 in the stator position 24, corresponding to the mode "P" (parking).

4. На ФИГ.5 режим «D» изображена схема распределения потоков рабочей жидкости в режиме «D» - основной режим движения вперед (Drive), соответствующая положению первой передачи - ступень «D-1». Переключение в режим «D-1» и его функционирование обеспечивается следующим образом:4. In FIG. 5, the “D” mode shows a distribution diagram of the working fluid flows in the “D” mode - the main drive mode (Drive), corresponding to the first gear position - the “D-1” stage. Switching to the "D-1" mode and its operation is provided as follows:

4.1 Ленточный тормоз 25, в состоянии включенного тормоза, перемещает статор 24 в положение, соответствующее одному шагу вправо от положения работы гидропередачи в режиме (N) (см. ФИГ.1). Напорная камера 30, через окно 1, связанное гидролинией с окном 1′, сообщается с камерой нагнетания 31. Камера вытеснения 32, через кольцевой канал 33, совмещенный с кольцевым каналом 35 в распределительном диске 23 сообщается посредством гидролиний и серповидных окон 36 со всасывающей камерой 29. Подача рабочей жидкости из напорной камеры 30 в камеру нагнетания 31, из-за разности площадей пластин на входе и выходе из камеры нагнетания, создает на ведомом валу 11 крутящий момент, имеющий то же направление что и крутящий момент ведущего вала 10, а по величине превосходящий его в К(1) раз.4.1. The tape brake 25, in the state of the brake applied, moves the stator 24 to the position corresponding to one step to the right of the position of the hydraulic transmission in mode (N) (see FIG. 1). The pressure chamber 30, through the window 1, connected by a hydraulic line to the window 1 ′, communicates with the discharge chamber 31. The displacement chamber 32, through the annular channel 33, combined with the annular channel 35 in the distribution disk 23 communicates via hydraulic lines and sickle windows 36 with the suction chamber 29 The supply of working fluid from the pressure chamber 30 to the discharge chamber 31, due to the difference in the area of the plates at the inlet and outlet of the discharge chamber, creates a torque on the driven shaft 11 that has the same direction as the torque of the drive shaft 10, and in magnitude and not exceeding it by K (1) times.

4.2 Распределение потоков рабочей жидкости в режиме «D» при пошаговом перемещении статора 24 в положения, соответствующие режиму второй и следующих передач, осуществляется последовательным подключением окон 2; 3 и т.д. с вовлечением в работу соответствующих гидролиний и окон 1′; 3′ и т.д., при этом обеспечивается пошаговое увеличение объема камер насоса с соответствующим уменьшением объема камер гидромотора и как следствие уменьшение передаточного отношения гидропередачи. Результирующий крутящий момент статора 24 в режимах «D» на первой, второй и последующих (кроме прямой) передачах имеет отрицательные значения, его величина стремится к нулю по мере уменьшения передаточного отношения гидропередачи, а на режиме прямой передачи, при передаточном отношении, равном единице, на статоре крутящий момент отсутствует.4.2. Distribution of working fluid flows in the “D” mode when the stator 24 is moved step by step to the positions corresponding to the second and subsequent gears is carried out by connecting windows 2 in series; 3 etc. with the involvement of the corresponding hydraulic lines and windows 1 ′; 3 ′, etc., this provides a stepwise increase in the volume of the pump chambers with a corresponding decrease in the volume of the chambers of the hydraulic motor and, as a result, a decrease in the gear ratio of the hydraulic transmission. The resulting torque of the stator 24 in the “D” modes in the first, second and subsequent (except for direct) gears has negative values, its value tends to zero as the hydraulic transmission ratio decreases, and in the direct transmission mode, with a gear ratio equal to one, there is no torque on the stator.

5. На ФИГ.6 режим «D» изображена схема распределения потоков рабочей жидкости в режиме «D», соответствующая работе на прямой передачи - ступень «D-4». Переключение в режим работы на прямой передаче и его функционирование осуществляется следующим образом:5. FIG.6 mode "D" shows a distribution diagram of the flow of working fluid in mode "D", the corresponding operation in direct transmission - stage "D-4". Switching to the direct mode of operation and its operation is carried out as follows:

5.1 Ленточный тормоз 25, в состоянии включенного тормоза, перемещает статор 24 в положение, соответствующее равенству объемов рабочих камер насоса и гидромотора, в режим прямой передачи, при котором передаточное отношение стремится к единице, а крутящий момент на статоре 24 отсутствует. При выключении ленточного тормоза 25, статор 24 начинает вращаться совместно с ротором насоса 12 и ротором гидромотора 13 с единой скоростью, единым узлом. При этом режиме работы гидропередачи перемещения рабочей жидкости от насоса в гидромотор и обратно не происходит, а следовательно, отсутствуют объемные и гидравлические потери, не производятся взаимные перемещения трущихся элементов, обеспечивая работу с минимальными механическими потерями. Данный режим является плавающим, зависит от изменения нагрузки на ведомом валу 11, но сама система подстраивается под изменения нагрузок и стремится к равновесию, обеспечивающему совместное вращение статора 24, ротора насоса 12 и ротора гидромотора 13 с единой скоростью.5.1. The tape brake 25, in the state of the applied brake, moves the stator 24 to the position corresponding to the equality of the volumes of the working chambers of the pump and the hydraulic motor, to the direct transmission mode, in which the gear ratio tends to unity, and there is no torque on the stator 24. When the tape brake 25 is turned off, the stator 24 begins to rotate together with the rotor of the pump 12 and the rotor of the hydraulic motor 13 with a single speed, a single unit. In this mode of operation of the hydraulic transmission, the movement of the working fluid from the pump to the hydraulic motor and vice versa does not occur, and therefore, there are no volumetric and hydraulic losses, mutual movements of the rubbing elements are not made, ensuring work with minimal mechanical losses. This mode is floating, it depends on changes in the load on the driven shaft 11, but the system itself adapts to changes in loads and tends to equilibrium, ensuring joint rotation of the stator 24, pump rotor 12 and hydraulic motor rotor 13 at a uniform speed.

5.2 Для обеспечения жесткой кинематической связи ведущего вала 10 с ведомым валом 11 существует режим муфты, обеспечивающей блокировку гидромашины на прямой передаче. В данный режим гидропередача выводится из положения работы на прямой передаче ленточным тормозом 25, при состоянии выключенного тормоза, в положении статора 24, обеспечивающем закрытие кольцевого канала 35 перемычкой 34, имеющейся в кольцевом канале 33, препятствуя тем самым сливу рабочей жидкости из камер вытеснения 32 и вращению ротора гидромотора 13 относительно статора 24, блокируя при этом гидропередачу.5.2 To ensure a rigid kinematic connection of the drive shaft 10 with the driven shaft 11, there is a clutch mode that locks the hydraulic machine in direct gear. In this mode, the hydraulic transmission is removed from the direct transmission position by the tape brake 25, when the brake is off, in the stator position 24, which ensures that the annular channel 35 is closed by a jumper 34, which is present in the annular channel 33, thereby preventing the draining of the working fluid from the displacement chambers 32 and the rotation of the rotor of the hydraulic motor 13 relative to the stator 24, while blocking the hydraulic transmission.

Список литературыBibliography

[1] Гидравлика, гидравлические машины и гидравлический привод. Глава 21 - объемный гидропривод вращательного движения. С.411, Издательство «Машиностроение», Москва, 1970 г.[1] Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic drive. Chapter 21 - volumetric hydraulic drive of rotational motion. P.411, Publishing House "Engineering", Moscow, 1970

[2] ru.wikipedia; ord/гидротрансформатор.[2] ru.wikipedia; ord / torque converter.

[3] ru.wikipedia; ord/автоматическая трансмиссия.[3] ru.wikipedia; ord / automatic transmission.

[4] ru.wikipedia; ord/овердрайв.[4] ru.wikipedia; ord / overdrive

Claims

1. Adjustable hydraulic transmission with a vane pump and a hydraulic motor in one housing, having rotors with plates, characterized in that the internal profiled groove common to the pump and the hydraulic motor is made in a separate element - a stator, with the possibility of longitudinal movement and axial rotation, which is provided through a disk or tape brake, and on the inner profiled surface of the stator there are windows made by longitudinal paths along the movement of the plates with a step corresponding to the switch step of the modes of operation of the hydraulic transmission, and connected through the hydraulic lines with the windows of other working chambers, and closing and opening the windows, when changing the operating modes, is performed by the external generatrix of the distribution disk installed between the pump rotor and the rotor of the hydraulic motor with a tight sliding fit into the internal profiled stator groove.

2. The hydraulic transmission according to claim 1, characterized in that the disk shutters made with a central hole for the passage of rotors and with radial grooves for the passage of the plates are mounted for rotation on both sides of the stator and have booster regions limited by the sealing rings in conjunction with the stator .

3. The hydraulic transmission according to claim 1, characterized in that the plates of the pump and the hydraulic motor are connected to the counterweights through the intermediate gears.

4. The hydraulic transmission according to claim 3, characterized in that the plates of the pump and the hydraulic motor are connected to the counterweights through the rocker arms.

5. The hydraulic transmission according to claim 3, characterized in that the plates of the pump and the hydraulic motor are connected to the counterweights located on the other side of the rotor through the rods.

6. The hydraulic transmission according to claim 1, characterized in that a working fluid with a predetermined pressure is supplied into the cavity under the plates in accordance with the mode and parameters of the hydraulic transmission.