Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_2474
.pdf
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB216631A
[]
Усовершенствования в области гидравлических механизмов передачи энергии и связанные с ними
усовершенствования. Я, Чарльз Ричардсон Пратт, из Лэр, графство Эссекс, штат Нью-Ферси, Соединенные
Штаты Америки. Инженер-механик, гражданин Соединенных Штатов Америки, настоящим заявляет о природе
данного изобретения и способе его осуществления, которые будут подробно описаны и установлены в
следующем заявлении: Изобретение относится к гидравлическому механизму передачи мощности,
включающему реверсивный насос, двигатель, приводимый в движение жидкостью, подаваемой насосом, и
средства, управляемые давлением жидкости в системе и стремящиеся уменьшить до нуля количество
жидкости, проходящей через насос, а также средства, предотвращающие реверсирование насоса при работе
указанных средств. Мое изобретение состоит в гидравлическом механизме передачи мощности указанного
типа, характеризующемся наличием поворотной головки, перемещаемой в любую сторону от нулевого
положения, и поршней, управляемых давлением жидкости в системе и действующих против поворотной
головки с противоположных сторон ее оси, стремящихся переместить указанную поворотную головку в
нулевое положение и удерживать ее в этом положении.
Изобретение было разработано и будет описано далее в целях иллюстрации в связи с силовой передачей для
автотранспортных средств. Более подробно описываемый механизм включает в себя реверсивный насос и
два двигателя, приводимых им в движение по дифференциалу и соединенных с соответствующими ведущими
колесами транспортного средства. Изображенные насосно-моторные агрегаты представляют собой тип,
включающий вращающийся цилиндрический корпус, конец которого вращается в контакте с неподвижной
торцевой пластиной, к одной части которой жидкость подается из нескольких цилиндров последовательно во
время вращения, в то время как жидкость поступает в другие цилиндры через другое отверстие в указанной
торцевой пластине. Ход поршней регулируется с помощью наклонной головки, к которой подсоединены
шатуны поршней. Сущность изобретения подробно описана ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, где на
фиг. 1 изображена частичная горизонтальная центральная секция передаточного механизма, включающего
насос и два приводимых им двигателя, сконструированного в соответствии с изобретением.
На рисунке 2 представлен фрагмент вертикального центрального разреза насоса и камер патрубков. Рисунок
3 представляет собой разрез по линии 3 3 Рисунок 1 через камеры портов, показывающий
предохранительные клапаны и вид с торца цилиндров насоса и отверстий портов. Рисунок 4 представляет
собой поперечный разрез по линии 4 4 Рисунок 1 через камеры каналов, на котором показаны обратные
клапаны подачи. Рисунок 5 представляет собой поперечный разрез по линии 5 5 Рисунок 1, показывающий
крутильный привод штоков поршней насоса. На рисунке 6 представлен разрез по линии 6-6 (рисунок 2) через
камеру канала, на котором показаны обратные клапаны, подающие давление жидкости к балансировочному
поршню насоса. Рисунок 7 представляет собой разрез, выполненный по линии 7 7 Рисунок 1, на котором
показана лицевая панель одного из двигателей. На рисунке 8 представлен поперечный разрез плунжера
автоматического управления. Изображенный механизм включает в себя насос и два двигателя, соединенных
между собой и приводимых в действие жидкостью, подаваемой насосом. Крутящее усилие, передаваемое на
вал 1 насоса, передается гидравлическим способом.
железа 6 в колпачке 7. Шариковый подшипник скольжения 8 обеспечивает осевой люфт вала 1.
Цилиндрический ствол 10 запрессовывается на вал 1 и удерживается на месте шпонкой 11 и разрезным
упорным кольцом 12. Втулка из твердой стали 13 образует центральный подшипник для вала 1 и с помощью
квадратной винтовой канавки 14 в валу 1 предотвращает утечку рабочей жидкости под давлением. Вал 1
перемещается в направлении, позволяющем удерживать лицевую пластину 15, закрепленную на
цилиндрическом стволе 10, прижатой к лицевой пластине 16 камеры сгорания. С этой целью пружина 17
воздействует через упорный подшипник 18 на внутренний элемент подшипника скольжения 19, который, в
свою очередь, опирается на балансировочный поршень 20. Слиафт 1 также прижимается в направлении, при
котором лицевая пластина 15 цилиндрического ствола прилегает к отверстию. давление жидкости в любой из
портовых камер 25 или 26. Это достигается с помощью устройства, включающего балансировочный поршень
20, закрепленный на валу 1 гайкой 23. Как показано на рисунке, жидкость поступает из камер 25 или 26 через
каналы 27 или 28 соответственно в каналы 29 (рис. 2 и 6), снабженные отдельными шаровыми контрфорсами
30 и 31 (рис. 6), благодаря чему жидкость из этой камеры, находящаяся под давлением, открывает свой
шаровой контрфорс и течет по каналам 32 и 33 (рис. 2) в кольцевую камеру вокруг вала 1, преодолевая
сопротивление балансировочного поршня 20.
Закрытие другого шарового обратного клапана 30 или 31 предотвращает обходной путь в другую камеру
порта, благодаря чему балансировочный поршень 20 всегда находится под тем же давлением жидкости, что и
в камере порта 25 или 26, которая находится под давлением. Эффективная площадь балансировочного
поршня 20 немного превышает разницу площадей между отверстием камеры в пластине 16 и суммой
площадей отверстий цилиндра в пластине 15, проходящих над отверстием в пластине 16, поэтому лицевая
пластина 15 прижимается к лицевой пластине 16 умеренным давлением пружины 17 и относительно
небольшим дополнительным давлением, которое всегда пропорционально давлению жидкости. Вал 1
изготовлен из высококачественной закаленной стали, подвергнут термообработке и шлифовке. Левая
винтовая канавка 14 в стальной втулке 13 предотвращает обратное вытекание рабочей жидкости в корпус 5, а
правые винтовые канавки на стальном поршне 20, вращающемся в стальной втулке 35, предотвращают
обратное попадание жидкости в карман крышки 36.
Однако это действие лишь частично предотвращает утечку, но небольшой процент жидкости,
просачивающейся мимо поршня 20 и втулки 35, проходит через центральное отверстие в валу 1 и смазывает
сферический подшипник 37 и шариковый подшипник скольжения 8. Предохранительная пробка 38,
уравновешенная винтовой пружиной 39, удерживаемой в валу 1 трубчатой пробкой 40, открывает радиальные
каналы 41 в валу 1 непосредственно внутри сальникового уплотнения 6, тем самым ограничивая
противодавление на наружной поверхности балансировочного поршня 20. Семь шпилек 42, ввинченных в
лицевую пластину ствола цилиндра 15 вместе с гайками 43, крепят ее к стволу цилиндра 10 и удерживают
пластину звездочки 44 на стволе 10. Гайки фиксируются шплинтами. Кольца 47 в кольцевых канавках
пластины 15 и пластины камеры 16, а также в торцевых пластинах цилиндра двигателя 45 и торцевых
пластинах камеры 46, служат для предотвращения высокой скорости радиальной утечки, тем самым
существенно снижая процент утечки. Сферический подшипник 37 на валу 1 воспринимает радиальную
нагрузку от шарового шарнира 50, а роликовый подшипник 51 воспринимает осевую нагрузку от поворотной
головки 52, которая качается в шариковых подшипниках 53.
Рисунок 2, на его цапфах 55. Рычаг управления 56, закрепленный на одном из цапф головки 52, вращает
наклонную головку 52, управляемую автоматическим гидравлическим приводом, описанным ниже. Втулка
рычага управления 56 образует сальниковое уплотнение для набивки 57 в камере сальникового уплотнения
58, регулировка которого осуществляется винтом 59, фиксируемым шплинтом. Сферические подшипниковые
элементы 60, 61 удерживают шаровидные концы штоков поршней 62 в приводном диске 50. Опорный элемент
61 упирается в выступ диска 50, а регулировка подшипника 60 осуществляется с помощью резьбовой
заглушки 63, которая удерживается в отрегулированном положении соответствующим стопорным штифтом.
Внутренняя часть сферического подшипника 37 ввинчивается в диск 50, а фиксирующий элемент 65
ввинчивается в указанную внутреннюю часть; пружинная проволока 66, расположенная в канавке
подшипникового элемента 65, проходит через два внешних элемента в приводной диск 50 и блокирует все три
элемента, предотвращая их отвинчивание. Радиальные каналы 67 в валу 1 позволяют протекающему маслу
поступать во внутреннюю кольцевую канавку сферического подшипника 37 и через радиальные каналы 68 в
подшипник.
Относительное движение между подшипниковыми элементами во время вращения диска 50 вместе с
цилиндром 10 и привода его в движение поршневыми штоками 62, входящими в зацепление с зубьями
звездочки 44, такое же, как если бы вал 1, цилиндр 10 и диск 50 не вращались, а поворотная головка 52
колебалась бы на своих цапфах с помощью рычага управления 56 до полного предела движения в каждую
сторону, или на 20 градусов в каждую сторону от среднего положения. Анализ создаваемых давлений и
широкого диапазона соотношения скорости вращения ведущего вала и ведомых элементов покажет, что
описанная конструкция аппарата обеспечивает высокую эффективность. Двигатели 3 и 4 соединены таким
образом, чтобы приводиться в движение одновременно и дифференциально насосом. Цилиндры двигателя
70 свободно установлены на валах 71, изготовленных из высококачественной закаленной стали,
подвергнутых термообработке и шлифовке. Каждый вал имеет резьбу и корпус, установленный в отливку 73
камеры сгорания и упирающийся в пластину седла клапана 46 камеры сгорания.
Валы ввинчиваются в нагретом состоянии, а их сжатие при охлаждении плотно прижимает их к седлам
клапанов 46 под давлением, которое предотвращает их откручивание или ослабление. Два двигателя 3 и 4,
приводящие в движение валы 2, 2, являются идентичными друг другу, за исключением того, что один
вращается преимущественно вправо, а другой — влево. Подробно будет описан только один двигатель.
Цилиндр двигателя 70 установлен на валу 71, между которыми соответствующим образом установлены
втулка из закаленной стали 74 и шарикоподшипник 75. Винтовая пружина 76, воздействующая через
шариковые упорные подшипники, постоянно обеспечивает умеренное давление контакта торцевой пластины
цилиндра 45 с седлом клапана 46 в камере сгорания. Пластины 45 также прижимаются к пластинам 46 за счет
гидравлической реакции, поскольку ограниченные каналы цилиндра 7-8 имеют меньшую площадь, чем
поршни 79. Это практично для цилиндров двигателя, поскольку трансмиссионная жидкость всегда находится
под давлением, либо вдавливаясь в них поршнями насоса, либо выталкиваясь из них их собственными
поршнями, тогда как в цилиндрах насоса она вдавливается только за счет давления воздуха, существующего
внутри корпусов насоса и двигателя, чего недостаточно для достижения высокой скорости жидкости, которая
потребовалась бы при наличии ограниченных отверстий в цилиндрах насоса.
Таким образом, как показано на рисунке 3, площадь отверстий цилиндра насоса больше, чем площадь его
поршней, а гидравлическая реакция для создания давления при закрытии клапана достигается с помощью
описанного выше балансировочного поршня. Утечка из системы высокого давления в корпус затягивается
обратно в ту камеру порта 25 или 26, которая в данный момент находится на стороне всасывания. Ранее
использовалось только атмосферное давление, но его недостаточно для высоких скоростей жидкости,
желательных в этих трансмиссиях. Поэтому в показанной трансмиссии давление внутри корпусов
автоматически поддерживается на уровне от 10 до 15 фунтов на квадратный дюйм выше атмосферного за
счет закачки воздуха под давлением в начале через трубу 80 до достижения давления 15 фунтов на
квадратный дюйм. Это давление воздуха в две атмосферы, то есть на одну атмосферу выше нормы, в
сочетании с нагретыми парами трансмиссионного масла вызывает непрерывное расширение без дальнейшей
подачи воздуха через трубу 80. Предохранительный клапан 81 ограничивает создаваемое давление и
регулирует его в диапазоне от 10 до 15 фунтов, обратный клапан 82 обеспечивает как минимум атмосферное
давление и предотвращает любое возможное разрежение.
Воздушный кран 83 может быть открыт для подачи свежей трансмиссионной жидкости, чтобы довести ее
уровень до центра вала 1, как показано на уровнемерном кране 85 (рис. 1). Утечка масла из корпуса двигателя
протекает по каналам 86 в канал 87, который открывается одним концом в корпус насоса 5, а другим концом в
каналы 88, ведущие к обратным клапанам 90 и 91. На рисунках 2 и 4 показано, как поршни насоса подают
жидкость под давлением в камеру 26, которая закрывает шаровой обратный клапан 90, и как поршни
двигателя возвращают жидкость к всасывающим поршням насоса через камеру 25; и в эту камеру, в которой
теперь недостаточно жидкости из-за утечки, жидкость из корпуса проталкивается через шаровой обратный
клапан 91. На рисунке 4 показан обводной клапан 92, 93, обеспечивающий подачу трансмиссионной жидкости
из портовой камеры 25 через каналы 27, 92 и 28 в портовую камеру 26. Он удерживается пружинным и
гидравлическим давлением на уплотнение 95 в своем корпусе и приводится в действие рычагом свободного
хода 96. Когда этот клапан холостого хода полностью открыт, воздуховод 97 открывается в воздуховод 92 и
выполняет двойную функцию: охлаждает жидкость во время холостого хода, отводя часть ее в корпус 5, и
выпускает воздух из системы высокого давления во время холостого хода или при заполнении системы
жидкостью.
На рисунке 8 показано, что один предохранительный клапан 98 удерживает шар 99 у седла, а другой
предохранительный клапан 98 открывается под действием давления в камере 25 через соединение 100,
воздействующего на шар 99; давление в камере 26 обратило бы это действие вспять. Поршни двигателя 79
вращают диск 101, который оказывает давление на роликовый упорный подшипник 102 и воспринимает
радиальное давление на шарикоподшипник 103. Шариковые концы штока поршня 104 упираются в
сферические подшипники 105 и удерживаются в этих подшипниках пластиной 106, которая крепится к диску
101 подпружиненными штифтами 107. Показана система смазки под давлением для обоих шаровых
наконечников поршней насоса и двигателя. В поршне насоса (рис. 1) канал 110, проходящий через
регулировочную пробку и сферический подшипник 111, ведет через отверстие в центре штока 62 к его
сферическому подшипнику 60. Диск 101 вращает цилиндрические цилиндры двигателя 70 через конические
шестерни 114 и 115, закрепленные на диске 101 и лицевой пластине 116 соответственно. Плавающий вал 117
обеспечивает зацепление конической шестерни 115 с конической шестерней 114, при этом обе шестерни
свободно вращаются на нем.
Уплотнительный диск 119 представляет собой кожаный диск, закрепленный на пружинном стальном диске,
который под действием винтового давления крышки 120 прижимается к пластине 122 пружиной и
гидравлическим давлением. Гнездо 123 имеет наружные зубья, зацепляющиеся с внутренними зубьями диска
101, и удерживается на месте, предотвращая заклинивание сальника, винтовой крышкой 120. Вал 2
приводится в движение канавками сцепления в гнезде 123. Вал 2 может соединяться напрямую с ведущим
колесом или передавать крутящий момент через цепную передачу или шестерни. Корпус 125 крепится к
шасси или к задней оси. На конце корпуса трансмиссии, обращенном к насосу, имеется отверстие 126, с
помощью которого его можно надлежащим образом закрепить. На рисунке 1 показана система
автоматического управления, а на рисунке 8 — увеличенный фрагмент ее поперечного сечения. Трубчатый
стержень 127 приводится в действие ручным рычагом, ножной педалью или педалями. При положении рычага
56, равном нулевому ходу, удерживаемом обоими плунжерами 128, прижатыми к бортикам цилиндров 142, но
без существенного давления в каналах 130, первое движение штока 127 к положению полного хода, как
показано на рисунке 1, свободно начинает наклонять головку 52 от этого нейтрального положения, поскольку,
хотя каналы 130 ведут в камеру высокого давления, закрытую обоими шаровыми обратными клапанами.
На рисунке 6 объем этой слегка аэрированной жидкости и площадь утечки из этой камеры легко поддаются
относительно небольшому перемещению при малом движении поршня 128. Когда поворотная головка 52
поворачивается таким образом, что поршни насоса совершают примерно 2% своего полного хода, они подают
к двигателям 3 и 4 достаточный объем жидкости под давлением, чтобы вращать валы 2 и начать
преодолевать инерцию нагрузки. Это создает давление в каналах 130, замедляя дальнейшее движение
рычага 56, но шток 127 может завершить свой ход, сжимая пружину 135 против воротника 136 в трубке 137.
Площадь плунжера 128 в его втулке и сопротивление пружины 135 определяют максимальное давление
жидкости, которое может быть обеспечено либо поршнями насоса, либо поршнями двигателя 79, и могут быть
спроектированы для получения и ограничения любого требуемого давления жидкости. Ускорение валов
двигателя 3 и 4 и поршней 79 снижает давление в каналах 130, в результате чего пружина 135 увеличивает
ход насоса, следуя за снижением давления в каналах 130, и так продолжается до завершения полного хода
поворотной головки 52.
Наиболее быстрое и равномерное ускорение достигается за счет постоянного давления, приложенного для
преодоления инерции, и это автоматическое управление обеспечивает максимальное тяговое усилие,
которое силовой агрегат способен развивать с момента запуска до полной скорости, используя более чем в
два раза большую мощность, чем у бензинового двигателя, которую можно получить с помощью редукторной
трансмиссии, и разгоняясь менее чем за половину времени и на расстояние. Управляющие плунжеры 128
никогда не препятствуют возврату к нулевому ходу, но если поворотная головка 52 поворачивается к
нулевому ходу достаточно быстро, чтобы поршни двигателя 79 создали давление жидкости выше заданного
предела, то предохранительный клапан 140 (рис. 3) открывается и сбрасывает это избыточное давление,
перенаправляя жидкость непосредственно из одной камеры порта в другую, обеспечивая тем самым плавное
равномерное замедление за кратчайшее возможное время и расстояние, при этом предел давления
жидкости, устанавливаемый автоматическим управлением и предохранительными клапанами, регулируется
таким образом, чтобы он соответствовал максимальному тяговому усилию ведущих колес без заноса на сухой
дороге.
При полном ходе насоса любое увеличение уклона дороги или дорожного препятствия, увеличивающее
тяговое усилие, повышает давление жидкости в каналах 130 и автоматически сокращает ход насоса в точном
соотношении с увеличением требуемого тягового усилия. На рисунке 8 головка поршня плунжера 128 в
отверстии цилиндра 142 находится на предельном положении своего хода, а его выпускной канал 143
прилегает к выступу цилиндра 142, обеспечивая тем самым полную эффективную площадь головки поршня
для сопротивления удару при остановке наклонной головки 52 при ее быстром повороте до нулевого
положения. Утечка между плунжером 128 и его втулкой будет поддерживать кольцевое пространство между
плунжером 128 и внутренним диаметром цилиндра 142 заполненным жидкостью под давлением, а канал 143 в
головке поршня ограничивает гидравлическое воздействие на плунжер 128, как только большая головка
поршня покинет свой ограничительный выступ в цилиндре 142. Описанная конструкция обеспечивает точное
нулевое положение головки при ходе поршня. Ручной пульт управления перемещает головку приблизительно
в положение нулевого хода, а поршни, реагирующие на давление, перемещают ее точно в положение
нулевого хода, исправляя любые неточности, вызванные ослаблением соединений.
Ранее предлагалось создать систему автоматического управления, в которой давление жидкости из одной
камеры порта воздействует на наклонную головку, препятствуя ее движению или вращению от полного хода в
одном направлении до полного хода в другом направлении, а давление жидкости из другой камеры порта
аналогичным образом воздействует на наклонную головку в обратном направлении. Недостатки этого
механизма заключаются в том, что на спусках поршни двигателя меняют направление давления, и
автоматическое управление заставляет или удерживает наклонную головку в положении полного хода, в
результате чего, если транспортное средство, стоящее на спуске с работающим двигателем, начнет
медленно спускаться, его ход наклонной головки быстро переключится на полную скорость. Также при спуске
с крутого склона рычаг управления приводом необходимо перевести в положение заднего хода, чтобы
установить наклонную головку в нулевое положение, и удерживать его в каком-либо положении заднего хода,
чтобы предотвратить движение транспортного средства накатом вниз или вверх по склону. Описанная здесь
автоматическая система управления всегда возвращает наклонную головку точно в нулевое положение и
удерживает ее там, в отличие от системы, стремящейся переместить наклонную головку в нулевое положение
и за его пределы.
Два поршня 128, 128, воздействующие на противоположные стороны оси наклонной головки, стремятся
переместить головку в нулевое положение и удерживать ее в этом положении при возникновении избыточного
давления во входной или выходной камере насоса, независимо от того, вызвано ли это избыточное давление
работой насоса или работой одного или обоих двигателей, например, при движении накатом вниз по склону
или на холме. Если при переводе механизма трансмиссии в положение движения вперед на нагнетании
избыточного давления в напорной части насоса возникает перепад давления, наклонная головка может
перемещаться против пружины 135, даже если тяга управления 127 надежно зафиксирована в
отрегулированном положении. Однако, если избыточное давление находится в другой камере, так что оно
стремится сместить головку в противоположном направлении, то механизм будет эффективен для
фактического перемещения головки только в том случае, если управляющий стержень 127 надежно
удерживается в отрегулированном положении, например, при ручном удержании. В случае, если
управляющий элемент 127 надежно зафиксирован в отрегулированном положении, автоматический механизм
все равно будет стремиться переместить наклонную головку в нулевое положение, но ничего не сделает
ввиду жестких соединений, поскольку пружина 135 в показанной конструкции сконструирована таким образом,
что деформируется только в одном направлении.
В описанную структуру и расположение могут быть внесены различные изменения, а также могут быть
созданы другие варианты осуществления изобретения без отступления от сущности изобретения. Подробно
описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю, что то, что я...
Соседние файлы в папке патенты