PL212942B1 - Bezstopniowa, hydrostatyczna przekladnia ruchu obrotowego SLGB - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego SLGB - „Step Less Gear Box”, oparta na dwóch hydrostatycznych maszynach rotacyjnych z radialnymi tłokami.

Z publikacji WO/1986/004306 znane jest rozwiązanie hydrostatycznego systemu napędowego przesuwającego się pojazdu, zawierający dwie kontrolowane pompy hydrauliczne, które zaleca się zamontować na tym samym wale napędowym i dwa hydrauliczne motory po każdej stronie pojazdu. Każda para pomp hydraulicznych po każdej stronie pojazdu jest oddzielnie połączona z pompami hydraulicznymi, na skutek czego każdy hydrauliczny motor napędza przynajmniej jedno koło. W rozwiązaniu tym dwie hydrauliczne pompy są połączone z odpowiadającymi im dwóm hydraulicznym motorom poprzez zamknięty system połączeń rurowych i zaworów. System taki umożliwia zmianę połączenia równoległego hydraulicznych motorów na ich połączenie szeregowe.

Z publikacji WO/1996/000865 znane jest rozwiązanie automatycznej, bezstopniowej transmisji hydrostatycznej dla pojazdów mechanicznych składającej się z dwóch zwrotnych łopatkowych pomp/motorów pracujących w zamkniętym układzie. Pompy/motory łopatkowe są nowego typu, gdzie strona ruchoma cechuje się ustaloną odśrodkowością. Pompa/motor jest napędzana bezpośrednio przez silnik i poprzez bezwładnościowe połączenie czułe na zmianę momentu obrotowego przenosi ten moment poprzez hydrostatyczny płyn do pompy/motoru połączonego z kołem. System transmisji składa się ze śruby, nakrętki oraz sprężyny ściskowej. Drugie połączenie nie jest czułe na zmiany momentu obrotowego i stopień przełożenia regulowany jest manualnie bez konieczności stosowania sprzęgła.

Z publikacji WO/1998/049470 znana jest wielostopniowa, hydromechaniczna transmisja, przeznaczona do systemów napędowych w pojazdach mechanicznych. Transmisja przyjmuje od silnika moment siły i rozdziela go na dwie części. Pierwsza część po zmniejszeniu szybkości obrotowej napędza bezstopniową hydrostatyczną przekładnię. Druga część podawana jest na wałek licznika, z którego przenoszona siła podawana jest przy różnych szybkościach obrotowych. Przekładnia planetarna napędzana transmisją jest przełączalna zapewniając niskie bezstopniowe hydrostatyczne wyjście odpowiadające transmisji momentu obrotowego przy niskich przełożeniach lub też wysokie bezstopniowe hydrostatyczne wyjście odpowiadające transmisji momentu obrotowego przy wysokich przełożeniach. System przekładniowy zawiera wiele przekładni kontrolowanych selektywnie przez sprzęgła i hamulce mających na celu stworzenie kombinacji hydrostatycznego i mechanicznego wyjścia systemu, której efektem jest uzyskanie czterech biegów oraz jednego biegu wstecznego.

Celem wynalazku jest rozwiązanie przekładni, pozwalające na łatwą adaptację do rozwiązania hybrydowego, przy użyciu bezszczotkowych motorów elektrycznych, przy czym przekładnia powinna cechować się wysoką sprawnością, praktycznie porównywalną ze sprawnością skrzyni biegów, opartej na systemie kół zębatych, a także stosunkowo prostą konstrukcją i relatywnie małymi wymiarami. Konstrukcja przekładni według wynalazku nie powinna być wrażliwa na przeciążenia i jednocześnie powinna zabezpieczać system, który napędza przed uszkodzeniem.

Istota rozwiązania bezstopniowej, hydrostatycznej przekładni ruchu obrotowego składającej się z mających połączenie z silnikiem i z obciążeniem dwóch połączonych ze sobą hydrostatycznych maszyn rotacyjnych z tłokami radialnymi oraz z systemu dystrybucji oleju, serwosystemu i systemu do eliminacji substancji lotnych z przestrzeni roboczych, przy czym konstrukcja hydrostatycznych maszyn rotacyjnych zawiera zespoły gwarantujące dokładne przyleganie części górnych ich tłoków radialnych do wewnętrznej powierzchni statorów hydrostatycznych maszyn rotacyjnych, charakteryzuje się tym, że obie hydrostatyczne maszyny rotacyjne są połączone ze sobą przeciwsobnie - w konfiguracji „push-pull”, gdzie statory obu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych są aktywną częścią systemu, zaś rotory obu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych są połączone ze sobą wspólnym wałem, stanowiąc część pasywną systemu, przy czym w konfiguracji tej połączenie statorów obu maszyn hydrostatycznych gwarantuje przeciwne kierunki ich obrotów. Według innej, korzystnej cechy wynalazku połączenie statorów obu maszyn hydrostatycznych przy przeciwnych kierunkach ich obrotów zapewnia im tą samą prędkość obrotową. Według kolejnej, korzystnej cechy wynalazku połączenie zawiera przekładnię planetarną oraz wałki zamontowane w obudowach. Według następnej, korzystnej cechy wynalazku, system dystrybucji oleju zawiera układy zaworów znajdujące się wewnątrz każdego z rotorów, których zawory mają połączenie z serwosystemami. Według innej, korzystnej cechy powierzchnie płaskie tłoków radialnych są oddzielone od powierzchni gniazd w rotorach w sposób umożliwiający

PL 212 942 B1 wolny przepływ oleju pomiędzy dnami gniazd rotorów tłoków radialnych, a komorami roboczymi znajdującymi się po tej samej stronie tłoka radialnego, natomiast kontakt pomiędzy tłokami radialnymi oraz gładziami statorów jest realizowany za pomocą wałków umieszczonych w tłokach radialnych na systemach sprężynowych. Według następnej, korzystnej cechy wynalazku powierzchnie płaskie tłoków radialnych od powierzchniach gniazd w rotorach oddzielają płytki ślizgowe. Według innej, korzystnej cechy wynalazku powierzchnie płaskie tłoków radialnych od powierzchniach gniazd w rotorach oddzielają łożyska liniowe oraz usytuowane na dnie każdego gniazda tłokowego w rotorach płytki separujące współpracujące z tłokami radialnymi. Według innej, korzystnej cechy wynalazku system dystrybucji oleju zawiera mające połączenie z serwosystemami, usytuowane po obu stronach każdego rotora i obracające się o kąt od 0° do 60°, pierścienie fazowe, których krzywizna wewnętrzna odpowiada wewnętrznej krzywiźnie statora, przy czym pierścienie fazowe są połączone na stałe z odpowiadającymi im prowadnicami tłoków w pokrywach czołowych statora. Według kolejnej, korzystnej cechy wynalazku powierzchnie płaskie tłoków radialnych są oddzielone od powierzchni gniazd w rotorach oraz w sposób umożliwiający wolny przepływ oleju pomiędzy dnami gniazd rotorów tłoków radialnych, a komorami roboczymi znajdującymi się po tej samej stronie tłoka radialnego, natomiast kontakt pomiędzy tłokami radialnymi oraz gładziami statorów jest realizowany za pomocą wałków umieszczonych w tłokach radialnych na systemach sprężynowych. Według innej, korzystnej cechy wynalazku powierzchnie płaskie tłoków radialnych od powierzchni gniazd w rotorach oddzielają płytki ślizgowe. Według następnej, korzystnej cechy wynalazku powierzchnie płaskie tłoków radialnych od powierzchni gniazd w rotorach oddzielają łożyska liniowe oraz usytuowane na dnie każdego gniazda tłokowego w rotorach płytki separujące współpracujące z tłokami radialnymi.

Korzystnymi skutkami stosowania wynalazku, jest możliwość wykorzystania przekładni SLGB w przypadkach zastępowania niskosprawnego silnika tłokowego, turbiną spalinową. Zastosowanie przekładni SLGB umożliwia turbinie pracę na wysokich oraz stałych obrotach, jak również odseparowuje ją w sposób mechaniczny od zewnętrznego obciążenia. Przy spełnieniu tych warunków zużycie paliwa będzie mniejsze niż w przypadku stosowania silników tłokowych, zaś sama turbina odseparowana będzie od szkodliwych, nieprzewidzianych zmian obciążenia. Konstrukcja przekładni SLGB pozwala na łatwą jej adaptację do rozwiązania hybrydowego. Niezależnie od powyższego w odpowiedniej konfiguracji przekładnia SLGB może być również stosowana w dużych turbinach hydrokinetycznych, jako system niwelujący drgania oraz zabezpieczający turbinę przed uszkodzeniem w przypadku nagłej skokowej zmiany obciążenia. Nieoczekiwanym skutkiem, wynikającym ze stosowania przekładni SLGB, jest możliwość wykorzystania jej do hamowania, w którym wykorzystuje się wyłącznie energię silnika napędowego, co pozwala na wyhamowanie poruszającego się pojazdu bez wydzielania energii cieplnej wewnątrz samego systemu.

Znaczącą zaletą przekładni SLGB jest fakt, że przełożenie jest zawsze w optymalnej pozycji. System jest „elastyczny”. Jeżeli energia dostarczana (zgromadzona) jest wyższa lub niższa od energii zapotrzebowanej przez zewnętrzne obciążenie, serwosystem niezwłocznie adaptuje przełożenie skrzyni biegów do wartości optymalnej. Energia dostarczana przez silnik jest zawsze ekwiwalentna z energią konsumowaną przez zewnętrzne obciążenie. Jeżeli przekładnia SLGB jest właściwie wyregulowana, efekt przeciążenia lub przegrzania praktycznie nie występuje. Prowadzi to do niższego zużycia energii i tym samym zanieczyszczenie środowiska jest również mniejsze. Pełna kontrola szybkości obrotowej dokonywana jest przy relatywnie wolnych obrotach (w części wolnoobrotowej), pomimo, że szybkość obrotowa systemu może być wysoka. Uzyskane jest to dzięki specjalnej konfiguracji zapewniającej relatywnie wolne obroty części hydrostatycznej systemu.

Jedną z ważnych zalet hydrostatycznej przekładni ruchu obrotowego, jest możliwość ciągłej kontroli oraz pomiaru przenoszonego momentu obrotowego. Jest to realizowane poprzez pomiar ciśnienia w przestrzeni roboczej obu motorów hydrostatycznych. Ciśnienie to jest proporcjonalne do przenoszonego momentu obrotowego. Inną ważną zaletą hydrostatycznej przekładni ruchu obrotowego, jest całkowita separcja w sposób mechaniczny pomiędzy źródłem napędu a zewnętrznym obciążeniem. Oznacza to, że koła pojazdu nawet przy bardzo dużej pochyłości drogi nie są w stanie oddziałowywać w sposób mechaniczny na silnik gwarantując tym samym dużo wyższe bezpieczeństwo jazdy nawet przy wyłączonym silniku. Oba motory hydrostatyczne system kontrolują całkowicie szybkość obrotową kół poruszającego się pojazdu. Realizacja celu wynalazku wyraża się w następującym, korzystnym i zaskakującym skutku zastosowania wynalazku, jakim jest rozwiązanie problemu energii wydzielanej z systemu podczas procesu hamowania lub gwałtownego przyspieszania. Analiza wynalazku, w odniesieniu do konstrukcji przekładni, w sposób jednoznaczny wskazuje, że w całym wyna4

PL 212 942 B1 lazku nie ma miejsca, w którym zachodziłby proces takiego wydzielania się energii, który skutkowałby jej zamianą na energię termiczną prowadzącą do obniżenia sprawności i ewentualnego przegrzania przekładni. Przekładnia z wyjątkiem sytuacji gdy oba systemy zaworów są kompletnie otwarte pracuje w tak zwanej pozycji zakleszczonej bądź zaryglowanej (locked position). Zakładając, że olej nie zawiera substancji lotnych oraz biorąc pod uwagę trzecią zasadę dynamiki Newtona mówiącą, że każdej akcji przypisana jest dokładnie taka sama reakcja, nie ma możliwości wydzielania się energii na zewnątrz systemu w postaci energii termicznej. Przyjmując całkowity brak substancji lotnych w oleju, można go w pewnych aspektach analizować tak jak ciało stałe. Wnioski z analizy w/w wynalazku można przedstawić również za pomocą fizycznego modelu jego działania. Zakleszczona bądź zaryglowana pozycja przekładni jest wyraźnie widoczna w przypadku gdy serwosystem jest w tak zwanej pozycji kompletnie zamkniętej. W przypadku każdej innej pozycji należy wprowadzić pojęcie tak zwanych przedziałów czasowych przyjmując tutaj czas jako zmienną niezależną (argument). Wchodząc teraz do wnętrza komory roboczej oraz przyjmując, że długość każdego przedziału czasowego będzie dążyła do zera (t 0), ilość tych przedziałów będzie dążyła do nieskończoności (n ^). W każdym z tych przedziałów czasowych zachodzi tak zwana zakleszczona bądź zaryglowana pozycja przekładni, gdzie oczywiście działa wymieniona powyżej trzecia zasada Newtona. Reasumując przedstawione rozważania łatwo dowieść, że żadna energia nie wydziela się, a inaczej to ujmując wydziela się tyle samo energii, co ze stojącego na zboczu i zahamowanego pojazdu, bądź przy próbach ściskania bloku metalowego pod prasą hydrauliczną przy założeniu, że nie nastąpi jego odkształcenie w kierunku prostopadłym do kierunku siły ściskającej.

Przedmiot wynalazku w dwóch, z wielu możliwych, przykładach jego realizacji zostanie bliżej zilustrowany za pomocą rysunku, na którym fig. 1 jest schematem kinetycznym przekładni według pierwszego i drugiego przykładu realizacji wynalazku, a fig. 2a i fig. 2b są zestawieniami elementów wchodzących w skład systemu dystrybucji oleju według pierwszego przykładu realizacji, natomiast fig. 3a i fig. 3b ukazują zestawienia elementów systemu dystrybucji oleju według drugiego przykładu realizacji wynalazku, ponadto fig. 41, fig. 4b i fig. 4c pokazują podzespół tłoka w gnieździe rotora według pierwszego przykładu realizacji, fig. 5 jest przekrojem wzdłużnym przeciwsobnego połączenia hydrostatycznych maszyn, natomiast fig. 5a stanowi schemat rozmieszczenia kół zębatych w przekładniach planetarnych połączenia przeciwsobnego, poza tym fig. 6a, fig. 6b i fig. 6c są schematem ukazującym kinematykę elementów systemu dystrybucji oleju według drugiego przykładu realizacji wynalazku, fig. 7 pokazuje podzespół tłoka w gnieździe rotora według drugiego przykładu realizacji, a fig. 8a i fig. 8b są schematami jednego z końców maszyny rotacyjnej, ponadto fig. 9a i fig. 9b są widokami z boku i z góry rozwiązania według pierwszego przykładu realizacji wynalazku, natomiast fig. 10 stanowi schemat konfiguracji elementów na wejściu i wyjściu z przekładni, a fig. 11 jest przekrojem wzdłużnym rozwiązania według pierwszego przykładu realizacji wynalazku.

P r z y k ł a d 1

Bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego, według pierwszego przykładu realizacji wynalazku, składa się z dwóch połączonych ze sobą przeciwsobnie - w konfiguracji „pushpull”, hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2, mających połączenie z silnikiem M, na wejściu i z obciążeniem na wyjściu W oraz z systemu dystrybucji oleju i systemu do eliminacji substancji lotnych z przestrzeni roboczych. W przeciwsobnym połączeniu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2 statory 1a i 2a są aktywną częścią przekładni, zaś połączone są ze sobą wspólnym wałem 3, rotory 1b i 2b obu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2 stanowią część pasywną systemu. W konfiguracji tej połączenie 4 zawierające przekładnię planetarną 4a o przełożeniu 1:-1 oraz wałki 4b, zamontowane w obudowach 4c, powoduje, iż statory 1a i 2a obu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2 mają tą samą prędkość obrotową, ale kierunki ich obrotów są przeciwne. Pierwszy stator 1a podłączony jest do silnika M. Wspólny wał 3 rotorów 1b i 2b obu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2 podłączony jest do obciążenia W na wyjściu systemu. Takie połączenie hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2 gwarantuje skuteczną kontrolę górnej wartości prędkości obrotowej, dlatego w przypadku zainstalowania przekładni według wynalazku w samochodzie jego kierowca może hamować pojazd używając do tego celu tylko energii silnika M, ponadto system przekładni jest całkowicie symetryczny, a wszystkie funkcje przebiegają w jednej linii, co daje łagodniejszą transmisję ruchu oraz zapobiega zbyt szybkiemu zużywaniu się elementów przekładni. Hydrostatyczne maszyny rotacyjne 1 i 2, w danym przypadku pracują jako motory hydrostatyczne. Stator 1a jest połączony z silnikiem M poprzez zwalniającą przekładnię planetarną 5 w stosunku 8:1. Rotor 2b jest połączony z zewnętrznym obciążeniem na wyjściu W poprzez przyspieszającą przekładnię planetarną 6 w stosunku 1:8. ZastoPL 212 942 B1 sowanie w tym rozwiązaniu zwalniającej przekładni planetarnej 5 oraz przyspieszającej przekładni planetarnej 6 zapewnia, że hydrostatyczna część systemu pracuje zawsze na relatywnie wolnych obrotach. Systemem dystrybucji oleju hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2 zawiera znajdujące się wewnątrz każdego z rotorów 1b i 2b układy zaworów 7 oraz 8, których zawory 7a i 8a poprzez wałki 7b i 8b mają połączenie z serwosystemami 9 i 10, określającymi pozycje wałków zarówno zaworu 7a jak i zaworu 8a. Serwosystemy 9 i 10 zawierają poruszające się na czterech wałkach ślizgowych 9a i 10a, bloki 9b i 10b, które połączone są poprzez śruby z gwintem trapezowym 9c i 10c z serwomotorami 9d i 10d. W trakcie zmiany pozycji zaworów 7a i 8a, wałki 7b i 8b wykonują liniowy ruch wewnątrz każdego z obracających się rotorów 1b i 2b. Konstrukcja układów zaworów 7 oraz 8 jest ukierunkowana na zmniejszenie do minimum odległości pomiędzy dwoma przestrzeniami roboczymi, dlatego eliminuje ona możliwość burzliwego przepływu oleju, gwarantując tym samym wysoką sprawność przekładni. Tłoki radialne 11 i 12 są umieszczone w gniazdach rotorów 1b oraz 2b, tak że ich powierzchnie płaskie ślizgają się po powierzchniach gniazd w rotorach 1b oraz 2b. Korzystnym jest gdy w celu uniknięcia efektu zakleszczenia się tłoka radialnego 11 i 12 w gnieździe rotora 1b oraz 2b powierzchnie płaskie tłoków radialnych 11 i 12 są oddzielone od powierzchniach gniazd w rotorach 1b oraz 2b, w sposób umożliwiający wolny przepływ oleju pomiędzy dnami gniazd rotorów 1b i 2b tłoków radialnych 11 i 12, a komorami roboczymi znajdującymi się po tej samej stronie tłoka radialnego 11 i 12, natomiast kontakt pomiędzy tłokami radialnymi 11 i 12 oraz gładziami statorów 1a i 2a jest realizowany za pomocą wałków 11a i 12a umieszczonych w tłokach radialnych 11 i 12 na systemach sprężynowych 11b oraz 12b, który w tym przykładzie realizowany jest za pomocą płytek ślizgowych 13, 14, 15 i 16 co pozwala na wyeliminowanie możliwości wydzielanie się substancji lotnych z oleju. Bez tego rozwiązania, w przypadku ruchu tłoka radialnego 11 i 12 do dołu nastąpił by gwałtowny wzrost ciśnienia oleju znajdującego się w dolnej partii gniazda tłoka radialnego 11 i 12 co spowodowałoby gwałtowny wzrost temperatury prowadzący w efekcie do wydzielania się substancji lotnych z oleju. W przypadku ruchu tłoka radialnego 11 i 12 do góry następowałoby powstawanie próżni w dolnej części gniazda, co prowadziłoby również do wydzielania się substancji lotnych z oleju. Kontakt pomiędzy tłokami radialnymi 11 i 12 oraz gładziami statorów 1a i 2a jest realizowany za pomocą wałków 11a i 12a umieszczonych w tłokach radialnych 11 i 12 na systemach sprężynowych 11b oraz 12b umożliwiających im ruch radialny w przedziale ±0,1 mm. Na obu końcach tłoków radialnych 11 i 12 są zamontowane łożyska 17 i 18 osadzone w prowadnicach tłokowych 19 i 20, które z kolei są połączone na stałe z pokrywami czołowymi 1c i 2c statora 1a i 2a. Aktualna minimalna pozycja tłoka radialnego 11 i 12 w gnieździe rotora 1b oraz 2b determinowana jest krzywizną prowadnicy tłokowej 19 i 20, po której toczą się łożyska 17 i 18 osadzone na końcach tłoków radialnych 11 i 12. Aktualna maksymalna pozycja tłoków radialnych 11 i 12 w gniazdach rotora 1b oraz rotora 2b determinowana jest krzywizną 1d i 2d wewnętrznej powierzchni statora 1a oraz 2a. Hydrostatyczne maszyny rotacyjne 1 i 2 z tłokami radialnymi 11 i 12 pracują w konfiguracji przeciwsobnej - „push-pull” jako motory hydrostatyczne. Jeżeli obie hydrostatyczne maszyny rotacyjne 1 i 2 znajdują się w pozycji całkowicie otwartej, w której cały olej przechodzi przez otwory w rotorach 1b i 2b, nie wywierając nacisku na tłoki radialne 11 i 12, to pomiędzy silnikiem M a wyjściem W przekładni nie jest transmitowany żaden ruch obrotowy. Jeżeli hydrostatyczna maszyna rotacyjna 1 znajduje się w pozycji całkowicie zamkniętej, w której cały olej w przestrzeni roboczej wykonuje nacisk na ścianki tłoka radialnego 11, natomiast hydrostatyczna maszyna rotacyjna 2 znajduje się w pozycji całkowicie otwartej, w której cały olej przechodzi przez otwory w rotorze 2b, nie wywierając nacisku na tłok radialny 12, to ruch obrotowy silnika M jest transmitowany bezpośrednio do wyjścia W przekładni. Jeżeli hydrostatyczna maszyna rotacyjna 1 znajduje się w pozycji całkowicie otwartej, w której cały olej przechodzi przez otwory w rotorze 1b, nie wywierając nacisku na tłok radialny 11, a hydrostatyczna maszyna rotacyjna 2 znajduje się w pozycji całkowicie zamkniętej, w której cały olej w przestrzeni roboczej wykonuje nacisk na ścianki tłoka radialnego 12, to ruch obrotowy silnika M jest również transmitowany bezpośrednio do wyjścia W przekładni, ale o kierunku obrotów przeciwnym do kierunku obrotów silnika M. Jeżeli obie hydrostatyczne maszyny rotacyjne 1 i 2 są w symetralnej pozycji częściowo otwartej, system przejmuje rolę hamulca, gdzie siła hamowania zależy od tego jak duża jest ta otwarta część, przy czym im bardziej jest ona zamknięta, tym większa jest siła hamowania. Sytuacja gdy obie hydrostatyczne maszyny rotacyjne 1 i 2 są w pozycji całkowicie zamkniętej nie jest rekomendowana. Sytuacja taka może być dopuszczalna tylko w przypadku gdy pojazd jest zaparkowany. W tym przypadku pozycja taka umożliwia przejęcie przez system roli hamulca ręcznego (postojowego). Ma to zaletę gdyż w przypadku bardzo niskich temperatur bardzo często następuje przymarznięcie szczęk hamulca ręcznego do tarczy hamulcowej

PL 212 942 B1 uniemożliwiając uruchomienie pojazdu. Wszystkie pozostałe niesymetryczne pozycje częściowo otwarte obu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2 dają różne prędkości obrotowe na wyjściu W w porównaniu do szybkości obrotowej silnika M. Jeżeli pojazd z zainstalowaną przekładnią SLGB porusza się do przodu, hydrostatyczna maszyna rotacyjna 1 jest tym właściwym transmiterem momentu siły (pracuje jako motor), zaś hydrostatyczna maszyna rotacyjna 2 daje tylko i wyłącznie niezbędny przeciwstawny moment siły, mający na celu zapobiec niekontrolowanemu wzrostowi obrotów. Jeżeli pojazd porusza się do tyłu, wówczas hydrostatyczna maszyna rotacyjna 2 przejmuje funkcje hydrostatycznej maszyny rotacyjnej 1, zaś hydrostatyczna maszyna rotacyjna 1 przejmuje funkcje hydrostatycznej maszyny rotacyjnej 2. Pozycje zaworów 7 oraz 8 są kontrolowane systemem elektronicznym, który kontroluje w sposób ciągły prędkość obrotową silnika M, oczekiwaną prędkość obrotową na wyjściu W przekładni, obciążenie oraz transmitowany moment siły. Prędkość obrotowa części hydrostatycznej przekładni jest osiem razy niższa niż prędkość obrotowa silnika M i odpowiednio prędkość obrotowa na wyjściu W przekładni. Stopień przełożenia może być większy lub mniejszy, w zależności od wielkości całego urządzenia, klasy mocy oraz górnej dopuszczalnej szybkości obrotowej silnika. Tego typu konfiguracja daje możliwość kontroli przekładni w sposób zdecydowanie łatwy, sprawny i wydajny. Część hydrostatyczna przekładni zanurzona jest w pojemniku 21 z olejem, co pozwala na eliminację substancji lotnych z przestrzeni roboczych i uniknięcie skutków ewentualnej nieszczelności części hydrostatycznej przekładni. Jeżeli przestrzeń robocza jest całkowicie odpowietrzona, nie następuje generacja energii termicznej, dlatego nie ma również z tego powodu strat w sprawności przekładni.

P r z y k ł a d 2

Bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego, według drugiego przykładu realizacji wynalazku, składa się z dwóch połączonych ze sobą przeciwsobnie - w konfiguracji „push-pull” hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2, mających połączenie z silnikiem M, na wejściu i z obciążeniem na wyjściu W oraz z systemu dystrybucji oleju i systemu do eliminacji substancji lotnych z przestrzeni roboczych. W przeciwsobnym połączeniu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2 statory 1a i 2a obu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2 są aktywną częścią przekładni, zaś połączone są ze sobą wspólnym wałem 3, rotory 1b i 2b obu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2 stanowią część pasywną systemu. W konfiguracji tej połączenie 4 zawierające przekładnię planetarną 4a o przełożeniu 1:1 oraz wałki 4b, zamontowane w obudowach 4c, powodują, iż statory 1c i 2a obu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2 mają tą samą prędkość obrotową, ale kierunki ich obrotów są przeciwne. Pierwszy stator 1a podłączony jest do silnika M. Wspólny wał 3 rotorów 1b i 2b obu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 podłączony jest do obciążenia W na wyjściu systemu. Takie połączenie hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2 gwarantuje skuteczną kontrolę górnej wartości prędkości obrotowej, dlatego w przypadku zainstalowania przekładni według wynalazku w samochodzie jego kierowca może hamować pojazd używając do tego celu tylko energii silnika M, ponadto system przekładni jest całkowicie symetryczny, a wszystkie funkcje przebiegają w jednej linii, co daje łagodniejszą transmisję ruchu oraz zapobiega zbyt szybkiemu zużywaniu się elementów przekładni. Hydrostatyczne maszyny rotacyjne 1 i 2, w danym przypadku pracują jako motory hydrostatyczne. Stator 1a jest połączony z silnikiem M poprzez zwalniającą przekładnię planetarną 5 w stosunku 8:1. Rotor 2b jest połączony z zewnętrznym obciążeniem na wyjściu W poprzez przyspieszającą przekładnię planetarną 6 w stosunku 1:8. Zastosowanie w tym rozwiązaniu zwalniającej przekładni planetarnej 5 oraz przyspieszającej przekładni planetarnej 6 zapewnia, że hydrostatyczna część systemu pracuje zawsze na relatywnie wolnych obrotach. Systemem dystrybucji oleju hydrostatycznych maszyn rotacyjnych 1 i 2 zawiera usytuowany po obu stronach każdego rotora 1b i 2b, obracający się o kąt od 0° do 60°, pierścień fazowy 22 i 23, którego krzywizna wewnętrzna odpowiada wewnętrznej krzywiźnie statora 1a i 2a. Jeżeli pierścień fazowy 22 i 23 zajmuje pozycję 0°, mamy tak zwaną pozycję całkowicie zamkniętą. System jest całkowicie zamknięty i cały olej w części roboczej wywiera nacisk na ścianki tłoka radialnego 11 i 12. Jeżeli pierścień fazowy 22 i 23 znajduje się w pozycji 0°<φ<60°, otrzymuje się tak zwaną pozycję częściowo otwartą. W przykładzie tym rolę zaworów przejmuje zmieniająca się w sposób kontrolowany otwarta przestrzeń pomiędzy górną częścią tłoka radialnego 11 i 12, a gładzią statora 1a i 2a. Część oleju wywiera nacisk na ścianki tłoka radialnego 11 i 12, zaś pozostała część przechodzi bezpośrednio z jednej do drugiej przestrzeni roboczej, poprzez otwór utworzony pomiędzy górną częścią tłoka radialnego 11 i 12, a wewnętrzną powierzchnią statora 1a i 2a. Jeżeli pierścień fazowy 22 i 23 jest usytuowany w pozycji 60°, otrzymuje się pozycję całkowicie otwartą. System jest całkowicie otwarty i ruch obrotowy statora 1a i 2a nie ma żadnego wpływu na

PL 212 942 B1 ruch obrotowy rotora 1b i 2b. Wszystkie tłoki radialne 11 i 12 są całkowicie schowane w bloku rotora 1b i 2b. Połączenie na stałe, korzystnie w jeden moduł, pierścieni fazowych 22 i 23 oraz odpowiednio z prowadnicami tłoków 19 i 20 gwarantuje, że krzywizny prowadnic tłoków 19 i 20 znajdują się zawsze w zgodnej fazie odpowiednio z krzywiznami pierścieni fazowych 22 i 23. Moduły te są umieszczone wewnątrz statorów 1a oraz 2a, a obroty pierścieni fazowych 22 i 23 kontrolowane są za pomocą serwosystemów 9 i 10, określających pozycje wałków fazowych 24 i 25. Części wałków fazowych 24 i 25, zawierające po sześć rowków ślimakowych są rozmieszczone po obu stronach statorów 1a oraz 2a. Serwosystemy 9 i 10 zawierają poruszające się na wałkach ślizgowych 9a i 10a, bloki 9b i 10b, przy czym należące do tej samej hydrostatycznej maszyny rotacyjnej 1 oraz odpowiednio 2 bloki 9b i 10b, połączone są poprzez śruby z gwintem trapezowym 9c i 10c z serwomotorami 9d i 10d. Ruch liniowy wałków fazowych 24 i 25 wewnątrz obracającego się wału głównego rotora 1b i 2b zapewnia im kontakt z blokami 9b i 10b. Działanie pierścieni fazowych 22 i 23 powoduje, że w pozycji całkowicie lub częściowo otwartej olej przechodzi bezpośrednio z jednej do drugiej przestrzeni roboczej. Oznacza to, że nawet przy bardzo dużej prędkości obrotowej nie zachodzi ryzyko tak zwanego przepływu burzliwego. Tłoki radialne 11 i 12 są umieszczone w gniazdach rotorów 1b oraz 2b, tak że ich powierzchnie płaskie ślizgają się po powierzchniach gniazd w rotorach 1b oraz 2b. Korzystnym jest gdy w celu uniknięcia efektu zakleszczenia się tłoka radialnego 11 i 12 w gnieździe rotora 1b oraz 2b powierzchnie płaskie tłoków radialnych 11 i 12 są oddzielone od powierzchniach gniazd w rotorach 1b oraz 2b w sposób umożliwiający wolny przepływ oleju pomiędzy dnami gniazd rotorów 1b i 2b tłoków radialnych 11 i 12, a komorami roboczymi znajdującymi się po tej samej stronie tłoka radialnego 11 i 12, natomiast kontakt pomiędzy tłokami radialnymi 11 i 12 oraz gładziami statorów 1a i 2a jest realizowany za pomocą wałków 11a i 12a umieszczonych w tłokach radialnych 11 i 12 na systemach sprężynowych 11b oraz 12b, który w tym przykładzie realizowany jest za pomocą łożysk liniowych 26 i 27. Na dnie każdego gniazda w rotorach 1b oraz 2b są zamontowane płytki separujące 28 i 29 współpracujące z tłokami radialnymi 11 i 12 co pozwala na wyeliminowanie niekontrolowanego przepływu oleju pomiędzy dwoma komorami roboczymi. Kontakt pomiędzy tłokami radialnymi 11 i 12 oraz gładziami statorów 1a i 2a jest realizowany za pomocą wałków 11a i 12a umieszczonych w tłokach radialnych 11 i 12 na systemach sprężynowych 11b oraz 12b umożliwiających im ruch radialny w przedziale ±0,1 mm. Na obu końcach tłoków radialnych 11 i 12 są zamontowane łożyska 17 i 18 osadzone w prowadnicach tłokowych 19 i 20, które z kolei są połączone na stałe z pokrywami czołowymi 1c i 2c statora 1a i 2a. Aktualna minimalna pozycja tłoka radialnego 11 i 12 w gnieździe rotora 1b oraz 2b jest determinowana krzywizną prowadnicy tłokowej 19 i 20, po której toczą się łożyska 17 i 18 osadzone na końcach tłoka radialnych 11 i 12. Aktualna maksymalna pozycja tłoka radialnego 11 i 12 w gniazdach rotora 1b oraz rotora 2b jest determinowana krzywizną 1d i 2d powierzchni wewnętrznej statora 1a oraz 2a. Pozycje pierścieni fazowych 22 i 23 mogą być połączone z systemem elektronicznym, który kontroluje w sposób ciągły prędkość obrotową silnika M, oczekiwaną prędkość obrotową na wyjściu W przekładni, obciążenie oraz transmitowany moment siły. Prędkość obrotowa części hydrostatycznej przekładni jest osiem razy niższa niż prędkość obrotowa silnika M i odpowiednio prędkość obrotowa na wyjściu W przekładni. Tego typu konfiguracja daje możliwość kontroli przekładni w sposób zdecydowanie łatwy, sprawny i wydajny. Część hydrostatyczna przekładni zanurzona jest w pojemniku 21 z olejem, co pozwala na eliminację substancji lotnych z przestrzeni roboczych i uniknięcie skutków ewentualnej nieszczelności części hydrostatycznej przekładni. Jeżeli przestrzeń robocza jest całkowicie odpowietrzona, nie następuje generacja energii termicznej, dlatego nie ma również z tego powodu strat w sprawności przekładni.

Claims (11)

1. Bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego SLGB składająca się z mających połączenie z silnikiem i z obciążeniem dwóch połączonych ze sobą hydrostatycznych maszyn rotacyjnych z tłokami radialnymi oraz z systemu dystrybucji oleju, serwosystemu i systemu do eliminacji substancji lotnych z przestrzeni roboczych, przy czym konstrukcja hydrostatycznych maszyn rotacyjnych zawiera zespoły gwarantujące dokładne przyleganie części górnych ich tłoków radialnych wewnętrznej powierzchni statorów hydrostatycznych maszyn rotacyjnych, znamienna tym, że obie hydrostatyczne maszyny rotacyjne (1 i 2) zawierające tłoki radialne (11 i 12), są połączone ze sobą przeciwsobnie, gdzie statory (1a i 2a) obu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych (1 i 2) są aktywną

PL 212 942 B1 częścią systemu, zaś rotory (1b i 2b) obu hydrostatycznych maszyn rotacyjnych (1 i 2) są połączone ze sobą wspólnym wałem (3), stanowiąc część pasywną systemu, przy czym w konfiguracji tej połączenie (4) statorów (1a i 2a) obu maszyn hydrostatycznych (1 i 2) gwarantuje przeciwne kierunki ich obrotów.

2. Bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego, według zastrz. 1, znamienna tym, że połączenie (4) statorów (1a i 2a) obu maszyn hydrostatycznych (1 i 2) przy przeciwnych kierunkach ich obrotów zapewnia im tą samą prędkość obrotową.

3. Bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego, według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że połączenie (4) zawiera przekładnię planetarną (4a) oraz wałki (4b) zamontowane w obudowach (4c).

4. Bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego, według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że systemem dystrybucji oleju zawiera układy zaworów (7 i 8) znajdujące się wewnątrz każdego z rotorów (1b i 2b), których zawory (7a i 8a) mają połączenie z serwosystemami (9 i 10).

5. Bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego, według zastrz. 4, znamienna tym, że powierzchnie płaskie tłoków radialnych (11 i 12) są oddzielone od powierzchniach gniazd w rotorach (1b) oraz (2b) w sposób umożliwiający wolny przepływ oleju pomiędzy dnami gniazd rotorów (1b i 2b) tłoków radialnych (11 i 12), a komorami roboczymi znajdującymi się po tej samej stronie tłoka radialnego (11 i 12), natomiast kontakt pomiędzy tłokami radialnymi (11 i 12) oraz gładziami statorów (1a i 2a) jest realizowany za pomocą wałków (11a i 12a) umieszczonych w tłokach radialnych (11 i 12) na systemach sprężynowych (11b oraz 12b).

6. Bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego, według zastrz. 5, znamienna tym, że powierzchnie płaskie tłoków radialnych (11 i 12) od powierzchniach gniazd w rotorach (1b) oraz (2b) oddzielają płytki ślizgowe (13, 14, 15 i 16).

7. Bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego, według zastrz. 5, znamienna tym, że powierzchnie płaskie tłoków radialnych (11 i 12) od powierzchniach gniazd w rotorach (1b) oraz (2b) oddzielają łożyska liniowe (26 i 27) oraz usytuowane na dnie każdego gniazda tłokowego w rotorach (1b) oraz (2b) płytki separujące (28 i 29) współpracujące z tłokami radialnymi (11 i 12).

8. Bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego, według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że systemem dystrybucji oleju zawiera mające połączenie z serwosystemami (9 i 10), usytuowane po obu stronach każdego rotora (1b i 2b) i obracające się o kąt od 0° do 60°, pierścienie fazowe (22 i 23), których krzywizna wewnętrzna odpowiada wewnętrznej krzywiźnie statora (1a i 2a), przy czym pierścienie fazowe (22 i 23) są połączone na stałe z odpowiadającymi im prowadnicami tłoków (19 i 20) w pokrywach czołowych (1c i 2c) statora (1a i 2a).

9. Bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego, według zastrz. 8, znamienna tym, że powierzchnie płaskie tłoków radialnych (11 i 12) są oddzielone od powierzchniach gniazd w rotorach (1b) oraz (2b) w sposób umożliwiający wolny przepływ oleju pomiędzy dnami gniazd rotorów (1 b i 2b) tłoków radialnych (11 i 12), a komorami roboczymi znajdującymi się po tej samej stronie tłoka radialnego (11 i 12), natomiast kontakt pomiędzy tłokami radialnymi (11 i 12) oraz gładziami statorów (1a i 2a) jest realizowany za pomocą wałków (11a i 12a) umieszczonych w tłokach radialnych (11 i 12) na systemach sprężynowych (11b oraz 12b).

10. Bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego, według zastrz. 9, znamienna tym, że powierzchnie płaskie tłoków radialnych (11 i 12) od powierzchniach gniazd w rotorach (1b) oraz (2b) oddzielają płytki ślizgowe (13, 14, 15 i 16).

11. Bezstopniowa, hydrostatyczna przekładnia ruchu obrotowego, według zastrz. 10, znamienna tym, że powierzchnie płaskie tłoków radialnych (11 i 12) od powierzchniach gniazd w rotorach (1b) oraz (2b) oddzielają łożyska liniowe (26 i 27) oraz usytuowane na dnie każdego gniazda tłokowego w rotorach (1b) oraz (2b) płytki separujące (28 i 29) współpracujące z tłokami radialnymi (11 i 12).