PL215020B1 - Sterowane sprzęgło hydrokinetyczne z cieczą elektroreologiczną - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sterowane sprzęgło hydrokinetyczne z cieczą elektroreologiczną.

Sprzęgła hydrokinetyczne są zbudowane z dwóch kół łopatkowych pompy i turbiny osadzonych na wałach i zamkniętych we wspólnej obudowie wypełnionej cieczą roboczą. Sprzęgło hydrokinetyczne z zatrzymanym kołem łopatkowym turbiny przekształca się w hamulec hydrokinetyczny.

W sprzęgłach hydrokinetycznych energia z koła łopatkowego pompy jest przenoszona na koło łopatkowe turbiny przez ciecz roboczą, a moment obrotowy zależy od prędkości kątowych wału wejściowego i wału wyjściowego sprzęgła. Im różnica między prędkościami kątowymi wałów jest większa, tym większa jest wartość momentu obrotowego przenoszonego przez sprzęgło hydrokinetyczne. Zależność ta pozwala na tzw. samoregulację sprzęgła, często wykorzystywaną w maszynach i pojazdach zawierających sprzęgła hydrokinetyczne. Jednak istnieje znaczna grupa maszyn, w których celowe jest uzyskanie momentów obrotowych o różnych wartościach przy tych samych prędkościach kątowych wałów. W takich przypadkach sprzęgła hydrokinetyczne muszą być sterowane. Sterowanie sprzęgieł hydrokinetycznych może odbywać się w sposób mechaniczny, np. przez dławienie przepływu cieczy roboczej za pomocą przesłon lub przez zmianę kątów ustawienia łopatek czy zamianę kół łopatkowych podczas pracy sprzęgła. (Zbigniew Kęsy: Sterowanie przekładni hydrokinetycznej cieczą roboczą, Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, 2003).

Dławienie przepływu cieczy roboczej można uzyskać również na drodze hydraulicznej przez zwiększenie jej lepkości. Podczas pracy sprzęgła hydrokinetycznego zachodzą zjawiska tarcia cieczy roboczej o ściany kanałów, utworzonych z łopatek i ścian kół łopatkowych oraz tarcia wewnętrznego cieczy roboczej. Zjawiska te powodują występowanie oporów przepływu cieczy roboczej tym większych im większa jest lepkość cieczy.

Lepkość cieczy roboczej podczas pracy sprzęgła hydrokinetycznego można w prosty sposób zmienić przez wymianę cieczy roboczej znajdującej się w sprzęgle hydrokinetycznym na inną, o innej lepkości lub przez zmianę jej temperatury.

Wzrost temperatury powoduje spadek lepkości cieczy roboczej. Inną możliwością zmiany oporów przepływu cieczy roboczej wewnątrz sprzęgła hydrokinetycznego, podczas jego pracy, jest zastosowanie jako cieczy roboczej cieczy elektroreologicznej, która zmienia swoje właściwości reologiczne pod wpływem pola elektrycznego.

Ze względu na budowę ciecze elektroreologiczne dzieli się na ciecze homogeniczne i ciecze heterogeniczne. Ciecze homogeniczne są jednorodne, a ciecze heterogeniczne są mieszaninami niejednorodnymi składającymi się z cząstek stałych, cieczy bazowej i niewielkiej ilości dodatków zapobiegających sedymentacji i aglomeracji cząstek stałych. Jako homogeniczne ciecze elektroreologiczne są stosowane związki polimerowe. Na cząstki stałe heterogenicznych cieczy elektroreologicznych stosuje się materiały organiczne (np.: skrobię, celulozę, żywicę, kauczuk, polianilinę, polifenylen) lub nieorganiczne (np.: tlenki metali, krzemionkę, zeolity, szkło). Cieczą bazową jest najczęściej olej silikonowy, ze względu na słabą zależność jego lepkości od temperatury.

Znane są rozwiązania konstrukcyjne sprzęgieł hydrokinetycznych z cieczą elektroreologiczną sterowanych za pomocą zmiany natężenia pola elektrycznego. (Patent PL 198064). W sprzęgłach tych odizolowane od siebie elektrycznie łopatki kół łopatkowych są połączone naprzemiennie z biegunami zasilacza wysokiego napięcia. Zmiana wartości wysokiego napięcia przyłożonego do łopatek powoduje wzrost natężenia pola elektrycznego powstałego miedzy nimi, co skutkuje wzrostem oporów przepływu cieczy w kanałach kół łopatkowych. Wadą takiego rozwiązania jest skomplikowana konstrukcja sprzęgła wynikająca z konieczności doprowadzenia wysokiego napięcia do łopatek obracających się kół łopatkowych.

Sterowane sprzęgło hydrokinetyczne z cieczą elektroreologiczną zawierające regulowany zasilacz wysokiego napięcia oraz koło łopatkowe pompy osadzone na wale wejściowym i koło łopatkowe turbiny osadzone na wale wyjściowym umieszczone we wspólnej nieruchomej obudowie, wypełnionej cieczą elektroreologiczną, przy czym wał wejściowy i wał wyjściowy są ułożyskowane w obudowie poprzez łożyska i uszczelnione poprzez pierścienie uszczelniające według wynalazku charakteryzuje się tym, że między kołem łopatkowym pompy a kołem łopatkowym turbiny umieszczona jest rura zewnętrzna oraz bliżej osi rura wewnętrzna tworząc między sobą kanał pierścieniowy, przy czym rura zewnętrzna stanowiąca brzeg kanału pierścieniowego jest zamocowana do nieruchomej obudowy poprzez wykonany z izolatora elektrycznego pierścień, zaś rura wewnętrzna jest zamocowana do nieruchomej obudowy poprzez wykonane również z izolatora elektrycznego pręty rozmieszczone na

PL 215 020 B1 obwodzie kanału pierścieniowego, przechodzące przez otwory wywiercone w rurze wewnętrznej oraz pierścieniu i zamocowane do obudowy, a ponadto rura zewnętrzna oraz rura wewnętrzna są połączone izolowanymi przewodami elektrycznymi przeprowadzonymi przez otwory wykonane w jednym z prętów z regulowanym zasilaczem wysokiego napięcia.

Zaletą wynalazku jest wytworzenie między kołami łopatkowymi pompy i turbiny sprzęgła hydrokinetycznego kanału pierścieniowego, którego metalowe ścianki, będące elektrodami, są połączone z regulowanym zasilaczem wysokiego napięcia. Elektroreologiczna ciecz robocza, przepływająca podczas pracy sprzęgła hydrokinetycznego przez kanał pierścieniowy, podlega działaniu pola elektrycznego, co powoduje wystąpienie dodatkowych oporów przepływu, zależnych od wartości przyłożonego do elektrod wysokiego napięcia. Zwiększenie wysokiego napięcia prowadzi do zwiększenia oporów przepływu cieczy roboczej w sprzęgle hydrokinetycznym i tym samym do zmniejszenia momentu obrotowego przenoszonego przez to sprzęgło.

Wytworzony kanał pierścieniowy może być umieszczony między kołami łopatkowymi pompy i turbiny sprzęgła hydrokinetycznego na dwa sposoby, tak by elektroreologiczna ciecz robocza, przepływała przez ten kanał:

- z koła łopatkowego pompy do koła łopatkowego turbiny (bliżej średnicy zewnętrznej sprzęgła);

- z koła łopatkowego turbiny do koła łopatkowego pompy (bliżej osi wałów sprzęgła).

Jednak to drugie rozwiązanie jest mniej korzystne, gdyż odległość między ściankami kanału, będącymi elektrodami, jest wtedy większa, co powoduje, że przy tej samej wartości wysokiego napięcia, natężenie pola elektrycznego w kanale jest mniejsze, gdyż natężenie pola elektrycznego jest odwrotnie proporcjonalne do odległości między elektrodami.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, przedstawiającym schemat budowy sterowanego sprzęgła hydrokinetycznego z cieczą elektroreologiczną według wynalazku.

Sterowane sprzęgło hydrokinetyczne z cieczą elektroreologiczną według wynalazku zawiera koło łopatkowe pompy 1, koło łopatkowe turbiny 2 oraz dwa odcinki metalowej rury: rurę zewnętrzną 3 oraz rurę wewnętrzną 4, tworzące kanał pierścieniowy 5, umieszczone we wspólnej nieruchomej obudowie 6, wypełnionej cieczą elektroreologiczną. Koło łopatkowe pompy sprzęgła hydro kinetycznego 1 osadzone jest na wale wejściowym 7, a koło łopatkowe turbiny sprzęgła hydrokinetycznego 2 osadzone jest na wale wyjściowym 8. Wał wejściowy 7 i wał wyjściowy 8 są ułożyskowane w obudowie 6 poprzez łożyska 9 i uszczelnione poprzez pierścienie uszczelniające 10. Rura zewnętrzna 3 kanału pierścieniowego 5 jest zamocowana do nieruchomej obudowy 6 poprzez pierścień 11, wykonany z izolatora elektrycznego, a rura wewnętrzna 4 jest zamocowana do nieruchomej obudowy 6 poprzez pręty 12 rozmieszczone na obwodzie kanału pierścieniowego 5, wykonane również z izolatora elektrycznego, przechodzące przez otwory wywiercone w rurze wewnętrznej 4 oraz pierścieniu 11 i zamocowane do obudowy 6. Do doprowadzenia napięcia elektrycznego z regulowanego zasilacza wysokiego napięcia 13 do rury zewnętrznej 3 oraz rury wewnętrznej 4 służą dwa izolowane przewody elektryczne 14 przeprowadzone przez otwory 15 wykonane w jednym z prętów 12.

Claims (1)

1. Sterowane sprzęgło hydrokinetyczne z cieczą elektroreologiczną, zawierające regulowany zasilacz wysokiego napięcia oraz koło łopatkowe pompy osadzone na wale wejściowym i koło łopatkowe turbiny osadzone na wale wyjściowym umieszczone we wspólnej nieruchomej obudowie, wypełnionej cieczą elektroreologiczną, przy czym wał wejściowy i wał wyjściowy są ułożyskowane w obudowie poprzez łożyska i uszczelnione poprzez pierścienie uszczelniające, znamienne tym, że między kołem łopatkowym pompy (1) a kołem łopatkowym turbiny (2) umieszczona jest rura zewnętrzna (3) oraz bliżej osi rura wewnętrzna (4) tworząc między sobą kanał pierścieniowy (5), przy czym rura zewnętrzna (3) stanowiąca brzeg kanału pierścieniowego (5) jest zamocowana do nieruchomej obudowy (6) poprzez wykonany z izolatora elektrycznego pierścień (11), zaś rura wewnętrzna (4) jest zamocowana do nieruchomej obudowy (6) poprzez wykonane również z izolatora elektrycznego pręty (12) rozmieszczone na obwodzie kanału pierścieniowego (5), przechodzące przez otwory wywiercone w rurze wewnętrznej (4) oraz pierścieniu (11) i zamocowane do obudowy (6), a ponadto rura zewnętrzna (3) oraz rura wewnętrzna (4) są połączone izolowanymi przewodami elektrycznymi (14) przeprowadzonymi przez otwory (15) wykonane w jednym z prętów (12) z regulowanym zasilaczem wysokiego napięcia (13).