Трансмиссия внедорожных машин, преимущественно тракторов

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Трансмиссия содержит двигатель, преобразователь крутящего момента, коробку передач, сообщенную посредством карданной передачи с задним мостом, объемный гидропривод с механизмом включения объемного гидропривода и насосом, планетарные ряды заднего моста с фрикционными муфтами и тормозами. Преобразователь крутящего момента выполнен в виде планетарного ряда с фрикционной муфтой, тормозами и насосом. Вход последнего связан со всасывающей гидролинией, а выход - с основным и дополнительным дросселями. Вал насоса посредством передачи соообщен с венцом коронной шестерни планетарного ряда преобразователя. Повышена маневренность и КПД трансмиссии. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл.

Изобретение относится к трансмиссиям самоходных машин, а более конкретно к тракторам сельскохозяйственного и промышленного назначения.

Известны трансмиссии самоходных машин преимущественно для сельскохозяйственных работ, которые содержат сцепление, коробку передач, раздаточную коробку, карданную передачу, главную передачу, дифференциал или механизм поворота, конечные передачи, приводы вала отбора мощности (ВОМ) и т.д. [1].

Недостатком указанных трансмиссий является то, что для достижения требуемых стандартных скоростей при выполнении соответствующих агротехнических приемов необходимо иметь широкий практический диапазон изменения скорости агрегата, что доводит число ступеней коробки передач до 30, при этом для получения "ползучих" скоростей применяется ходоуменьшитель с большим передаточным числом. Тракторы, выполненные по схеме 4К4, имеющие два ведущих моста, наиболее перспективны, однако в данном случае приводы колес имеют недостатки, не позволяют получить высокую маневренность агрегата. Трансмиссии с зубчатыми передачами имеют большое число зубчатых колес, в т.ч. конических, что снижает КПД трансмиссии и приводит к большим непроизводительным потерям мощности [1, 2].

Наиболее близким к заявленному является трактор, включающий двигатель, сцепление, коробку передач, сообщенную с дифференциалом и далее с задним мостом, механизм включения объемного гидропривода, связанный с насосом объемного гидропривода, который посредством соответствующих гидролиний сообщен с гидромоторами управляемых колес переднего моста [3].

Недостатком такого технического решения является то, что трактор и составной агрегат имеют недостаточную маневренность и КПД, а также отсутствует возможность использования колесных и гусеничных движителей без создания различных по конструкции задних мостов.

Технической задачей данного изобретения является устранение указанных недостатков.

Данная цель достигается тем, что трансмиссия снабжена планетарным рядом с фрикционной муфтой и тормозом, а также преобразователем крутящего момента, а задний мост снабжен четырьмя планетарными рядами, образующими два редуктора (по одному на борт), ступени с более низким крутящим моментом которых имеют фрикционные элементы (муфты и тормоза) изменения передаточного числа, а преобразователь крутящего момента (ПКМ) выполнен в виде планетарного ряда, одно звено которого (1 или 2) связано с приводным двигателем М, другое - с выходным валом А коробки передач (КП), а реактивное звено 2 - с насосом Н1, в напорной магистрали которого имеются дроссели с предохранительными клапанами (см а.с. 1669779).

Трансмиссия снабжена механизмом гидроотбора мощности (ГСОМ).

Поиск, проведенный по патентной и научно-технической литературе, показал, что заявленное неизвестно, т.е. оно соответствует критерию "новизна".

Поскольку имеется потребность в такого рода трансмиссиях и они выполнены из известных узлов, то заявленное соответствует критерию "промышленная применимость".

А так как в результате использования данного агрегата появляются новые качества - повышенная маневренность, улучшенный КПД и имеется возможность использовать в качестве движителей заднего моста как колеса, так и гусеницы, то заявленное соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена принципиальная схема трансмиссии; на фиг. 2 и 3 показаны узлы IV и III на фиг. 1.

Трансмиссия содержит преобразователь крутящего момента (ПКМ), включающий зубчатую муфту М1, подвижно связанную посредством шлицев с коленвалом КВ двигателя М, которая может поочередно соединяться с водилом 1 или солнечной шестерней 2 планетарного ряда. Последний содержит водило 1, солнечную шестерню 2, сателлит 3 и коронную шестерню 4, тормоза Т1, Т2 и муфту МФ1. Коронная шестерня 4 связана с выходным валом А коробки передач КП. На выходном валу А неподвижно расположены солнечные шестерни 6 и 8, находящиеся в зацеплении соответственно с сателлитами 5 и 7, расположенными на водиле 9, с коронными шестернями 6' и 8' планетарных рядов, имеющими фрикционные муфты М5, М6, и тормозом Т3. Водило 9 через карданную передачу 10 соединено с коническими шестернями 20 и 21 главной пары ГП. Шестерня 20 неподвижно соединена с валом 27, который соединяется с солнечной шестерней 18 планетарного ряда редуктора КР1 и КР2, имеющего фрикционную муфту ФЗМ, шестернями 16, 17 и 18, тормоз ТЗМ, водило 19 соединено с солнечной шестерней 15 (планетарного ряда редуктора), которая находится в зацеплении с сателлитами 12, расположенными на водиле 13, и через них с коронной шестерней 11, замкнутой на корпус заднего моста. Водило 13 через полуось 14 соединяется с ведущими колесами движителя (колесо или гусеница) 28.

Передний мост ПМ соединен с коленвалом двигателя М через шестерни Z1 и Z2, с гидронасосом НП, подающим рабочую жидкость через систему трубопроводов ГЛ в гидромоторы ГМ, приводящие в движение колеса ПМ.

Преобразователь крутящего момента ПКМ имеет два варианта исполнения, которые легко трансформируются в зависимости от использования трансмиссии - для сельскохозяйственного трактора вариант первый или промышленного - второй.

Первый вариант: ПКМ содержит зубчатую муфту М1 и зубчатые венцы водила 1 и солнечной шестерни 2, реактивное звено которой связано через шестерню Z4 и Z3 с насосом Н1 и через систему гидролиний с дросселями и предохранительными клапанами (описание изобретения дано в авторском свидетельстве #669779), тормоз Т1 не используется, а тормоз Т2 (фиг. 2) заменен на зубчатую муфту М4, замыкающую водило 1 на корпус КП.

Второй вариант: ПКМ содержит фрикционные муфты М2 и М3 (фиг. 3), которые устанавливаются на место зубчатой муфты М1. Ведущие диски фрикционной муфты М2 устанавливаются на шлицевой конец коленвала КВ, а ведомые - на зубчатый венец водила 1, ведущие диски фрикционной муфты М3 соединены с коленвалом КВ, а ведомые - с зубчатым венцом солнечной шестерни 2. Используются тормоз Т1 и тормоз Т2 взамен зубчатой муфты М4.

Гидравлическая система отбора мощности (ГСОМ) выполнена по а.с. #747746. Синхронный ВОМ (ВОМ синхр.) имеет две частоты вращения хвостовика, и для его привода используются шестерни 21, 22, 23 24, 25 и 26.

Для переключения с одной частоты вращения на другую используется каретка с шестернями 25 и 26.

Трансмиссия также включает гидробак 29, всасывающую гидролинию 30, насос Н1, вал которого связан с зубчатым зацеплением Z3, Z4, например, посредством шестеренной передачи он сообщен с венцом коронной шестерни планетарного ряда преобразователя крутящего момента, напорную гидролинию 31, двухпозиционный переключающий гидрораспределитель 32, в одном положении направляющий поток жидкости от гидролинии 31 к основному 33 или дополнительному 34 дросселю (в зависимости от положения гидрораспределителя 32), предохранительные клапаны 35 и 36, установленные параллельно соответственно дросселю 33 или 34. Трансмиссия может иметь механизм гидроотбора мощности ГСОМ.

Привод переднего и заднего независимых валов отбора мощности (ВОМ) имеет две частоты вращения хвостовика ВОМ. Хвостовики сменные в зависимости от частоты вращения. Управление фрикционными элементами осуществляется с помощью гидравлической системы, питание которой производится от насоса Н2, связанного кинематически с коленвалом КВ двигателя шестернями Z1 и Z5.

Трансмиссия работает следующим образом.

Вариант первый (трактор сельскохозяйственного назначения), получение низких ("ползучих") технологических скоростей. При работе трансмиссии самоходной машины с включением ПКМ муфта МФ1 и тормоз Т1 выключены (разомкнуты), мощность от двигателя М передается через муфты М1 к солнечной шестерне 2, сателлитам 3, коронной шестерне 4 планетарного ряда ПКМ. Мощность в ПКМ делится на два потока. Один направляется к коробке передач КП. Другой поток направляется через зубчатое зацепление Z4 и Z3 к валу насоса Н1. При этом насос, вращаясь, забирает масло из гидробака 29 по всасывающей гидролинии 30 и подает его к гидрораспределителю 32. При включенной в КП низшей передаче (муфта М6 и тормоз Т3 замкнуты) гидрораспределитель переключается в положение I, соединяя основной гидродроссель 33 с напорной гидролинией 31. Происходит дросселирование потока масла, проходящего от насоса через гидродроссель 33 по линии гидрослива, с возвратом в бак 29. Изменяя величину дросселирования задается скорость движения агрегата от нуля (гидродроссель открыт) и до максимального значения (в выбранном пониженном диапазоне) - V_max (дроссель закрыт), определяемого передаточным числом трансмиссии и передаточным числом планетарного механизма ПКМ.

При необходимости увеличения скорости движения в диапазоне низких технологических скоростей с бесступенчатым их регулированием в КП включается соседняя, более высокая передача, а гидрораспределитель 32 устанавливается в позицию II. При этом насос Н1, вращаясь, подает рабочую жидкость через гидрораспределитель к дополнительному гидродросселю 34. При полном его закрытии машина будет перемещаться с максимальной для этого диапазона скоростью, определенной меньшим передаточным числом. По мере открытия дополнительного дросселя (увеличение проходного сечения) скорость машин будет бесступенчато уменьшаться, но не до нуля, как в первом случае, а до определенной минимальной величины, определяемой выбранной величиной проходного сечения дополнительного гидродросселя 34.

При работе машины на основных скоростях (4...8 км/ч или 9...15 км/ч), а также на транспорте (17...40 км/ч) с необходимостью бесступенчатого регулирования скорости машины, в т. ч. между смежными передачами КП, процесс происходит аналогично описанному для случая регулирования скорости в диапазоне низких технологических передач. При этом тормоз Т1 и муфта МФ1 разомкнуты.

В случае выполнения работ, не требующих низких технологических скоростей и бесступечатого их регулирования между сменными передачами, а также при отказе в работе механизм отключается, а управление планетарным механизмом ПКМ осуществляется с помощью тормоза Т1 и муфты МФ1. Положения фрикционных элементов трансмиссии приведены в таблице 1.

Для получения передач заднего хода зубчатая муфта М1 перемещается влево в положение II и входит в зацепление с солнечной шестерней 2, а зубчатая муфта 4 входит в зацепление с водилом 1, замкнув его на корпус КП, механизм бесступенчатого регулирования отключается, т.е. дроссель полностью открыт.

Коробка передач КП обеспечивает три передачи, и в сочетании с ПКМ число передач достигает 6 переднего хода при ступенчатом изменении передаточного числа и трех передач заднего хода. Положение зубчатых муфт, функциональных элементов и зубчатых колес приведено в таблице 2. Изобретение поясняется также табл. 3 и 4.

Использование фрикционных муфт М2, М3 и тормоза Т2 взамен зубчатых муфт М1 и М4 позволяет обеспечить эффективную работу трактора в агрегате с оборудованием для выполнения работ при строительстве дорог и других технологических операций, где требуется частое цикличное изменение скорости прямого хода на обратный, например работы с бульдозером.

При выполнении работ в сельскохозяйственном производстве использование передач заднего хода требуется для маневрирования на поворотной полосе, при соединении трактора с сельскохозяйственной машиной или продолжительной работе на реверсе. Например, кошение хлебов жаткой, навешенной на заднюю навесную систему.

1. Положение трансмиссии - задний мост отключен.

Поток мощности от двигателя М через коробку передач КП, карданную передачу 10, шестерни 20 и 21 главной пары ГП подводится к валу 27. Фрикционные элементы ФЗМ и ТЗМ разомкнуты.

Водило планетарного ряда 19 неподвижно и крутящий момент к редуктором КР1 и КР2 не подводится, движители тяги не создают. Такое положение используется для обеспечения суперманевренности трактора с колесными движителями.

Перемещение трактора на повороте происходит только за счет тяги переднего ведущего моста ПМ, управляемые колеса которого повернуты на необходимый угол.

2. Положение трансмиссии - задний мост имеет разные скорости левого и правого движителей (подтормаживание отстающего борта).

При этом поток мощности от двигателя М через коробку передач КП, карданный вал 10, шестерни 20, 21 главной пары ГП, вал 27 подводится к редукторам КР1 и КР2, фрикционные элементы одного из которых находятся в положении: тормоз ТЗМ разомкнут, фрикцион ФЗМ замкнут, у противоположного борта - наоборот. При частичном размыкании тормоза ТЗМ и фрикциона ФЗМ в зависимости от величины их буксования можно регулировать разность скоростей движителей по бортам.

3. Положение трансмиссии - поворот бортом, т.е. один движитель отключен от трансмиссии. В этом случае фрикцион ФЗМ и тормоз ТЗМ разомкнуты полностью и крутящий момент к одному борту не подводится.

4. Положение трансмиссии: заторможен отстающий борт. Тормоз ТЗМ, фрикцион ФЗМ планетарного редуктора, например, КР1 замкнуты, а редуктора КР2 замкнут фрикцион ФЗМ. Поток мощности подводится к редуктору КР2 (забегающий борт).

Положение трансмиссии, описанное в пунктах 2...4, отражает ее состояние, пригодное для использования в качестве механизма поворота трактора или агрегата, составленного на его базе с различными типами движителей, в том числе колесными, гусеничными, шагающими или их сочетанием на одной машине.

5. Положение трансмиссии: "служебное" или экстренное торможение машины. Поток мощности от двигателя М через коробку передач, карданную передачу 10, главную пару ГП, вал 27 передается к редукторам КР1 и КР2, фрикционные элементы которых ТЗМ и ФЗМ замкнуты, т.е. движители заторможены.

При "служебном" торможении указанные фрикционные элементы пробуксовывают.

Применение описанной трансмиссии позволит бесступенчато изменять скорость при работе трактора в диапазоне низких ("ползучих") технологических скоростей и между сменными передачами основного и транспортных диапазонов; использовать различные типы движителей; обеспечить суперманевренность (радиус поворота трактора с колесным движителем практически равен нулю); расширить область применения тракторов за счет использования их в качестве промышленных; снизить расход конструкционных и эксплуатационных материалов в процессе полного жизненного цикла.

Источники информации 1. И.П.Ксеневич и др. "Тракторы", М., "Машиностроение", 1991.

2. Патент СШАN 4552241 Н. кл. 180...249, 1985.

3. Заявка Великобритании N 1385013 Н. кл. 16 H 47, 1975.

Формула изобретения

1. Трансмиссия внедорожных машин, преимущественно тракторов, содержащая двигатель, связанный с преобразователем крутящего момента и далее с коробкой передач, сообщенной посредством карданной передачи с задним мостом, механизм включения объемного гидропривода, связанный с насосом объемного гидропривода, который посредством соответствующих гидролиний сообщен с гидромоторами управляемых колес переднего моста, отличающаяся тем, что задний мост снабжен планетарными рядами, ступени которых, находящиеся под более низким крутящим моментом, имеют фрикционную муфты и тормоза для управления передаточным числом заднего моста, при этом преобразователь крутящего момента выполнен в виде планетарного ряда с фрикционной муфтой и тормозами и насосом, вход которого связан с всасывающей гидролинией, а выход посредством напорной гидролинии и двухпозиционного переключающего гидрораспределителя соответственно с основным и дополнительным дросселями, параллельно каждому из которых установлен соответствующий предохранительный клапан, а вал насоса посредством соответствующей шестеренной передачи сообщен с венцом коронной шестерни планетарного ряда преобразователя крутящего момента.

2. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена тормозом водила планетарного ряда преобразователя крутящего момента.

3. Трансмиссия по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена тормозом солнечной шестерни планетарного ряда преобразователя крутящего момента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5