Механизм блокировки дифференциала транспортного средства

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в транспортных средствах повышенной проходимости. Механизм блокировки дифференциала содержит блокирующее устройство и управляющий орган. В блокирующем устройстве использованы элементы тормозной системы транспортного средства. Управляющий орган содержит датчики 6 вращения ведущих колес, золотник 4, насос 2 и реле 5. Датчики 6 вращения связаны кинематически с полуосями, а электрически выход одного из них соединен с первым входом, а выход другого - со вторым входом реле 5, первый выход которого соединен с входом золотника и насоса, второй выход соединен с входом насоса. Трубопроводами соединены насос с входом золотника, первый выход которого соединен с тормозным цилиндром 14 одного колеса, а второй выход соединен с тормозным цилиндром 14 другого колеса. Тормозные цилиндры 14, тормозные колодки 9 и тормозные барабаны 8 кинематически связаны друг с другом. Технический результат - упрощение конструкции и повышение эффективности работы механизма блокировки. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в транспортных средствах повышенной проходимости.

Известен самоблокирующийся дифференциал повышенного трения автомобиля ГАЗ-66 (технический паспорт автомобиля ГАЗ-66), призванный блокировать привод колес ведущего моста при буксовании за счет использования момента трения между полуосевыми шестернями, компенсирующего разность крутящих моментов на полуосях, возникающую за счет разности моментов сил сцепления колес с дорожным покрытием. Недостатком этого дифференциала является то, что, по причине неизбежного межколесного кинематического рассогласования, привод оказывается заблокированным практически в течение всего периода движения машины, что приводит к непроизводительным затратам энергии, износу ходовой части и привода. Ухудшаются управляемость и устойчивость транспортного средства при движении по асфальту. Это связано с тем, что на отстающем колесе момент в несколько раз больше и оно стремится как бы "вытолкнуть" автомобиль из поворота, увеличивается расход топлива.

Известны также дифференциалы с полной блокировкой, имеющие муфту, жестко соединяющую (блокирующую) корпус дифференциала и полуосевую шестерню. Привод муфты может быть механический, гидравлический, а управление блокировкой осуществляется водителем (блокировка межосевого дифференциала на ВАЗ-21213, ВАЗ-2121, Ершов Б.В., изд. "Вища школа", Киев, 1985 г.) после преодоления труднопроходимого участка водителю необходимо сразу отключить блокировку, что требует от него дополнительного внимания. Иначе на шины и трансмиссию будут действовать избыточные нагрузки, а автомобиль будет хуже управляем.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному техническому решению является устройство самоблокирующийся дифференциал колесного транспортного средства (патент РФ №2162974, F 16 Н 48/30, 10.02.01 г., Бюл. №4), содержащее дифференциальную передачу, центральные колеса которой жестко соединены с полуосями ведущих колес, и блокирующее устройство, которое включает сцепную муфту и управляющий орган. Управляющий орган состоит из датчиков угловой скорости и схемы измерения частного отделения угловых скоростей и сравнения его с заданным критическим значением, которое подсчитывается по формуле. Выход упомянутой схемы через выпрямитель подключен к сервоприводу. Ведущая полумуфта сценной муфты соединена с водилом дифференциальной передачи. Ее ведомая полумуфта установлена на шлицах одной из полуосей с возможностью осевого перемещения и кинематически связана с сервоприводом. Недостатком данного устройства является сложность конструкции, так как в состав устройства входят схемы измерения частного от деления угловых скоростей и сравнения его с заданным критическим значением, усилитель, реле времени, сервопривод, сцепная муфта. В связи со сложностью конструкции устройство имеет низкие эксплуатационные качества. К недостаткам этого самоблокирующего дифференциала колесного транспортного средства следует отнести также то, что блокировка дифференциала осуществляется в дискретном режиме, при этом продолжительность блокировки определяется параметрами реле времени. Если сложный участок не закончился, то начинается буксование, после чего сигналы oт датчиков угловой скорости включают механизм блокировки дифференциала снова. Этот процесс происходит до окончания сложного участка дороги. Такой режим работы дифференциала снижает эффективность блокировки, что отрицательно сказывается на уровне проходимости транспортного средства.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение эффективности работы механизма блокировки.

Технический результат изобретения состоит и том, что механизм блокировки дифференциала содержит блокирующее устройство, в котором используются элементы тормозной системы транспортного средства, включающие тормозные цилиндры, тормозные колодки и тормозные барабаны ведущих колес, жестко соединенные с полуосевыми шестернями дифференциала, управляющий орган содержит датчики вращения ведущих колес, золотник, насос и реле, при этом датчики вращения связаны кинематически с полуосями, а электрически выход одного из них соединен с первым входом, а выход другого со вторым входом реле, первый выход которого соединен с входом золотника и насоса, второй выход соединен с входом насоса, а также трубопроводами соединены насос с входом золотника, первый выход которого соединен с тормозным цилиндром одного колеса, а второй выход соединен с тормозным цилиндром другого колеса, при этом тормозные цилиндры, тормозные колодки, тормозные барабаны кинематически связаны друг с другом.

На чертеже показан вариант электрогидравлической схемы механизма блокировки дифференциала.

Механизм блокировки содержит блокирующее устройство, в котором используются элементы тормозной системы, включающие тормозной барабан 8, жестко соединенный с полуосью 7 и полуосевой шестерней 13, тормозные цилиндры 14, кинематически связанные с тормозными колодками 9.

Управляющий орган содержит датчики вращения колес 6, кинематически связанные с кулачками 29, жестко установленные на полуосях 7, причем датчики вращения электрически соединены с входами реле 5, один выход которого соединен с обмоткой управления 28 золотника 4 и двигателем насоса 2, второй выход реле соединен с входом двигателя насоса.

Трубопроводами 3 соединены выход насоса 2 с входом золотника 4, первый выход которого соединен с тормозным цилиндром 14 одного колеса, а второй выход соединен с тормозным цилиндром 14 другого колеса.

Механизм блокировки дифференциала работает следующим образом.

Ситуация 1. Маневрирование без буксования.

При движении по прямой и ровной дороге, когда сопротивление качению правого и левого колеса одинаково, угловые скорости ω ₁=ω ₂, соответственно выходные сигналы датчиков вращения в виде напряжений постоянного тока V₁=V₂ , которые формируются за счет протекания прерывистого тока по первичной обмотке трансформатора при взаимодействии кулачка 29, жестко установленного на полуоси 7, с контактной группой прерывателя 30. Со вторичных обмоток ток через выпрямитель поступает на входы реле 5. При равенстве напряжений, ток срабатывания реле I _cp=0, контакты которого находятся в нормально разомкнутом состоянии. Сигнал управления отсутствует и дифференциал не блокируется.

Ситуация 2. При движении на крутых поворотах, колеса совершают разное количество оборотов, т.к. R_min>r_min , где R_min - минимальный радиус внешней траектории, r_min - минимальный радиус внутренней траектории. Соответственно напряжения, вырабатываемые датчиками вращения колес, будут иметь различное значение, возникает разность потенциалов ΔV=V ₁-V₂. Принимая во внимание наличие возвратной пружины, установленной между якорем и корпусом реле, уровень чувствительности, для реле с нормальным уровнем чувствительности P_cp>0,1 Вт, где Р_ср - потребляемая мощность реле при срабатывании. Возникающая разность потенциалов ΔV<V _cp, где V_cp - значение напряжения срабатывания реле.

Реле не сработает, сигнал управления отсутствует, дифференциал не блокируется.

Ситуация 3. Сложные дорожные условия движения, буксование. Благодаря дифференциальным свойствам привода, скорость небуксующего колеса снижается, а скорость буксующего увеличивается, соответственно датчики вращения колес вырабатывают напряжения с разным значением. Возникает разность потенциалов ΔV=V ₁-V₂>V_cp. Реле 5 срабатывает, его нормально разомкнутые контакты замыкаются, причем если напряжение левого датчика V₁>V₂ правого датчика, замыкается контактная группа 31-32, возникает управляющий сигнал, который поступает на обмотку управления золотника 4, в результате чего шток золотника 4 вместе с поршнями перемещается, закрывая один выход золотника 4, соединяющего трубопроводом 3 тормозной цилиндр 14 правого колеса, а второй выход к тормозному цилиндру 14 левого колеса открывает, сигнал управления поступает и на двигатель насоса 2, который создает в системе трубопроводов избыточное давление тормозной жидкости, совместимой с тормозной жидкостью рабочей тормозной системы 15, которое воздействует на поршни тормозного цилиндра 14, штоки которых перемещают тормозные колодки 9, которые через тормозной барабан 8, жестко соединенный с полуосью 7 и полуосевой шестерней 13 дифференциала, частично его блокирует. При этом величина крутящего момента, передаваемая главной передачей 10, 11 через дифференциальную передачу 12, 13 на отстающее колесо, увеличивается, улучшая проходимость транспортного средства.

Принимая во внимание, что K_б= =1 для симметричного дифференциала, где K_б - коэффициент блокировки, М₁ - крутящий момент на отстающем колесе, М₂ – крутящий момент на забегающем колесе.

Чем больше К_б, тем лучше проходимость транспортного средства. Например, при К_б=3 момент на отстающем колесе (не буксующем) будет в 3 раза больше, чем на буксующем (забегающем ).

При буксовании правого колеса, скорость которого увеличивается, а скорость вращения левого колеса снижается, соответственно V ₂>V₁, ΔV=V ₂-V₁>V_cp.

Реле 5 срабатывает, нормально разомкнутые контакты 31-33 замыкаются, управляющий сигнал поступает только на двигатель насоса 2, т.к. поршни золотника 4 всегда соединяют один выход золотника 4 с тормозным цилиндром 14 правого колеса.

Алгоритм блокировки полуосевой шестерни правого колеса аналогичен изложенному.

Дифференциал будет находиться в заблокированном состоянии до тех пор, пока разность напряжений, вырабатываемых датчиками 6 ΔV>V _cp и реле 5 будет удерживать контакты в замкнутом состоянии, до окончания режима буксования. При выравнивании скоростей вращения колес ΔV=V _отп реле 5 размыкает контакты, управляющий сигнал снимается, при этом двигатель обесточивается, поршни золотника 4, тормозные колодки 9 возвращаются в исходное состояние.

Ситуация 4. Задний ход

При движении задним ходом работа механизма блокировки дифференциала ничем не отличается от работы при движении "вперед", поскольку датчик 6 не реагирует на реверс, а реагирует лишь на скорость вращения полуосей.

Заявляемый механизм блокировки дифференциала по сравнению с прототипом конструктивно проще, не усложняет конструкцию дифференциала и не содержит сложных элементов типа схемы измерения частного от деления угловых скоростей и сравнения его с заданным критическим значением, усилитель, которые являются сложными электронными устройствами. Механизм блокировки блокирует дифференциал на весь период прохождения сложного участка дороги, а не в дискретном режиме, как это имеет место в прототипе, поэтому эффективность работы механизма блокировки выше. Все технические устройства, входящие в механизм блокировки, широко используются в машиностроении и заявляемое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стационарном технологическом оборудовании.

Формула изобретения

Механизм блокировки дифференциала транспортного средства, содержащий блокирующее устройство и управляющий орган, отличающийся тем, что в блокирующем устройстве использованы элементы тормозной системы транспортного средства, включающие тормозные цилиндры, тормозные колодки и тормозные барабаны ведущих колес, жестко соединенные с полуосевыми шестернями дифференциала, управляющий орган содержит датчики вращения ведущих колес, золотник, насос и реле, при этом датчики вращения связаны кинематически с полуосями, а электрически выход одного из них соединен с первым входом, а выход другого - со вторым входом реле, первый выход которого соединен с входом золотника и насоса, второй выход соединен с входом насоса, а также трубопроводами соединены насос с входом золотника, первый выход которого соединен с тормозным цилиндром одного колеса, а второй выход соединен с тормозным цилидром другого колеса, при этом тормозные цилиндры, тормозные колодки, тормозные барабаны кинематически связаны друг с другом.

РИСУНКИ