Гидромеханическая передача транспортного средства

 

г .i . - .тьитио ж, """= - ъР

О П И С А Н И Е >667424

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.06.74 (21) 2031257/27-11

М. Кл.

В 60 К 17/10 с присоединением заявок № 2044825/11

2056733/1 1

Государственный комктет

СССР оо делам кообротвнкй и открытой (23) Приоритет 17.07.74 по и 3;28.08.74 по пп.4 и

Опубликовано 15.06.79. Бюллетень № 22.

Дата опубликования описания 20.06.79

УДК 629,113-585.2 (088.8) А. А. Суслов, С. Ф. Сычев, В. 3. Изотов и С. H. Богданов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА ТРАНСПОРТНОГО

СРЕДСТВА

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к тидромеханическим передачам, входящим в трансмиссии наземных транспортных средств.

Наиболее близким к изобретению из известных технических решений является гидромеханическая передача транспортного средства, содержащая неподвижный корпус, в котором размещен комплексный гидротрансформатор, насосное и турбинное колеса которого связаны соответственно с ведущим и выходным валами передачи, и трехзвенный планетарный редуктор, два звена которого связаны соответственно с насосным и турбинным колесами гидротрансформатора (11.

Однако у известной гидромеханической передачи относительно узкий рабочий диапазон в тяговом режиме работы из-за интенсивного падения КПД при уменьшении передаточного числа ниже некоторого минимального значения, практически отсутствуют собственные тормозные характеристики и практически невозможно использовать. тормозные свойства двигателя.

Цель изобретения — повышение экономичности гидромеханической передачи при одновременном наделении ее тормозными свойствами.

Эта цель достигается тем, что предлагаемая гидропередача снабжена подключающим устройством, установленным, по край5 ней мере, на одной из связей звеньев редуктора, при этом третье звено редуктора снабжено связью с корпусом, а также тем, что подключающее. устройство состоит из муфты свободного хода, кроме того, подключающее устройство может состоять из управляемой фрикционной муфты или муфты свободного хода и управляемой фрикционной муфты, расположенных соответственно на двух связях звеньев редуктора, или же из муфты свободного хода и управляемой фрикционной муфты, расположенных последовательно на одной из связей звеньев редуктора.

Редукторная часть передачи может быть выполнена в обычном, непланетарном варианте

На фиг: 1 изображен основной вариант кинематической схемы гидромеханической передачи, механическая часть которой выполнена в виде зубчатого трехзвенного планетарного редуктора, подключающее устройство — в виде управляемого фрикционно667424

4 связано с выходным валом 4 гидромехани3 го элемента (тормоз); на фиг. 2 — графики, поясняющие работу гидротрансформатора и передачи в целом совместно с двигателем в тяговом режиме работы; на фиг. 3 графики, поясняющие изменение угловой скорости вращения элементов гидромеханической передачи в тяговом режиме работы; на фиг. 4 — графики, отражающие тяговые ха р актер исти ки гидро механической передачи, на фиг. 5 — графики, отражающие характеристики КПД в тяговом режиме работы передачи; на фиг. 6 — графики, иллюстрирующие тормозные свойства гидромеханической передачи; на фиг. 7 — вариант кинематической схемы передачи, отличающийся от схемы на фиг. 1 расположением подключающего устройства, выполненного в виде управляемого фрикционного элемента (муфта); на фиг. 8 и 9 — варианты кинематической схемы передачи с видоизмененными связями звеньев планетарного редуктора и различным расположением подключающего устройства, выполненного в виде управляемого фрикционного элемента (тормоз или муфта); на фиг. 10 и 11 — варианты кинематической схемы передачи, аналогичные вариантам на фиг. 1 и 9, где подключающее устройство выполнено в виде муфты свободного хода, а ведущий вал снабжен управляемой муфтой сцепления; на фиг. 12 и 13— варианты кинематической схемы передачи, аналогичные варианту на фиг. 1, где подключающее устройство выполнено в виде сочетания управляемого фрикционного элемента (тормоз) и муфты свободного хода, расположенных на двух различных связях звеньев планетарного редуктора с элементами передачи (фиг. 12) или последовательно на одной из связей этого редуктора (фиг.

13); на фиг. 14, 15 и 16 — варианты кинем атической схемы передачи, механическая часть которой выполнена в виде редуктора с непланетарным исполнением, а подключающее устройство — в виде управляемого фрикционного элемента (муфта), расположенного на различных связях звеньев редуктора с элементами передачи; на фиг. 17 — вариант кинематической схемы передачи применительно к варианту на фиг. 15, где подключающее устройство выполнено в виде муфты свободного хода; на фиг.18 — вариант кинематической схемы передачи, механическая часть которой выполнена в виде редуктора с непланетарным исполнением, а подключающее устройство — в виде сочетания управляемой фрикционной муфты и муфты свободного хода, расположенных на различных связях этого редуктора с элементами передачи.

П редлагаемая гидромеханическая передача (фиг. 1) содержит неподвижный корпус (показан штриховкой) с размещенным в нем комплексным гидротрансформатором, насосное колесо 1 которого связано с ведущим валом 2 передачи. Вал 2 передачи присоединяется к валу двигателя транспортного средства, как правило, через согласующий редуктор (гитару) или непосредственно.

Турбинное колесо 3 гидротрансформатора ческой передачи, как правило, ведущим по отношению к ступенчатой коробке 5 передач трансмиссии транспортного средства

Реактивное колесо 6 гидротрансформатора через муфту 7 свободного хода и подшипники установлено на опоре, связанной с неподвижным корпусом гидромеханической передачи. Механическая часть передачи выполиена в виде зубчатого трехзвенного планетарного редуктора, одно звено 8 которого (в данном случае — водило) связано с на1$ сосным колесом гидротрансформатора и, следовательно, также и с ведущим валом передачи; другое звено 9 (эпициклическое зубчатое колесо) этого редуктора связано с турбинным колесом гидротрансформатора и, следовательно, также и с выходным валом

zo передачи, третье звено !О (солнечное зубчатое колесо) снабжено подключающим устройством в виде управляемой фракционной муфты 11, выполняющим в данном случае роль тормоза, поскольку связывает звег$ но 10 планетарного редуктора с неподвижным корпусом передачи. Перечисленные звенья планетарного редуктора взаимодействуют между собой через сателлиты 12, оси вращения которых закреплены на водиле.

В данном варианте передачи сателлиты образуют две группы, находящиеся в зацеплении друг с другом.

Работа гидромеханической передачи в тяговом режиме иллюстрируется графиками.

На фиг. 2 приведены моментные характеристики совместной работы двигателя с гидроз$ трансформатором применительно к «прозрачной» нагрузочной характеристике последнего.

По оси абсцисс дана угловая скорость и вращения вала двигателя, а по оси ординаткрутящий момент М двигателя, работающего

4о по внешней характеристике, и нагрузочные моментные характеристики Mi на насосном колесе гидротрансформатора. На фиг. 3 по оси абсцисс обозначены те же скорости вращения вала двигателя, а по оси ординат даны угловые скорости ni вращения насосного, и турбинного колес гидротрансформатора и связанных с ними элементов передачи, обозначенных соответствующими фиг. 1 цифровыми индексами, а также угловая скорость п вращения звена 1О пла$0 нетарного редуктора.

В тяговом режиме работа передачи делится на два этапа. Первый этап рхватывает диапазон от точки с до точки b по скорости вращения вала двигателя на фиг. 2 и 3, $$ которые соответствуют максимальному значению передаточного числа гидротрансформатора, отраженного пересечением нагрузочной параболы в точке d (фиг. 2), и не667424

I которому минимальному его значению (точка g), определяемому, например, допустимым минимальным значением КПД. На этом этапе система управления обеспечивает вы: ключенное состояние муфты 11 (фиг. 1), и планетарный редуктор, лишенный опоры реактивного звена 10, вращается вхолостую, не оказывая влияния на работу гидротрансформатора. Мощность. от двигателя передается валу 2, далее через звено 8 — к насосному колесу 1, преобразуется гидротрансформатором и передается через рабочую 1о жидкость на турбинное колесо 3 и выходной вал 4. Таким образом, первый этап характеризует работу гидротрансформатора в его рабочем диапазоне по образцу его работы в схемах обычных гидромеханических пере1$ дач с гидротрансформатором в последовательном потоке мощности, когда при увеличении внешней нагрузки двигатель и гидротрансформатор проходят последовательно точки d, е, f u g (фиг. 2), которым одновременно соответствуют отрезки 9q и js 20 (фиг. 3) по скоростям вращения насосного и турбинного колес, и отрезок ub скорости вращения освобожденного звена 10 планетарного редуктора. Очевидно, что тяговая характеристика передачи, определяемая крутящим моментом М, на выходном валу 4 в зависимости от угловой скорости и+ вращения этого вала (фиг. 4) на участке dg так же, как и характеристика КПД (q) на фиг. 5 на соответствующем участке dg, не отличается от характеристики обычного зо комплексного гидротрансформатора в последовательном потоке мощности.

При дальнейшем возрастании внешней нагрузки и стремлении гидротрансформатора под ее влиянием к уменьшению передаточного числа от точки g к точке h (фиг. 2), З5 последняя из которых соответствует режиму полной остановки турбинного колеса и вы ходного вала, как показано точкой а на фиг. 3, гидротрансформатор стремится выйти в нерабочую зону, характеризуемую даль- 4р нейшим падением КПД согласно участку

go на фиг. 5 вплоть до его нулевого значения в точке О при остановке турбинного колеса.

При этом тяговая характеристика (фиг. 4) отображается нерабочим участком gh, используемым лишь в режиме трогания транс45 портного средства с места или кратковременно при черезмерном внешнем сопротивлении его передвижению. Однако передаточное число планетарного редуктора подобрано так, что звено 10 (фиг. 1) на границе 5в рабочего диапазона останавливается, как воквввво точкой Ь вв кривой ut (ф (т. 3), и при дальнейшем стремлении гидрот рансформатора выйти в нерабочую зону стремится вращаться в противоположную сторону, как показано участком bt. Но в момент

55 полной остановки звена 10 в точке b или вблизи нее система управления обеспечивает включение муфты 11 (фиг. 1) практически при полном отсутствии буксования его фрикционных элементов, и дальнейшее уменьшение угловой скорости вращения двигателя и гидротрансформатора сопровождается нулевым значением скорости звена 10 на участке Ьо (фиг. 3) по оси абсцисс в то время, как характеристика bto перестает существовать. Это второй этап работы гидромеханической передачи в тяговом режиме.

Для перехода на этот этап работы передаточное число редуктора, являясь отношением скоростей вращения звена 8 (сриг. 1) и звена 9, должно быть равно величине, обратной передаточному числу гидротрансформатора, определяемое в данном случае, как отношение скоростей вращения турбинного колеса 3 и насосного колеса 1. Так. если переход осуществляют при передаточном числе гидротрансформатора, равном

0,6, то передаточное число редуктора при остановленном звене 10 должно быть 1, 667.

Включением муфты 11 (фиг. 1) планетарный редуктор переводят в активную работу, поскольку звено 10, будучи замкнутым на неподвижный корпус, обращается в реактивное. В этом случае редуктор устанавливает механическую связь между насосным и турбинным колесами гидротрансформатора обеспечивая между ними через редукцию жесткую кинематику, т. е. шунтирование (в противоположность блокировке). Передача при этом не обращается в механическую, ибо процесс передачи мощности через гидротрансформатор в обычном направлении продолжается, так как насосное колесо вращается быстрее колеса турбинного. Но работа гидротрансформатора на втором этапе отличается от работы на первом этапе тем, что передаточное число гидротрансформатора фиксируется на достигнутой величине и в дальнейшем; в пределах второго этапа, остается неизменным. Поэтому дальнейшее снижение угловой скорости вращения выходного вала и турбинного колеса происходит одновременно со снижением угловой скорости вращения насосного колеса в ту же сторону строго пропорционально с некоторым отставанием по прямой SO (фиг. 3), что видно из сопоставления с отрезком прямой qo скорости вращения насосного колеса. При этом участок sa кривой перестает существовать. Таким образом в данном процессе крутящий момент на насосном колесе снижается по фиксированной нагрузочной параболе go (фиг. 2), а парабола ho перестает существовать. В данном случае поток мощности от ведущего вала 2 (фиг. 1) через звено 8 передается к насосному колесу 1 и далее через рабочую жидкость — к турбинному колесу 3 и к валу 4 с прогрессивным уменьшением своей величины в соответствии с параболой go (фиг. 2) в то время, как в передаче появляется па667424 . муфты 11 может использоваться при кратковременном возрастании внешнего сопротивления движению транспортного средства, щ если не произошло переключения передачи в коробке передач по тем или иным причинам, Наиболее полно возможности гидромеханической передачи в тяговом режиме раскрываются при ее работе на частичных нагрузках двигателя, что поясняется на примере одной его регуляторной характеристики

VW (фиг. 2) применительно к всережимному регулятору. При использовании обычного раллельно указанному механический поток мощности от вала 2 (фиг. 1) через звено 8, сателлиты 12 к звену 9 и далее к валу 4, причем этот поток, в противоположность первому, прогрессивно увеличивается на ве...ичину, соответствующую разности ординат между частью моментной характеристики gk двигателя (фиг. 2) и параболой go.

Поэтому, несмотря на то, что КПД гидротрансформатора в этом процессе неизменен и не опускается ниже своего фиксированного значения g (фиг. 5), общий КПД гидромеханической передачи за счет изменения соотношения между гидравлическим и механическим потоками мощности в пользу последнего возрастает (до некоторого предела), как показано кривой д1 (фиг. 5).

Таким образом, диапазон высоких значений

КПД от соотношений между значениями с и b (фиг. 5) расширен до соотношений между значениями с и р, однако целиком этот диапазон не является рабочим, ибо для внешней характеристики двигателя левее точки 8 максимального момента (фиг. 2) наблюдается падение моментной характеристики на участке 4k, при котором активная тяга двигателя ограничена. Поэтому рабочий диапазон по тяговой характеристике (фиг. 4) и характеристике КПД (фиг. 5) передачи соответствует значениям с и г и изображен в первом случае кривой дф, а во втором случае кривой бди При уменьшении внешней нагрузки и возрастании угловой скорости вращения выходного вала 4 (фиг. 1) процесс происходит в обратном порядке: режим шунтирования колес гидротрансформатора сменяется после выключения муфты 11 режимом

его работы в последовательном потоке мощности.

В режиме трогания транспортного средства с места муфту 11 (фиг. 1) выключают, чем освобождаются колеса гидротрансформатора от жесткой кинематической связи через планетарный редуктор. Гидротрансформатор, работая в последовательном потоке мощности, приобретает начальную параболу нагружения ho (фиг. 2), турбинное колесо, будучи первоначально остановленным, разгоняется по кривой as (фиг. 3), тяговая характеристика соответствует кривой gh (фиг. 4) с максимальным тяговым усилием в точке h, а КПД изображается кривой go (фиг. 5). Аналогичное выключение

1О

>о и зо зз

40 гидротрансформатора в последовательном потоке мощности данная регуляторная характеристика имеет физический смысл лишь на участке wP, не заходящем выше конечной параболы ho нагружения гидротрансформатора. На тяговой характеристике (фиг. 4) этот участок изображен кривой wP, причем участок 4ф является нерабочим, поскольку ему соответствуют недопустимо низкие значения КПД согласно кривой 5 о (фиг. 5).

В то же время для новой гидромеханической передачи с шунтированием колес гидротрансформатора регуляторная характеристика может использоваться целиком на участке

ЮУ(фиг. 2), при этом (фиг. 4) участок ъб сохраняется неизменным, а левее параболы

go регуляторная характеристика имеет перелом и занимает положение о ч, проходя круче, чем на участке бф, имея при этом

КПД выше минимально допустимого, как показано кривой Ь v (ôèã. 5) .

Особенностью работы передачи является использование ее в режиме торможения.

Этот режим обеспечивается при сбросе подачи топлива в двигатель и принудительным включением муфты 11 (фиг. 1). При включении муфты 11 передаточное число гидротрансформатора, установившееся перед этим, путем пробуксовки фрикционных элементов тормоза принудительно переводится на новое значение, диктуемое планетарным редуктором. При полностью включенной муфте 11, обращаюшей звено 10 в реактивное, турбинное колесо 3, будучи механически через планетарный редуктор связанным с насосным колесом, вращается в ту же сторону и строго пропорционально ему с некоторым отставанием скорости, являясь ведомым по отношению к насосному колесу, как и обычно при работе передачи в тяговом режиме, но всегда с фиксированным значением передаточного числа. Другои особенностью работы передачи является механическая связь турбинного колеса 3 через звено 9, сателлиты 12, звено 8 и вал 2 — с двигателем, как и в случае шунтирования в тя.говом режиме работы передачи. Тормозной эффект в данном случае складывается из тормозных возможностей двигателя и тормозных возможностей передачи следующим образом.

Тормозная мощность (энергия движущихся масс) от ведущих колес транспортного средства через трансмиссию, включая коробку передач 5 (фиг. I) с включенной передачей, передается к валу 4 и далее к звену 9 планетарного редуктора. Далее эта мощность делится на два потока. Первый из них через сателлиты 12 и звено 8 направляется к валу 2 и далее поглощается двигателем, находящимся в тормозном режиме работы. Второй поток от звена 9 через сателлиты 12 и звено 8 направляется к насосному колесу 1 гидротрансформатора, от ко торого с потерями за счет фиксированного

667424

S о

2S

35

so

SS значения КПД последнего передается через рабочую жидкость к турбинному колесу 3 и далее к звену 9 и вновь к насосному колесу 1, образуя тем самым замкнутый циркулирующий поток мощности в гидромеханической передаче. Очевидно, чем меньше фиксированное значение передаточного числа и, следовательно, ниже КПД гидротрансформатора, и чем больше поток циркулирующей мощности, проходящей через него, тем, больше потери мощности и тем эффективнее торможение, создаваемое гидромеханической передачей. Учитывая, однако, что кинематические параметры планетарного редуктора выбираются, как правило, исходя из обеспечения оптимальных характеристик передачи в тяговом режиМе ее работы эти параметры тем самым однозначно обеспечивают получение вполне определенной характеристики передачи в режиме торможения. Тормозная характеристика N< на валу 4 в зависимости от угловой скорости вращения этого вала, обеспечиваемая гидромеханической передачей совместно с двигателем, приведена на фиг. 6, где через Nq обозначена доля тормозной энергии, поглощаемой за счет двигателя, а характеристика

СС изображает процесс перевода передачи в режим торможения, сопровождающийся пробуксовкой фрикционных элементов муфты 11 до момента ее полного включения в точке С.

Принудительное включение муфты 11 может быть использовано для включения двигателя при движении транспортного средства с буксира при включенной передаче в коробке передач. Этот режим обеспечивается за счет появления механической связи между валами 4 и 2 посредством подключения планетарного редуктора. Для исключения потерь мощности гидротрансформатор должен быть полностью или частично освобожден от рабочей жидкости. В этом случае гидротрансформатор исключается из работы, а передача обращается в механическую.

Подключающее устройство планетарного редуктора может быть выполнено в виде управляемой фрикционной муфты 11 (фиг. 7), расположенной на связи турбинного колеса

3 и выходного вала 4 с соответствующим звеном планетарного редуктора, в частности со звеном 9 (эпициклическим зубчатым колесом). При этом другое звено 10 планетарного редуктора (солнечное колесо) постоянно соединено с неподвижным корпусом передачи. В отличие от предыдущего варианта выполнения, в котором шунтирование колес гидротрансформатора в тяговом режиме работы производилось при остановке звена 10, в данном варианте муфта включается без буксования при естественной синхронизации скоростей вращения турбинного колеса 3 и вала 4 со звеном 9, т. е. в момент перемены знака их относительных скоростей вращения. Включением муфты 11 производится также вывод передачи в режим торможения путем принудительной синхронизации и соединения турбинного колеса 3 и вала 4 со звеном 9 и вывода гидротрансформатора на фиксированное передаточное число. При этом в том и другом случаяi звено 10, как и ранее, выполняет роль реактивного. Возможны и другие варианты расположения подключающего устройства. а также выполнение планетарного редуктора с видоизменением связей его звеньев с элементами передачи. На фиг. 8 и 9 изображены варианты выполнения схемы передачи, где роль звена 8 играет эпициклическое зубчатое колесо, звена 9 — водило, а сателлиты 12 образуют одну группу. При этом в первом случае подключающее устройство расположено на связи звена 10 редуктора с неподвижным корпусом, а во втором — на связи звена 8 с насосным колесом 1 и ведущим валом 2. Указанные видоизменения не вносят принципиальных отличий в работу. гидромеханической передачи и ее результаты.

Учитывая, что для всех рассмотренных вариантов выполнения передачи шунтирование гидротрансформатора в тяговом режиме работы и вывод его из этого состояния производится в момент перемены знака абсолютной скорости вращения звена 10 (фиг. ! и 8) и знака относительных скоростей вращения соединяемых элементов (фиг. 7 и 9), то роль подключающего устройства может играть муфта свободного хода, которая устанавливается взамен фрикционных элементов в любом из рассмотренных вариантов схемы передачи. На фиг. 10 и 11 даны примеры такого выполнения применительно к вариантам, изображенным на фиг. 1 и 9. В данном случае, помимо муфт 13 свободного хода, передача снабжена управляемой муфтой !4 сцепления (фиг. 10 и 11), установленной на ведущем валу 2. В тяговом режиме муфта 14 постоянно замкнута и процесс работы передачи аналогичен описанному выше, отличаясь тем, что для данных выполнений передача обладает свойством внутренней автоматической работы, поскольку переход в режим шунтирования колес гидротрансформатора и выход из него происходят за счет самозамыкания или размыкания муфты 13 свободного хода. Учитывая, что режим трогания транспортного средства происходят в этом случае при включенной муфте 13 свободного хода, препятствующей турбинному колесу гидротрансформатора иметь режим остановки, трогание с места происходит за счет пробуксовки муфты 14 сцепления по аналогии с работой таких муфт в трансмиссиях механического типа. При этом передача не обеспечивает максимального тягового усилия, как точка h на фиг. 4, а обладает усилием, соответствующим точке 8. В случае, если коробка передач трансмиссии снабжена управлением в виде фрикционных элементов, режим трогания может производиться за

12 гателя, например, магистральных локомотивов. Что касается вариантов передачи с подключающим устройством в виде фрикционной муфты 11, то вероятность цикличности их работы устраняется общеизвестным способом настройки системы управления, обеспечивающей незначительный сдвиг по фазе момента включения муфты 11 относительно момента его выключения.

Для всех рассмотренных вариантов конструктивного выполнения передачи возможно расположение планетарного редуктора несоосно гидротрансформатору за счет выноса этого редуктора с помощью дополнительных зубчатых зацеплений. С другой стороны, редукторная часть передачи может быть пред1$ ставлена в обычном, непланетарном, выполнении. На фиг. 14, 15 и 16 представлены варианты такого выполнения передачи, в которых подключающее устройство выполнено в виде управляемой фрикционной муфты 11, установленной на различных связях звеньев т редуктора с элементами передачи. При этом роль реактивного звена при включении муфты выполняет неподвижный корпус 15 передачи, в котором через подшипники установлены зубчатые колеса 16.

Работа передачи в таком выполнении аналогична описанному для вариантов на фиг.1,7,8и9.

В тяговом режиме в диапазоне от максимальных значений передаточного числа гидротрансформатора и скорости вращения турзф бинного колеса 3 и вала 4 (фиг. 14, 15, 16) до их минимальных значений, определяемых минимально допустимым значением КПД гидротрансформатора, муфта 11 разомкнута, редуктор работает в холостом режиме без нагрузки, не оказывая влияния на работу гидротрансформатора, находящегося в данном случае в последовательном потоке мощности, которая от вала 2 передается в насосному колесу 1 и далее через рабочую жидкость — к турбинному колесу 3, валу 4

4о и коробке 5 передач. Передаточное число редуктора с помощью подбора числа зубьев колес 17, 18 и 16 подобрано таким образом, что в указанном диапазоне скорость вращения ведомой части муфты 11 выше, чем ее ведущей части. При достижении под влиянием внешней нагрузки указанных минимальных значений скорости вращения турбинного колеса гидротрансформатора и его передаточного числа и стремлении к дальнейшему уменьшению этих значений происходит сна р чала естественная синхронизация скоростеи

667424 счет их пробуксовки. В этом случае муфта 14 сцепления упраздняется.

Наделение передачи остановкой турбин= ногб колеса с максимальным тяговым усилием в режиме трогания с места транспорт = "ного средства при сохранении внутренней автоматичности в тяговом режиме работы может быть обеспечено выполнением подключающего устройства в виде сочетания фрикционной муфты 11 и муфты 13 свободного хода, которые могут быть расположены как на двух связях звеньев планетарного 1о редуктора (фиг. 12) или последовательно йа одной из связей звеньев этого редуктора (фиг. 13).

В тяговом режиме в передаче по вариан там фиг. 12 и 13 муфта 11 постоянно замкнута и процесс шунтирования колес гидротрансформатора "и выхода из него происходит автоматически за счет самозамыкания и размыкания муфты 13 свободного хода, аналогично процессу, описанному для работы передачи в вариантах выполнения на фиг. 10, и 11. Однако режим трогания в этом случае происходит по-иному. Данный режим осуществляется путем выключения муфты 11, освобождения гидротрансформатора и обеспечения тем самым возможности остановленного состояния турбинного колеса с максимальным тяговым усилием. Таким образом, в режиме трогания передача работает аналогично вариантам выполнения на фиг. 1, 7, 8, 9. Следует отметить, что свойства передачи не изменяются при взаимной перемене местами муфт 11 и 13 (фиг. 12 и 13), Выполнение подключающего устройства в виде муфты 13 свободного хода (фиг. 10 и 11) или в виде сочетания такой муфты с фрикционной муфтой 11 (фиг. 12 и 13) лишают передачу режима торможения, которыми она наделена в вариантах на фиг. 1, 7, 8 и 9. Поэтому использованйе ее ограничивается случаями, когда необходимо обеспечить внутреннюю автоматичность в тяговом режиме работы. Но и в этом случае область ее применения может быть несколько ограниченной в зависимости от типа транспортного средства. Так, для наземных транспортных средств (автомобиль, тягач и т. д.), работа которых характеризуется знакопеременными нагрузками как со стороны двигателя, так и со стороны ведущих колес из-за частого воздействия на педаль подачи топлива в двигатель, возможна вероятность цикличности работы муфты 13 свободного хода, т: е.-непрерывного чередования включенияотключения в ущерб ее долговечности, если возникают стабильные условия работы передачи в режиме синхронизации связываемых муфтой элементов. -Поэтому применение передачи с подключающим устройством, содержащим муфту 13 свободного хода, целесообразно для транспортных средств, отличающихся преимущественно стабильной односторонней нагрузкой со стороны вала двивращения ведомой и ведущей частей муфты и далее переход на превышение скорости вращения ее ведущей части над ведомой.

Но в момент синхронизации система управления обеспечивает включение муфты без буксования ее фрикционных элементов, устанавливая между колесами гидротрансформатора механическую связь с фиксированным передаточным числом. Дальнейшее сниже667424

14, ние скорости вращения вала 4, турбинного

3 и насосного 1 колес сопровождается, начиная с нулевого значения, появлением и нарастанием потока мощности, параллельного гидротрансформатору. Мощность от вала 2, передаваясь к насосному колесу 1, разветвляется на два потока: первый поток, как и ранее, направляется через рабочую жидкость к турбинному колесу 3 и далее к валу 4, а второй поток от насосного колеса передается к валу 4 механическим путем через редуктор и замкнутую муфту 11. 40

Остальные особенности работы передачи в тяговом режиме, а также перевод ее в режим торможения путем принудительного включения муфты 11 при сбросе подачи топлива в двигатель подробно изложены выше при описании работы передачи с планетарным выполнением редуктора, поэтому не требуют дополнительных пояснений. Укажем лишь, что в режиме торможения мощность со стороны ведущих колес транспортного средства через коробку 5 передач (фиг. 2о

14, 1 5, 16), вал 4, механический редуктор и замкнутую муфту 11 передается к насосному колесу 1, от которого одна часть передается валу 2 и поглощается двигателем, а другая часть через рабочую жидкость передается турбинному колесу 3, частично теряясь за счет КПД гидротрансформатора, и далее через вал 4 и редуктор вновь передается к насосному колесу, завершая тем самым круг циркуляции мощности.

Очевидно, что для представленных схем зе на фиг. 14, 15 и 16 фрикционные муфты могут быть заменены муфтами свободного хода, как указывалось выше. На фиг. 17 показан один из вариантов такого выполнения применительно к варианту на фиг. 15, где в качестве подключающего устройства использована муфта 13 свободного хода, а ведущий вал 2 снабжен управляемой муфтой 14 сцепления. Непланетарное выполнение редуктора допускает также выполнение подключающего устройства в виде сочетания 40 управляемой фрикционной муфты 11 и муфты 13 свободного хода, установленных последовательно друг другу на одной из связей звеньев редуктора с элементами передачи или установленных последовательно на двух 4> связях звеньев этого редуктора, что пояснено позициями 11 и 13 на фиг. 18. Такие варианты выполнения (фиг. 17 и 18), как указывалось выше, наделяют передачу свойством внутренней автоматичности в тяговом режиме, но лишают ее возможности полу- »О чения режима торможения. Помимо этого, вариант на фиг. 17 не обеспечивает максимального тягового усилия в режиме трогания транспортного средства, которое происходит за счет пробуксовки фрикционных элементов муфты 14 сцепления.

5$

В предлагаемой гидромеханической передаче гидротрансформатор, в противоположность известной передаче может иметь не только «прозрачную», но и «непрозрачную» нагрузочную характеристику, а также быть снабженным управляемой муфтой блокировки его насосного и турбинного колес для повышения КПД в зоне высоких скоростей вращения турбинного колеса. В последнем случае тяговый режим будет иметь три этапа: блокировка (прямая механическая передача), работа гидротрансформатора в последовательном потоке мощности и режим шунтирования. При этом в вариантах выполнения передачи с подключающим устройством в виде фрикционного элемента указанные этапы обеспечиваются работой системы управления этим устройством и муфтой блокировки. В вариантах выполнения в виде муфты свободного хода передача исключает автоматический выход на этап шунтирования до тех пор, пока не произведено выключения муфты блокировки колес гидротрансформатора.

Эффект, обеспечиваемый новой гидромеханической передачей в тяговом режиме ее работы, связан с расширением диапазона высоких значений КПД и соответствующим улучшением тягово-скоростных характеристик. Например, применительно к совместной работе передачи с 710-сильным двигателем типа В-2 и комплексным гидротрансформатором ГТК-IX, шунтируемым при его передаточном числе, равном 0,61, приращения силового и кинематического диапазона при работе по внешней характеристике, равные соответственно разности ординат и разности абсцисс точек g и г, (фиг. 4), достигают соответственно 5 — 10 и 15 — ЗОР/р, в зависимости от совмещений, причем если КПД в точке g (ôèã. 5) составляет 85Р/р, а в точке гп составляет для известной передачи 80 /р, то КПД для точки 4 имеет величину 92 /р.

Применительно к аналогичному двигателю постоянной мощности расширения силового и кинематического диапазонов для одного из совмещений достигают соответственно

21 . и 22 /р при повышении КПД с 85 /0 в точке g (фиг. 5) до 90,7Р/р в точке 8, тогда как в точке m äëÿ известной передачи он упал бы до 76,6/р. Максимум КПД на кривой gk для того и другого случаев составляет 96,5Р/р. Эффект расширения силового и кинематического диапазонов передачи приводцт к уменьшению общего диапазона коробки: передач трансмиссии и облегчению тем самым работы ее элементов управления включением передач, а в некоторых случаях— к уменьшению количества передач. Эффект предотвращения падения КПД при предельном повышении внешних нагрузок полностью исключает опасность выхода гидротрансформатора в режим с низкими значениями КПД и связанного с этим черезмерного тепловыделения, снимает необходимость автоматизации процесса переключения передач в коробке передач, который теперь обеспечивает15

667424

1О

io

Формула изобретекия

И за

so

5S ся водителем, не теряющим контроль над режимом работы двигателя, ибо на этапе шунтирования передача ведет себя по типу механической, сохраняющей жесткую кинематическую связь между валом двигателя и-ведущими колесами транспортного средства.

Наиболее ощутимый эффект достигается при работе гидромеханической передачи на частичных нагрузках двигателя, если учесть, что наибольшее время двигатель используется на этих режимах. Это наглядно поясняется на примере одной из регуляторных характеристик VW (фиг. 2) двигателя со всережимным регулятором. На тяговой характеристике (фиг. 4) эта регуляторная имеет перелом в точке 6, обеспечивая более высокие тяговые усилия и значения КПД, чем известная передача в том же диапазоне скоростей. Так максимальный перепад тяговых усилий между точками 6 и ч (фиг. 4) может достигать диапазона 2,37, а при использовании двигателя постоянной мощности — диапазона 3,18 при возрастании КПД с 85% в точке б (фиг. 5) до 92,7% в точке

v äëÿ обычного двигателя и до 94,3% для двигателя постоянной мощности в то время, как в том же интервале скоростей перепад тяговых усилий для известной передачи от точки Ь (фиг. 4 до точки у составляет применительно к этим двигателям соответственно 1,12 и 1,20 при падении КПД с 85% в точке о (фиг. 5) до 79% в точке у для обычного двигателя и до 76% для двигателя постоянной мощности. Таким образом, из ранее нерабочей зоны ogh (фиг. 4) выделена полноценная рабочая зона ogk с предельными тяговыми усилиями при высоких значениях КПД. Более крутой подъем регулярных характеристик в указанной зоне обеспечивает при заданном внешнем сопротивлении передвижению транспортного средства более высокие скорости движения, а при заданной скорости — более высокие тяговые усилия, обеспечивающие преодоление повышенных сопротивлений передвижению. Эти же обстоятельства указывают на обеспечение 100%-ного использования рабочих характеристик двигателя, если учесть, что для новой передачи не существует ограничений по использованию этих характерис— -тик не только левее нагрузочной параболы

og (фиг. 2), но и левее предельной параболы нагружения oh.

Тормозная характеристика N< (фиг. 6) эквивалентна характеристикам обычных гидрозамедлителей с постоянным заполнением, устанавливаемых нередко в транспортных средствах. При этом максимальная величина тормозной мощности при заданном значении передаточного числа шунтирования гидротрансформатора тем выше, чем интенсивнее производят процесс замыкания подключающего устройства. Установив, например, интенсивность этого процесса, исходя из условия, при котором циркулирующая мощность проходящая через гидротрансформатор, не превышает максимальной мощности, проходящей через него в тяговом режиме его работы, например, не более 710 л.с., передача при шунтировании гидротрансформатора

ГТК-1Х на передаточном числе, равном 0,61, обеспечивает суммарный тормозной эффект при максимальной скорости вращения выходного вала порядка 226 л.с., из которых около 120 л.с. приходится на долю двигателя, а остальная мощность — на долю собственно гидромеханической передачи. Если же прочностные параметры гидротрансформатора допускают возможность дальнейшего повышения мощности, проходящей через него, то доля тормозной мощности, обеспечиваемой передачей, соответственно может быть увеличена.

1. Гидромеханическая передача транспортного средства, содержагцая неподвижный корпус, в котором размещен комплексный гидротрансформатор, насосное и турбинное колеса которого связаны соответственно с ведущим и выходным валами передачи, и трехзвенный планетарный редуктор, два звена которого связаны соответственно с насосным и турбинным колесами гидротрансформатора, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности передачи при одновременном наделении ее тормозными свойствами, она снабжена подключающим устройством, установленным, по крайней мере, на одной из связей звеньев редуктора, при этом третье звено редуктора снабжено связью с корпусом.

2. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что подключающее устройство состоит из муфты свободного хода.

3. Передача по и. 1, отличающаяся тем, что подключающее устройство состоит из управляемой фрикционной муфты.

4. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что подключающее устройство состоит из муфты свободного. хода и управляемой фрикционной муфты, расположенных соответственно на двух связях звеньев редуктора.

5. Передача по и. 1, отличающаяся тем, что подключающее устройство состоит из муфты свободного хода и управляемой фрикционной муфты, расположенных последовательно на одной из связей звеньев редуктора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 2959070, кл. 74-664, 1960.

667424.

РО2. г2

Фиг.

Составитель С. Макаров

Редактор И. Марголис Техред О, Луговая Корректор Г. Назарова

Заказ 3363/14 Тираж 803 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПП П «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4