Автоматическая трансмиссия

 

Г .1

ОnHCavvr.

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советсннк

Соцналистическик

Республик

«о753691

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву (51) м. кл. (22) Заявлено 19.06 ° 78 (21) 2630837/27-11 с присоединением заявки Й9 (23) Приоритет

Опубликовано 070880. бюллетень Я 29

Дата опубликования описания р 70 88р

В 60 К 41/10

Государственный комитет

СССР ио делаи иэобретений и открытий

15З) УД 629. 113585.2(088.8) (72) Автор:, изобретения

Л. Г. Красневский

Институт проблем надежности и долговечности машин

AH Белорусской СССР (73) Заявитель(S4) ABTOMATHЧЕСКАЯ TPAHCMHCCHЯ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к трансмиссиям транспортных средств °

Широко известны автоматические гид-5 ромеханические трансмиссии, состоящие иэ гидротрансформатора, многоступенчатой коробки передач с фрикционными муфтами и тормозами для пе реключения ступеней и гидравлической системы автоматического управления, реагирующей на сигналы гидравлического датчика скорости выходного вала. трансмиссии. Автоматическое переключение ступеней осуществляется специальными клапанами, которые устанавливаются в положение высших ступеней под действием давления датчика скорости, а в положение низших — под действием возвратных пружин и давления датчика нагрузки (11, f4) .

Один иэ недостатков таких систем заключается в том, что при внезапном падении давления датчика скорости автоматическое переключение от высшей 25 до низшей ступени происходит за короткое время, что может привести к по ломке трансмиссии.

Прнчиной вйезапного падения выходного давления может быть поломка 30 приемника в датчиках с трубкачи Пито, либо разрушение уплотнительных колец входного и выходного каналов в клапанных датчиках (2 . другой причиной резкого падения давления может быть экстренное торможение транспортного средства, когда

его колеса почти мгновенно затормаживаются до юза,и жестко связаниый с ними выходной вал трансмиссии останавливается.

Известная автоматическая трансмиссия транспортного средства содержит механизм ручного и автоматического управления, связанный гидролиниями с источником рабочей жидкости через фильтр, с регулятором давления, с гидротрансформатором, с многоступенчатой коробкой передач с фрикционными муфтами и тормозами, сдатчиком угловой скорости выходного вала и с датчиком нагрузки, связанным тягой с педалью акселератора транспортного средства f3);

Ввиду того, что для полного выключения любой фрикционной муфты или тор моэа необходимо время, превьаиающее время включения, при слишком быстром переходе с высшей ступени на низшую

753691

«ышающее сумму времени чистого вы;лючения отдельных ступеней. Поэтому

1О

«адение выходного давления датчика

:корости за время, меньшее указанноо, недопустимо.

Цель изобретения — повышение на«ежности и безопасности трансмиссии эксплуатации за счет предотвраще1э

;ия быстрого падения выходного данле ия.датчика скорости при его повреж,ениях и при экстренных торможениях ранспортного средства.

Поставленная цель достигается тем, 20 то автоматическая трансмиссия снаб:ена дросселем постоянного сечения, идравлическим аккумулятором, устаонленны>ли н гидролинии, соединяющей еханизм.ручного и автоматического правления с датчиком угловой скороси выходного вала, обратным клапаном; одключенным к выходной гидролинии атчика скорости параллельно дроссею постоянного сечения, и сигнализа-. ором неисправности датчика скороси, состоящим из преобразователя пеепада давления на упомянутом дроссее н электрический сигнал и электриеского указателя, подключенного араллельно дросселю постоянного сеения к выходной гидролинии датчика корости .

На фиг. 1 схематически показана редлагаемая автоматическая трансмис

40 ия и ее система управления; на иг. 2 — конструкция части системы правления; на фиг. 3-6 — графики, ллюстрирующие протекание процессов ереключения ступеней в трансмиссии ее элементах.

Автоматическая трансмиссия состот из гидротрансформатора 1 (фиг.1), ногоступенчатой коробки передач 2 с рикционными муфтами и тормозами (не эказаны) и датчиком 3 угловой скоэсти выходного вала 4. Гидравличесая система трансмиссии содержит иаэс 5 рабочей жидкости с приводом г ее элементов, фильтр 6, регуля50 эр 7 давления, механизм 8 ручного и

55 зтоматического управления со штоэм 9, датчик нагрузки 10, тягой 11 зязанный с педалью 12 акселератоь транспортного средства, аккумуляэр давления 13 и дроссель 14, подтюченные к выходной гидролинии 15

d0 атчика угловой скорости. Пунктиром эказана установка обратного клапан 16 °

По гидролиниям 17-19 давление пиьния подается от насоса 5 к мехалогут оказаться частично включенными

«ве или более ступени. Такое переклю«ение принодит к блокиронке выход«ого вала, сопровождаемой перегруз(ой элементов коробки передач,рыв<ами, а н предельных случаях — поломloA трансмиссии. Безопасным при по:ледонательном переключении от высшей .тупени до низшей янляется время, пренизму 8 управления и датчиком 3 и 10, Гидролинии 20 механизма управления подключены к гидроцилиндрам фрикцион-. ных муфт и тормозон коробки передач (не показаны). Выход 21 датчика нагрузки подключен к механизму 8, Шток 9 имеет положения А, 1, Н, .ЗХ, при установке н которые в короб;ке передач включается автоматика, 1 ступень, нейтраль, задний ход.

Аккумулятор давления 13 состоит из цилиндра 22, поршня 23 и пружины 24 (фиг. 2). Полость 25 аккумулятора является рабочей, а полость 26 дренируется. для автоматического управления трансмиссией по сигналам датчиков 3 и

10 в механизме 8 имеются клапаны 27 и 28 автоматического переключения сту пеней известной конструкции, отдельно показанные в упрощенном виде на фиг.2.

Число таких клапанов зависит от числа ступеней К и равно обычно К-1. На фиг. 2 показаны лишь два из них. Клапаны устроены одинаково и отличаются лишь параметрами настройки. Например, клапан 27 состоит из дифференциального золотника 29 с входной гидролинией 30, выходными каналами 31 и 32, плунжера 33 и пружины 34. Полость пружины сообщена с выходом 21 датчика нагрузки, полость справа от плунжера 33 — c выходом 15 датчика скорости, выход 31 — с гидроцилиндром 35 высшей ступени, а выход 32 со входом следующего клапана 28. Выходы 36 и 37 послецнего сообщены с гидроцилиндром 38 T ступени и гидроцилиндром 39 II ступени. Входная гидролиния 30 клапана 27 сообщается в механизме 8 с гидролинией 17 при установке штока 9 в поло;кение A (не показано). Параллельно дросселю 14 может также подключаться сигнализатор

40 понре>кдения датчика скорости с сигнальной электрической лампочкой 41.

Устройство работает следующим образом.

1. Разгон с места на автоматическом режи..ле.

При нейтральном положении штока 9 запускают двигатель (не показан). При работающем двигателе насос 5 подает давление к механизму 8 и датчикам 3 и 10. Однако давление в гидролиниях

20 отсутстнует, и трансмиссия находится на нейтрали. Выходной нал 4 неподвижен. Давление датчика скорости 3 равно нулю, и клапаны 27 и 28 находятся в положении I ступени, показанном на фиг. 2.

Для трогания с места на автоматическом режиме шток 9 устанавливают в положение A и педалью 12 увеличивают подачу топлива. При этом клапаны .27 .и 28, оставаясь в исходном положении, по гидролиниям 30, 32 и 36 подают давление в гидроцилиндр 38 Т ступени. После включения 1 ступени

753691 транспортное средство трогается с места и начинает разгоняться. В процессе разгона клапаны 27 и 28 автоматически переключают ступени, пока скорость движения не достигнет желаемой, и водитель педалью 12 не уменьит подачу топлива. Переключения просходят при соотношениях давлений. датчика скорости Р и датчика нагрузки Р„, определяемых настройкой каждого из клапанов. На фиг. 3 показаны типовые характеристики двух таких клапанов автоматического переключения, соответствующие трехступенчатой трансмиссии (I квадрант), а также характеристики датчика скорости (II кнадрант) и нагрузки (III квадрант).

Переключения происходят сле,лщим образом. В процессе разгона с произвольным положением ; педали 12 давление датчика скорости возрастает и в точке А (фиг. 3) достигает неличины, при которой создаваемое им усилие на плун>кере 33 клапана 28 переключения I u II ступеней превысит усилие пружины 34 и давление Р 25 на золотнике 29. При этом золотник

29 сместится до упора влево, гидроцилиндр 38 (фиг. 2) соединится со слином, а гидроцилиндр 39 — с гидролинией 30, что соответствует включе- 30 нию в трансмиссии II ступени.

При достижении точки А произойдет срабатывание клапана 27, и включится высшая (на фиг. 3 — третья) ступень. При большем числе ступеней уст-З ройство имеет соответствующее число клапанов 27 и 28, а порядок их работы аналогичен описанному выше.

При возрастании давления датчика 40 скорости в процессе разгона происходит также постепенная зарядка аккумулятора 13, поршень 23 перемещается вправо, сжимая пружину 24 до состояния равнонесия; Полная зарядка проМ Э исходит при давлении Р„ (см. ниже), при котором пружина полностью сжата, а поршень упирается в дно цилиндра

22. Положение поршня на фиг. 2 соответствует частичной зарядке. 50

2. Замедление на автоматическом режиме.

При возрастании сопротивления движению транспортного средства, например при движении на подъем, скорость его постепенно уменьшается, а вместе с ней и давление P . При подаче топлива, соответствующей ц, в точке Аэ произойдет автоматическое переключение с III ступени íà TT, а при дальнейшем падении скорости — s точке A<-

1 ступени (фиг. 3). Клапаны 27 и 28 возвратятся в исходное положение (фиг. 2) . Время, необходимое для этих переключений, определяется тяговыми качествами транспортного средства и 65 на подъеме обычно составляет несколько десятков секунд.

Замедление с переключениями на низшие ступени имеет также место при уменьшении подачи топлива на ровной дороге, при служебных торможениях, связанных с проездом перекрестков, поворотами и т.д.

Однако во всех укаэанных случаях время замедления транспортного средства от исходной скорости до требуемой в изменившейся дорожной обстановке достаточно велико и заведомо превышает минимальное время 1 требуемое для последовательного переключения трансмиссии от высшей ступени до низшей. Время t" определяется как сумма времен переключения всех ступеней.

Как известно, в многоступенчатых . трансмиссиях запрещается переключение с высших ступеней на низшие с пропуском промежуточных, а также переключение эа время, недостаточное для синхронизации ее элементов и чистого выключения фрикционных муфт предыдущей ступени. Нарушение этих требований ведет к онышенному износу, 2.ь>ькам или поломкам деталей. Например, для трехступенчатой трансмиссии время 1» может составлять 3-5 секунд, для 5-ступенчатой — 8-10 секунд.Однако н описанных случаях замедления (а также и разгона) фактическое время переключений значительно превышает 1", и опасные для трансмиссии ситуации не возникают.

3. Работа при экстренном торможении.

Если при движении транспортного средства с максимальной скоростью, достижимой при подаче топлива < (точка А „на фиг. 3), произойдет экстренное торможение вплоть до юза (блокировки колес), то давление Р„ датчика скорости практически мгновейно упадет до нуля, и клапаны 27 и 28 также мгновенно установятся в положение фиг.2 °

В результате на максимальной скорости движения должно произойти аварийное переключение 112-21-1 ступень.

Однако аккумулятор 13 предотвращает воэможность такого переключения.

При падении давления Р„ он начинает разряжаться, выталкивая жидкость из полости 25 через дроссель 14 в гидролинию 15 датчика. Время разрядки зависит от объема полости 25, усилия пружины 24 и сечения дросселя. 14. Эта зависимость показана на фиг. 4 как функция давления зарядки, т.е. давления Р„ датчика скорости в момент перед торможением. Очевидно, что время разрядки является переменным до величины Р - P„, соответствующей упору поршня 23 в дно цилиндра 22, )т.е. полной зарядке. Максимальное .

753691

Ремя разрядки1„а„ввыбирается нескольэ большим С", т.е. безопасного врезни переключений (см. выше), а давч зние P -соответствует максимальной

1асной скорости движения, при кото>й наступает опасность аварийного реключения ступеней. Нахождение этой дорости очевидно. На графике фиг.3, пример, она соответствует скорос3-2 ! Ч щах °

Вследствие постепенной разрядки

:кумулятора давление в гидролиниях .жду дросселем 14 и клапанами 27

28 равно давлению в полости 25 акмулятора, создаваемому пружиной 24. этому автоматические переключения юизойдут не в зависимости от скорои движения,, как на нормальном реме, а в соответствии с изменением вления в аккумуляторе. Протекание ого процесса во времени дано на г. 5 для случая торможения со сбром подачи топлива (педаль 12 отпуНа).

Экстренное торможение начинается момент времени Т, и скорость Ч цает до нуля в момент Тк. При оттствии аккумулятора в соответствии графиком фиг. 2 переключение с III

II ступень произошло бы в момент соответствующий падению скорости величиныЧ,„ „, а со II на I — в чке Т. Для обеспечения безопасности зрое из них должно произойти в монт Т" = Т + » . Фактическим — ава>ным - временем переключений было

T = T — Тс <». авар

В действительности переключения нисходят следующим образом. Давлез в аккумуляторе падает по кривой с тем же темпом, что и скоростьY величины Р . Далее аккумулятор нач ает разряжаться, и Р падает мед«ней, чем V . В момент Т (при Рд =

, 2) произойдет включение II, а в юент Т",(при P = P„ . ) — I ступеПри этом отрезок времени между и Т равен или более t» благодасоответствующим размерам аккуму.ора и дросселя 14.

Как видно из фиг. 5, последнее

>еключение — в момент Т " - Mo>wer

>изойти уже при неподвижном транс>тном средстве, скорость которого ьла до нуля в точке Т, причем данК переключение, как и предыдущее, изойдет без участия водителя.Од3S

50 бО

:о оно уже не представляет опасностак как при использовании гидроанических трансмиссий отсутствуют

;аль сцепления, и свойства гидро.нсформатора позволяют при сброшен газе выполнять на стоянке любые еключения.

Полная разрядка аккумулятора пройдет также после остановки в точ.к

Та °

Аналогичный образом трансмиссия . отает при ином соотношении тем5

"0

55 б5 пов тор >ожения и разрядки аккумуля= тора, а также при большем числе ступеней.

На фиг. б отдельно показано изме ение давления аккумулятора при давленни датчика скорости, равном нулю (кривая Б,>). Момент t=t ñîoòâåòñòâóет упору поршня 23 в левую крышку цилиндра 22 при установке пружины с преднатягом.

В большинстве случаев экстренное торможение происходит без юза, а при наличии противоблокировочных тормозных устройств он вообще исключен. FIOэтому скорость движения падает не мгновенно, и темп падения давления

Рч соизмерим с темпом разрядки аккумулятора по кривой Б . Очевидно, что если Р„ падает медлейней (кривая Б<), то аккумулятор успевает разрядиться до текущего значения Рч, и результирующее значение давления перед дросселем 14 практически совпадает с Р„.

Если Рч падает быстрей (кривая Б ); то разрядка аккумулятора запаздывает относительно Р„, и падение давления в гидролинии 15 будет медленней, чем падение P Время разрядки возрастет и будет зависеть от давления Р„, являющегося в этом случае противодавлением за дросселем 14, препятствующим истечению жидкости из аккумулятора. Тем самым время между переключениями (точки Т и Т") будет увеличено и заведомо йревысит требуемую величину.

4. Работа на аварийном режиме при повреждении датчика скорости.

Поскольку повреждение датчика возможно только в результате внешних механических воздействий, оно происходит в движении и потому весьма опасно. Однако за счет действия аккумулятора 13 аварийные ситуации и в данном случае также исключаются. При этом устройство работает аналогично режимам экстренного торможения. Давление датчика падает мгновенно, и кривая Р на фиг. 5, начиная от точки Р„, в точ-.

« ности соответствует кривой Б йа фиг.б

Однако отличие от режимов торможения здесь заклю:ается в том, что тран спортное средство продолжает некоторое время двигаться с прежней скоростью, и автоматические переключения на низшие ступени, хотя и замедленные действием аккумулятора, как описано выше, происходят помимо воли водителя. Для подачи ему сигнала о неисправ ности датчика и о необходимости принятия мер к остановке может использоваться сигнализатор 40 с электрическим указателем (например, лампочкой

41). При работе аккумулятора 13 на дросселе 14 появится перепад давления, обусловленный истечением жидкости через дроссель и поврежденный датчик 3. Этот перепад преобразуется сигнализатором 40 в электрический

753691

10 сигнал с помощью любого из известных машиностроении методов, а последний подается на лампочку 41, расположен- ную в поле зрения водителя.

Сигнализатор может также срабатывать при экстренном торможении,указывая на неблагоприятный режим транс миссии.

Из изложенного видно, что аккумулятор может на некоторых режимах создавать запаздывание сигнала скорости. Так, при быстром ее падении давление P без аккумулятора изменялось бы по кривой В, а фактически изменяется по кривой Г (фиг. 6) . Как показано выше, такое запаздывание при замедлении улучшает условия работы 15 трансмиссии.

Однако при разгоне указанное запаздывание может ухудшить динамику разгона транспортного средства, так как переключение на высшие ступени Щ произойдет позже, чем допустимо по тяговым свойствам, на время, необходимое для зарядки аккумулятора через дроссель 14. Для ускорения зарядки параллельно дросселю 14 может подключаться обратный клапан 16, проходное сечение которого больше дросселя. В этом случае зарядка через клапан 16 и дроссель 14 произойдет за время, пренебрежимо малое по сравнению со временем разгона, а время разрядки не изменится.

В конкретных трансмиссиях диаметр дросселя 14 может составлять, например, 2-3 мм, а рабочий объем аккумулятора (полости 25) — 100 — 150 см .

Эти размеры невелики и позволяют устанавливать аккумулятор непосредственно в механизмы гидравлической сис темы. Кроме описанного, могут применяться и другие типы аккумулято- 4Р ров — мембранные, пневмогидравлические и др. Величина давления полной зарядки может быть больше Р„,(пунктирная часть кривой на фиг. 4) .

Очевидно также, что могУт приме- 4 няться другие типы клапанов автоматического переключения 27 и 28,а точка Р,", в трансмиссиях с иным числом ступеней, чем на фиг. 3, будет лежать в зоне, близкой к высшим ступеням и т,д.

Однако во всех этих случаях.преимуществом предлагаемой трансмиссии . является повышение ее надежности эа счет предотвращения поломок при экстренных торможениях и повреждениях зз датчика. Наибольшее значение это имеет для тяжелых транспортных средствсамосвалов, скреперов, тягачей и т.д., у которых автоматические трансмиссии имеют 5-6 ступеней. Поскольку аккумулятор, ввиду простоты, имеет высокую надежнбсть, его применение повышает безопасность трансмиссии в эксплуатации.

Формула изобретения

Автоматическая трансмиссия транспортного средства, содержащая механизм ручного и автоматического управления, связанный гидролиниями с источником рабочей жидкости через фильтр, с регулятором давления, с гидро.рансформатором, с многоступенчатой коробкой передач с фрикционными муфтами и тормозами, с датчиком угловой скорости выходного вала и с датчиком нагрузки, связанным тягой с педалью акселератора транспортного средства, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности и безопасности трансмиссии в эксплуатации за счет предотвращения быстрого падения выходного давления датчика скорости при его повреждениях и при экстренных торможениях транспортного средства, она снабжена дросселем постоянного сечения, гидравлическим аккумулятором, установленным в гидролинии, соединяющей механизм ручного и автоматического управления с датчиком угловой скорости выходного вала, обратным клапаном, подключенным к выходной гидролинии датчика скорости параллельно дросселю постоянного сечения, и сигнализаторам неисправности датчика скорости, состоящим из преобразователя перепада давления на упомянутом qpocселе в электрический сигнал и электрического указателя, подключенного параллельно дросселю постоянного сечения к выходной гидролинии датчика скорости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США- Р 3691872, кл. 74/864, 1972 (прототип) .

2. Патент США 9 3640157, кл. 74/869, 1972.

3. Патент США Р 4033203, кл. 74/869, 1977.

4. Автооское свидетельство СССР по заявке 92357902/27-11, кл. В 60 К 41/10, 10 ° 05.76.

753691

Pvmax

4* МтаС

Я Ю Д) t-I

Ф л л

ЦНИИПИ Эаказ 4823/13 Тираж 763 Подписное!

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4.,г-л

vmin р4 фив. 4

< nasa

Фи8. б