Гидромеханическая передача транспортного средства

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскиа

Социалистическиа республик " 787197 (б! ) Дополнительное к а от. свид-ву У 667424 (22) Заявлено 21.05,76 (2! ) 2362478/27-11 (51)М. Кл; с присоединением заявки ¹â€”

В 60 К 17/10

Гооударстванный комитет (28) Приоритет— оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 15 12.80 Бюллетень №

Дата опубликования описания 15.12.80 (53) УД К 629.113.

585.2 (088.8) (72) Авторы изобретения

А,А. Суслов, С, Ф. Сычев, В, М. Антонов и В. 3, Изотов (7!) Заявитель (54) ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА

ТРАНСПОРТНО ГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к гидромеханическим передачам, входящим, как составная часть, в трансмиссии преимущественно наземных транспортных средств, таких как автомобили, тракторы, тягачи и иные подобные колесные или

5 гусеничные машины, и может быть использовано для рельсового транспорта, например железнодорожных локомотивов.

По основному авт. св. У 667424 известна то гидромеханическая передача транспортного средства, содержащая неподвижный корпус, в котором размещен комплексный гидротрансформатор, насосное и турбинное колеса которого связаны соответственно с ведущим и выходным

15 валами передачи, а реактивное колесо связано с указанным корпусом через муфту свободного хода. Гидротрансформатор может бьггь снабжен управляемой фрикционной муфтой блокировки его насосного и турбинного колес. Пере20 дача содержит также трехэвенный планетарный редуктор, два звена которого связаны соответ. ственно с насосным и трубинным колесами гидротрансформатора, а третье звено связано с неподвижным корпусом, причем по крайней мере одна из указанных связей звеньев редуктора снабжена подключающим (или разьедини1 тельным) устройством, которое в одном иэ вариантов конструкции выполнено в виде управляемых фрикционных тормоза или муфты. Редуктор может быть выполнен в обычном, непланетарном исполнении (1) .

Принцип работы известной передачи основан на шунтировании насосного и турбинного колес гидротрансформатора на том или ином режиме его работы посредством осуществления механической связи между названными колесами с помощью указанного, редуктора выполняющего роль шунтируюшего устройства. С учетом постоянства передаточного числа редуктора его подключение на том или ином режиме к колесам гидротрансформатора обеспечивает фиксирование, т.е. неизменность той или иной величины передаточнбго отношения (или скольжения) гидротрансформатора без изменения направления вращения его колес. Иными словами, шунтирование обеспечивает наперед заданное и не3 787197 изменноа соотношение между скоростями вращения насосного и турбинного колес.

1!ри работе известной передачи в тяговом режиме в диапазоне от максимальных до некоторых минимальных значений передаточного от5 ношения гидротрансформатора, последние из которых определяются минимально допустимыми значениями КПД в его рабочем диалазоне, шунтирующее устройство отключено и передача работает как обычный гидротрансформатор.

При стремлении к дальнейшему уменьшению передаточного отношения или скорости враще,ния турбинного колеса под влиянием внешней нагрузки со стороны выходного вала и стремлении тем самым к падению КПД ниже установленного минимального его значения в рабочем диапазоне, автоматически включается шунтирующее устройство, фиксируя тем самым передатЬчное отношение и КПД гидротрансформатора на укаэанных выше крайних значениях. Этим обеспечивается расширение рабочего диапазона передачи за счет повышения ее КПД при дальнейшем возрастании внешней нагрузки на выходном валу и замедлении турбинного колеса, что происходит из-эа возникновения параллельного гидротрансформатору механического потока мощности через шунтируюшее устройство при соответствующем снижении части мощности,. передаваемой через гидротрансформатор, При работе данной передачи в режиме торможения используется как тормозной эффект двигателя, так и тормозной эффект самой передачи, причем последний может быть обеспечен с любой степенью интенсивности в зависимости от принудительного шунтирования колес 35 на том или ином передагочном отношении гидротрансформатора, Это обеспечивается мощ. ностью, на янаюшей циркулировать в контуре, образованном гидротрансформатором и шунтируюшим устройством (редуктором), при этом 4О потери (тормоэная мощность) тем выше, чем больше величина циркулирующей мощности в контуре и ниже КПД гидротрансформатора на том или ином режиме шунтирования, Недостаток известной передачи связан с пе- 45 реходным процессом ее перевода в режим торможения и заключается он в том, что данный переход, как правило, осуществляется с больших значений передаточного отношения гидротрансформатора при выключенном вначале ме- 5О ханиэме шунтирования к малым его значениям, когда этот механизм полностью включен в конце переходного процесса, Перевод колес гидротрансформатора на новый режим относительного вращения производится принудительно посредством буксования фрикционных тормоза или муфты шунтируюшего устройства, При растягивании времени включения указанных тор- моза или муфты тормозной эффект передачи

4 первоначально обеспечивается эа счет буксования этих элементов при минимальной доле участия гидротрансформатора с последующим нарастанием роли последнего и убыванием роли буксования указанных элементов до полного ее исчезновения. Такой процесс связан с повышенным износом фрикционных элементов. При кратковременном же включении, связанным с минимальной работой тормоза или муфты, наблюдается резкое возрастание скорости вращения насосного колеса гидротрансформатора, влекущее возрастание скорости связанного с ним вала двигателя и мошностной нагрузки на гидротрансформатор до величин, могуших превышать номинальные значения, Цель изобретения — повышение моторесурса передачи путем предотвращения возрастания мошиостной нагрузки гидротрансформатора сверх допустимых значений при переводе в режим торможения.

Указанная цель достигается тем, что передача снабжена управляемым тормозом, соединенным с реактивным колесом гидротрансформатора. Предполагается при этом, что гидротран. сформатор содержит фрикционную муфту блокировки его насосного и турбинного колес.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой гидромеханической, передачи: на фиг. 2 — графики, иллюстрируюшие тормозные свойства передачи и мощностную нагруэку на гидротрансформатор при работе гидромеханической передачи в режиме торможения; на фиг. 3 — графики, иллюстрирующие скорости вращения колес гидротрансформатора при работе гидромеханической передачи в режиме торможения; иа фиг. 4 — вариант схемы гидромеханической передачи с изменением связей звеньев планетарного редуктора с элементами передачи; на фиг. 5 — то же, тормоз шунтирующего.устройства заменен на фрикционную муфту, размещенную на одном иэ смежных звеньев планетарного редуктора; иа фиг. 6 — то же, вариант . с обычным, лепланетарным исполнением редуктора шунтируюшего устройства.

Передача (фиг, 1) содержит комплексный гидротрансформатор, насосное колесо 1 которого связано с ведушим валом 2 передачи, который, в свою очередь, присоединяется к валу двигателя транспортного средства, как правило, через согласующий редуктор (гитару) или непосредственно. Турбинное колесо 3 гидротрансформатора связано с выходным валом 4 гидромеханической передачи, который, как правило, соединяется со ступенчатой коробкой передач трансмиссии транспортного средства. Реактивное колесо 5 через муфту 6 свободного хода установлено на опоре 7, связанной с неподвижным корпусом, показанном штриховкой

Гидротраисформатор снабжен фрикционной уп787197 равляемой муфтой 8 блокировки его насосного и турбинного колес 1 и 3, а реактивное колесо 5 через вал 9 связано с управляемым тормозом 10, который обеспечивает связь этого колеса с неподвижным корпусом (показан штриховкой) . Гидромеханическая передача содержит также устройство для шунтирования насосного и турбинного колес гидротрансформатора, которое выполнено в виде трехзвенного планетарного редуктора одно звено 11 кото- 10 рого (в данном случае †водило) связано с насосным колесом 1 гидротрансформатора и, следовательно, также и с ведущим валом 2 передачи; другое звено 12 этого редуктора (эпициклическое колесо) связано с турбинным,. колесом 3 гидротрансформатора и, следователь. но, также и с выходным валом 4 передачи; третье звено 13 (солнечное колесо) снабжено управляемым тормозом 14, связывающим это звено с неподвижным корпусом (показано 20 штриховкой) . Перечисленные звенья планетарного редуктора взаимодействуют между собой через две группы сателлитов IS, находящихся в зацеплении друг с другом, оси вращения которых укреплены на водиле, 25

В тяговом режиме работа предлагаемой передачи осуществляется следующим образом, Система управления обеспечивает выключенное состояние тормоза 10, и гидротрансформатор работает, как обычный комплексный с освобождением реактивного колеса с помощью муфты свободного хода в режиме гидромуфты и остановкой этого колеса в режиме трансформ ации.

3S

Тяговый режим делится на два этапа. На первом этапе система управления обеспечивает выключенное состояние .тормоза 14, и планетарный редуктор, лишенный опорь реактивного звена 13, вращается вхолостую без нагрузки, не оказывая влияния на работу гидротрансформатора. Свойства передачи на этом этапе тож . дественны свойствам самого гидротрансформатора. Мощность от двигателя передается валу 2,4 далее через звено 11 — к насосному колесу 1, преобразуется гидротрансформатором и передается на турбинное колесо 3 и выходной вал 4, Первый этап охватывает диапазон от максимального значения передаточного отношения гидротрансформатора (лод которым понимается пе ременное отношение скоростей вращения турбинного колеса к колесу насосному) до некоторого минимального значения указанного передаточного отношения, определяемого минимально допустимым,значением КПД. Таким образом первый этап работы передачи соответствует заранее заданному рабочему диапазону гидротрансформатора.

Второй этап работы передачи, характеризуется шунтированным состоянием колес гидротрансформатора. Передаточное число планетарного редуктора подобрано таким образом, что, при возрастании вне ш ей нагрузки со стороны выходного вала 4 и стремлении гидротрансформатора к дальнейшему уменьшению передаточного отношения с выходом за пределы указанного рабочего диапазона, звено 13 редуктора на границе этого диапазона останавливается и далее стремится вращаться в противоположную сторону относительно первоначального направления холостого вращения. Но в момент остановки звена 13 или вблизи этого момента система управления обеспечивает включение тормоза 14 практически при отсутствии буксования его фрикционных элементов. С учетом постоянства передатопгого числа редуктора, передаточное отношение и КПД гидротрансформатора фиксируются на достигнутом значении и остаются неизменными при дальнейшем возрастании внешней нагрузки на валу 4 и пропорциональном друг другу замедлении турбинного и насосного колес. Возрастание внешней нагрузки на этом этапе приводит к возникновению и последовательному возрастанию механического потока. мощности, параллельного гидротрансформатору при соответствующем снижении мощности, передаваемой через гидротрансформатор: мощность ат двигателя через ведущий вал

2 и звено 11 передается к насосному 1 и далее к турбинному 3 колесу и от него — к выходному валу 4 с прогрессивным уменьшением своей величины, в то время, как второй поток от вала 2 и через звено li передается (через сателлиты 15) к звену 12» далее к валу 4 с прогрессивным возрастанием своей величины.

Отсюда следует повьпцение общего КПД передачи и расширение ее рабочего диапазона по сравнению с рабочим диапазоном гидротрансформато. ра, проявляемым особенно при работе двигателя на частичных нагрузках.

При уменьшении внешней нагрузки и воэрас. тании скорости вращения выходного вала процесс происходит в обратном порядке: работа передачи с зашунтированным гидротрансформато. ром, затем отключение механизма шунтирования путем выключения тормоза 14 и переход на этап работы обычного гидротрансформатора. Для повышения КПД в зоне максимальных скоростей вращения выходного вала и турбинного колеса может использоваться режим блокировки с помощью муфты 8. В последнем случае работа передачи в тяговом режиме будет разделяться, очевидно, на три этапа. Трогание с места осуществляется принудитсльным отсоединением шунтирующего устройства путем выключения тормоза 14, что дает возможность выхода гидротрансформатора на обычный стоп-режим. Передача, 7 7871 при необходимости, обеспечивает также надежную заводку двигателя при движении транспортного средства на буксире или под уклон.

Особенностью работы предлагаемой передачи является режим торможения, который обеспечивается сокращением до минимума подачи топлива в двигатель и принудительным включением тормоза 14 шунтирующего устройства. В отличие от известного включению тормоза 14 предшествует блокирование с помощью муфты 8 насосного и турбинного колес гидротрансформатора . при одновременном включении тормоза 10 реактивного колеса гидротрансформатора, что является первым этапом торможения. Таким образом, включение тормоза 14 являтся вторым эта-1 пом торможения, которому предшествует выключение блокирующей муфты 8 и, при необходимости, тормоза 10.

Для наглядного пояснения указанного отличия рассмотрим прежде процесс работы и режиме торможения известной передачи, когда не используется муфта 8 и отсутствует тормоз 10.

При включении тормоза 14 передаточное отношение гидротрансформатора, установившееся перед этим, принудительно переводят на новое 2s значение, диктуемое планетарным редуктором.

Например, с передаточного отношения, близкого к единице, гидротрансформатор переводят на передаточное отношение 0,61 путем некоторого снижения скорости вращения турбиш ого колеса 3 и более знаштельног0 возрастания cKQpocти насосного колеса 1 вместе с валом 2 и двигателем, При полностью включенном тормозе 14 турбинное колесо 3, будучи механически через планетарный редуктор связанным с насосным

35 колесом 1, вращается в ту же сторону и строго пропорционально ему с некоторым отставанием по скорости, как и обычно при работе гидротрансформатора в тяговом режиме, однако с фиксированным скольжением между колесами, О

Другой особенностью является появление механической связи турбинного колеса 3 через звено 12, сателлиты 15, звено 11 и вал 2 с двигателем, как и в случае шунтирования в тяговом режиме работы передачи. Тормозной

45 эффект в данном случае складывается из использования тормозных возможностей двигателя и тормозных возможностей передачи следующим образом.

Тормозная мошность (энергия движущихся масс) от ведуших колес транспортного средства через трансмиссию передается валу 4 гидромеханической передачи и далее к звену 12 планетарного редуктора. Далее эта мощность делится на два потока. Первый из них через сателлиты

15 и звено 11 направляется к валу 2 и далее поглощается двигателем, находящемся в тормозном режиме работы. Второй поток от звена 12 через сателлиты 15 направляется к насосному колесу 1 гидротрансформатора, от которого с потерями, определяемыми КПД последнего„ передается к турбинному колесу 3 и далее к звену 12 и вновь к насосному колесу 1 (суммируясь перед этим с мощностью на валу 4), образуя таким образом замкнутый циркулирующий поток мощности в гидромеханической передаче. Очевидно, что чем меньше КПД гидротрансформатора и чем больше поток циркулирующей мощности, проходящей через него, тем больше потери мощности и тем эффективнее торможение, создаваемое гидромеханической передачей. Это происходит при уменьшении величины фиксированного передаточного отношения гидротрансформатора путем выбора соответствующего значения передаточного числа планетарного редуктора. Однако при выбранной суммарной (двигатель + передача) тормозной характеристике, которой соответствует, например кривая оа (фиг. 2), где по оси абсцисс дана скорость вращения п„выходного вала 4, а IIo ocu ординат — суммарная тормозная мощность N4 на этом валу, выход на данную характеристику, начиная, например, с максимальной скорости (точка Ь) может быть осуществлен за счет буксования тормоза 14 (фиг. 1) по характеристике Ьс (фиг. 2), где точка с соответствует полностью включенному состоянию тормоза 14 и максимально допустимой скорости и насосного колеса II точке 4 (фиг. 3), а также максимально допустимой мошностной нагрузке М, на этом колесе в точке е (фиг. 2), Таким образом, первый этап торможения известной передачи обеспечивается эа счет буксования тормоза 14 (точка Ь на фиг. 2) с последуюшим уменьшением и исчезновением его роли в точке с, где торможение уже целиком обеспечивается эа счет гидромеханической передачи и двигателя по кривой со, которая соответствует второму этапу торможения. Очевидно, что первый этап в диапазоне bf характерен недостаточным средним тормозным эффектам (характеристика bc) и износом тормоза 14 (фиг, 1) при буксовании его фрикционных элементов, Сужение диапазона bf (фиг. 2) смещением точки f вправо путем более кратковремен. ного процесса включения тормоза 14 приводит к переходу от характеристики Ь 4 (фиг, 3) к характеристике с более крутым подъемом, что в теоретическом пределе изображено вертикально

Ь g, когда турбинное колесо не успело отреагировать изменением скорости своего вращения.

В этом случае скорость насосного колеса в точке g становится выше допустимой (точка 4), что одновременно влечет за собой повышение мошностной нагрузки на этом колесе с допустимых значений в точке е (фиг. 2) до значений сверху допустимых в точке h и, одновременно, 9 7871 к черезмерной тормозной мощности гидромеханической передачи (точка а на фиг. 2).

Первый этам торможения предлагаемой передачи осуществляется одновременным включением муфты 8 блокировки (фиг. 1) и тормоза 10. При этом гидротрансформатор обращается в гидродинамический тормоз за счет того, что насосное 1 и турбинное 3 колеса вращаются с одинаковой скоростью, а в их круге циркуляции установлено сопротивление в виде неподвиж- 0 ного реактивного колеса 5, Поглощение энергии, поступающей на вал 4 со стороны ведущих колес обеспечивается потерями в гидротрансфарматоре при подводе мощности к турбинному колесу 3 и насосному колесу 1 (через муфту 8), tg а также двигателем через муфту 8, звено 11 и вал 2. При этом суммарный тормозной эффект характеризуется кривой ko на фиг. 2, где его величина в точке k не превышает максимально установленной (см. точку с).

Скорость вращения колеса в точке е (фигЗ), и мошностная нагрузка на этом колесе в точке

m (фиг. 2) также не превышают допустимых значений, характеризуемых соответственно токами d и е на этих графиках, в противополож- 25 ность сверх допустимых значениям в точках g и h для известнойнередачи. Замечение вала 4 (фиг. 1) и машины в целом на рассматриваемом этапе торможения осуществляется от максимальной скорости в точке Ь (фиг. 2) до некоторой зо средней скорости в точке f, после чего система управления обеспечивает выключение муфты 8 (фиг. 1) и, при необходимости, тормоза 10 (что не обязательно), а также включение тормоза 14 шунтируюшего устройства. Это приводит

3S к переходу от первого этапа торможения по кривой kp (фнг. 6) ко второму этапу по кривой со, характернои для известной передачи, при этом данный переход даже при теоретически мгновенном переключении (вертикаль рс) не приводит к возрастанию установленного максимального тормозного усилия выше значения в точке с, а также к возрастанию скорости вращения насосного колеса и его мошностной нагрузки сверх допустимых значений при соответ.

45 ствующих переходах с характеристики Ig u mr на фиг. 2 и 3 на характеристики do и ео, Сред. няя величина тормозного эффекта на первом этапе для предлагаемой гидромеханической передачи выше, чем у известной передачи, если сравнить соответствующие им площади под характеристиками kp u bc (фиг. 2), а также учесть, что торможение для предлагаемой передачи на данном этапе обеспечивается эа счет гидротрансформатора, а не частичного буксования тормоза 14 (фиг. 1), являющегося недостатком известной передачи.

Связи звеньев предлагаемой гидромеханичес. кой передачи не исчерпываются схемой, иэобра9! 10 женной на фиг, 1. Например, на схеме по фиг.4 роль звеньев ll и 12 планетарного редуктора, связанными соответственно с насосным 1 и турбинным 3 колесами гидротрансформатора, выполняют (в отличие от схемы ло фиг. 1) соответственно эпициклическое колесо и водило.

При этом сателлиты 15, вместо двух, образуют одну группу. Приншш работы гидромеханической перецачи при такой перестановке звеньев планетарного редуктора остается неизменным, при этом тормоз 14 на показанных схемах передачи может быть заменен фрикционной муфтой, расположенной на любом из двух других звеньев планетарного редуктора, как, например, показано на фиг. 5 применительно к схеме на фиг. 4. В этом случае реактивное звено 13 (фиг. 5) постоянно замкнуто на неподвижный корпус, а подключение шунгируюшего устройства обеспечивается муфтой 14. Принцип работы передачи при этом остается неизменным, отличаясь лишь тем, что в тяговом режиме шунтирование колес гидротрансформатора путем включения муфты 14 осуществляется после достижения естественной синхронизации скоростей ее ведущей и ведомой частей, в то время, как для схем по фиг. 1 и 4 включение тормоза

14 в тяговом режиме осуществляется после естественной остановки звена 13 планетарного механизма. Наконец, редуктор шунтируюшего устройства может быть представлен не только в планетарном, но и в обычном исполнении, как, например, показано на фиг. 6. Здесь для наглядности номера позиций совпадают с номерами позиций тех элементов планетарного редуктора на предыдуших схемах, которые эквивалентны аналогичным связям и выполняют одинаковую роль. шунтирование колес гидротрансформатора в данном случае (фиг. 6) обеспечивается включением фрикционной муфты 14, чем осуществляется фиксирование передаточного отношения гидротрансформатора на заданном значении путем подключения соответствующей мехаш ческой связи между насосным и турбинным колесами с помощью редуктора, образованного парами зацепляюшихся зубчатых колес 11, 15 и 12, 15 и связи 13 между ними, которая одновременно выполняет роль реактивного звена, будучи через подшипники установленной в неподвижном корпусе передачи, показанном на фиг. 6 штриховкой.

При выходе предлагаемой передачи в режим торможения с максимальной скорости вращения выходного вала при кратковременном включении муфты 8 и тормоза 10 (фиг. 1) скорость вращения насосного колеса изменяется от значения Ь до значения ь (фиг. 3), не превышающего максимально допустимой скорости в точке d. При этом максимальная мошностная нагрузка на насосном колесе (m на фиг. 2) и

ll 787197 тормозная мощность на выходе (k на фиг. 2) также не превышают установленных значений соответственно в точках е и с. Торможение на данной ступени по кривой kp (фиг. 2) осуществляется при снижении скорости выходного вала до точки f настолько, чтобы даже при теоретически мгновенном переходе на второй этап торможения включением тормоза шунтирующего устройства обеспечить возрастание скорости насосного колеса от точки q (фиг.3) to по вертикали не свыше, чем максимально допустимая скорость в точке d. При этом переходы re и рс (фиг. 2) осуществляются до значений не свыше первоначально заданных.

Предлагаемая передача устраняет недостаток д известной передачи при кратковременном включении тормоза или муфты шунтирующего устройства, что повьппает, срок службы передачи.

Одновременно достигается уменьшение степени возрастания скорости вращения насосного коле- э са и вала двигателя, при этом в тяговом режиме работы сохраняется расширенныйдиапаэон высоких значений КПД. Кроме того, передача обеспечивает высокую среднюю тормозную мощ12 ность на первом этапе торможения в дипазоне

Ы (фиг. 2), что видно из сопротивления площадей под характеристиками bc для известной передачи и kp для предлагаемой передачи, последняя из которых выше на 10 — 15%.

Формула изобретения

Гидромеханическая передача транспортного средства по авт. св. N 667424, о т. л и ч à ющ а я с я тем, что, с целью повышения моторесурса путем предотвращения возрастания мош. ностей нагрузки гидротрансформатора сверх допустимых значений при переводе передачи в режим торможения, она снабжена управляемым тормозом, соединенным с реактивным колесом гидротрансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР N 667424 по заявке Р -2031257/27-11, кл, В 60 К 17/10, 03.06.74.

787197

62. б

Составитель А Суслов

Техред Т. Маточка Корректор И. Муска

Редактор М. Келемеш

Тираж 763 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 8240/12

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