СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТНЫМИ И НАГРУЗОЧНЫМИ РЕЖИМАМИ Российский патент 1994 года по МПК B60K41/06 

Изобретение относится к транспортной технике, в частности к системам автоматического управления гидромеханической трансмиссией.

Известно устройство автоматического управления переключением передач, содержащее источник питания, клапаны включения высших и низших передач, контрольные клапаны, исполнительные гидроцилиндры переключения передач, преобразовательный механизм, датчики скорости и нагрузки.

Недостатком устройства является низкое качество переходных процессов, обусловленных автоматическим переключением передач. Отмеченный недостаток вызван тем, что рассматриваемым устройством не формируются одновременно с переключением передач сигналы управления скоростным режимом двигателя, направленные на согласование угловых скоростей ведущей и ведомой частей фрикциона включаемой передачи. В связи с этим переключения передач сопровождаются значительными ускорениями машины в продольном направлении, что приводит к ухудшению условий труда водителя и увеличению динамических нагрузок в трансмиссии. Как показывает практика, это заметно ощутимо при переключениях с низшей передачи на высшую, что требует в этом случае предварительного уменьшения скоростного режима двигателя.

Другим недостатком устройства является отсутствие элементов, осуществляющих задержку отработки последующего информационного сигнала после осуществления автоматического переключения передачи от предыдущего сигнала. Задержка необходима на время переходных процессов, длительность которых составляет несколько секунд. В течение этого времени информационный сигнал не должен восприниматься устройством, поскольку он изменяет свое качество и не несет информации о скоростных и нагрузочных режимах, являясь ложным сигналом. В упомянутом же устройстве не происходит фильтрации таких ложных сигналов. Этот недостаток приводит к снижению качества переходных процессов.

Известна система автоматического управления гидромеханической трансмиссии, содержащая датчики скорости и нагрузки, гидротрансформатор с муфтой блокировки, клапаны высших и низших передач, сигнализатор переключения передач, концевой выключатель, исполнительные гидроцилиндры и исполнительный механизм переключения передач, реле времени, клапаны блокировки и разблокировки гидротрансформатора, устройство управления скоростными режимами двигателя, состоящее из исполнительного гидроцилиндра, встроенного в приводе управления педального акселератора и клапана управления. Система является наиболее близкой по технической сущности к изобретению и поэтому выбрана за прототип.

Данная система в основном устраняет недостатки предыдущего устройства, однако имеет и недостатки.

Она не позволяет обеспечить движение самоходной машины на режиме стабилизации скорости. Необходимость обеспечения такого режима может быть вызвана либо агротехническими требованиями (выполнение сельскохозяйственных операций), либо требованиями военного характера (движение боевой машины на марше, в колонне и т. п. ). Движение машины на данном режиме должно осуществляться с постоянной заданной водителем скоростью. У приведенной выше системы автоматическое переключение передач сопровождается изменением скорости движения машины. Другим недостатком упомянутой системы является невозможность эффективного управления скоростными режимами машины в отдельных дорожных ситуациях (например, при резком изменении дорожных условий). Этот недостаток связан с предыдущим и также снижает надежность системы.

Целью изобретения является повышение надежности и качества переходных процессов.

Это достигается тем, что в системе автоматического управления скоростными и нагрузочными режимами, содержащей устройства автоматического переключения передач и автоматической блокировки гидротрансформатора, включающие датчик скорости, связанный с турбинным валом гидротрансформатора, датчик нагрузки связанный с приводом педали акселератора, двухпозиционные клапаны высших, низших передач и автоматической блокировки гидротрансформатора, сигнализатор переключения передач, концевой выключатель, исполнительные гидроцилиндры и механизм переключения передач, реле времени, двухпозиционный клапан разблокировки гидротрансформатора, ограничительный клапан, клапан включения системы, устройство управления скоростными режимами двигателя, включающее клапан управления с выходом и исполнительный орган, встроенный в приводе управления акселератором, устройство стабилизации скорости, включающее датчик скорости, аналого-дискретный преобразователь, задающее устройство, двухпозиционный клапан включения, исполнительный гидроцилиндр с двумя полостями управления, генератор импульсов, состоящий из аккумулятора, реле времени и двухпозиционного реле, источники питания, напорные и сливные гидролинии, исполнительный орган устройства управления скоростными режимами двигателя выполнен в виде гидроцилиндра с полостью управления, кинематически связанного с исполнительным гидроцилиндром устройства стабилизации скорости, встроенные оба в приводе управления педалью акселератора, при этом клапан включения устройства стабилизации скорости выполнен с возможностью подключения в первой позиции полости гидроцилиндра устройства управления скоростными режимами двигателя посредством ограничительного клапана с выходом клапана управления, одной из полостей гидроцилиндра устройства стабилизации скорости со сливом, с противоположной полости - с напорной линией, во второй позиции клапан включения полость гидроцилиндра устройства управления скоростными режимами двигателя соединена со сливом, а полости гидроцилиндра устройства стабилизации скорости подключены гидролиниями к аналого-дискретному преобразователю. Клапан включения устройства стабилизации скорости имеет полость управления, связанную гидролинией с двухпозиционным электрогидроклапаном, электромагнит которого выполнен с возможностью управления посредством педали тормоза, причем в первой позиции электрогидроклапана, когда педаль тормоза отпущена, полость управления клапан включения устройства
стабилизации скорости связана со сливом, а во второй позиции электрогидроклапана, когда педаль тормоза нажата, полость управления клапана включения соединена с напорной линией.

Известны системы автоматического управления гидромеханической трансмиссией, содержащее подсистемы автоматического переключения передач и автоматической блокировки гидротрансформатора.

Известны системы стабилизации скорости самоходной машины, осуществляющие регулирование скоростного режима машины.

Отличие заявляемого технического решения от известных состоит в том, что клапан включения устройства стабилизации скорости выполнен с возможностью подключения в одной позиции полости гидроцилиндра устройства управления скоростными режимами двигателя с выходом клапана управления, одной из полостей гидроцилиндром устройства стабилизации скорости со сливом, противоположной полости - с напорной линией, а во второй позиции с возможностью подключения полости гидроцилиндра устройства управления скоростными режимами двигателя со сливом, полости гидроцилиндра устройства стабилизации скорости - к аналого-дискретному преобразователю. Кроме того, клапан включения устройства стабилизации скорости выполнен с возможностью управления от электрогидроклапана педали тормоза, в результате чего при нажатии на педаль тормоза устройство стабилизации скорости отключено, а при отпущенной педали тормоза устройства стабилизации скорости включено.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы автоматического управления скоростными и нагрузочными режимами; на фиг. 2а - показаны оптимальные характеристики переключения передач и блокировки гидротрансформатора в поле регуляторных характеристик двигателя; на фиг. 2б - то же, в поле информационных переменных; на фиг. 3,4 - устройства автоматического переключения передач, автоматической блокировки гидротрансформатора и устройство управления скоростными режимами двигателя; на фиг. 5 - устройство стабилизации скорости; на фиг. 6 - характеристики работы системы на различных режимах.

Система автоматического управления скоростными и нагрузочными режимами (САУР) самоходной машины с гидромеханической трансмиссией (ГМТ) состоит из объекта управления 1, которым является самоходная машина (СМ), устройства автоматического управления гидромеханической трансмиссией (УАУ ГМТ) 2, устройства стабилизации скорости (УСС) 3 и устройства управления скоростными режимами двигателя (УУСРД) 4. Самоходная машина включает двигатель 5 с всережимным регулятором двигателя (ВРД) 6, гидротрансформатор (ГТ) 7, трансмиссию, представленную в виде силового 8 и кинематического 9 элементов.

Устройство автоматического управления гидромеханической трансмиссией 2 включает устройство автоматического переключения передач (УАПП) 10 и устройство автоматической блокировки гидротрансформатора (УАБ) 11.

УАПП и УАБ образуют контур управления нагрузочными режимами, а УСС и УУСРД - контур управления скоростными режимами двигателя.

Информационными переменными в УАУ ГМТ являются положение γ_рдрычага управления всережимным регулятором двигателя и угловая скорость турбинного вала ω_т гидротрансформатора.

На фиг. 1, поясняющей взаимосвязь устройств системы и объекта управления, приняты следующие обозначения: ω_д и ω_м - угловые скорости соответственно коленчатого вала двигателя и ведущих колес машины; М_д и М_т - крутящие моменты на валу двигателя и турбинном валу гидротрансформатора; Мс(t) - момент сопротивления нагрузки; Vм - скорости машины; Ф(t) - задающее воздействие, определяющее уровень задаваемой водителем скорости машины; h_рд - положение рейки топливного насоса двигателя; Δ S_п - сигнал управления фрикционами переключения передач; ΔSб - сигнал управления фрикционом блокировки гидротрансформатора; ΔSс - сигнал управления скоростью.

Данная система позволяет реализовать оптимальные характеристики, приведенные на фиг. 2а, б, которые нанесены в поле регуляторной характеристики двигателя и в поле информационных переменных. В область работы двигателя, ограниченная кривыми АвВвСв и АнВнСн (фиг. 2а), является областью оптимальной загрузки двигателя. Работа двигателя в этой области характеризуется минимальным удельным расходом топлива при работе двигателя на частичных скоростных режимах или максимальной скорости СМ при работе двигателя на максимальном скоростном режиме. Кривая АвВвСв определяет порог переключения на высшие передачи, а кривая АнВнСн - порог переключения на низшие передачи. Кривая АбВбСб определяет порог блокировки гидротрансформатора, а кривая АрВрСр - порог разблокировки ГТ. При достижении того или иного порогового значения нагрузки САУР ГМТ формирует сигнал управления на переключении передачи или блокировку гидротрансформатора. Данная система обеспечивает следующие режимы работы СМ: стабилизация мощности, экономичное регулирование мощности и стабилизация скорости.

Режим стабилизации мощности используется при выполнении высокоэнергоемких операций. Двигатель при этом работает на максимальном скоростном режиме (кривая АвDАн). Работа СМ характеризуется максимальной производительностью. Режиме экономичного регулирования мощности используется при выполнении малоэнергоемких операций, когда двигатель работает на частичных скоростных режимах и не предъявляются требования к сохранению постоянной скорости движения СМ. На этом режиме САУР ГМТ обеспечивает минимальный удельный расход топлива, при этом двигатель работает в области, ограниченной кривыми АвВвСв и АнВнСн.

На режиме стабилизации скорости функционирование САУР направлено на поддержание постоянной заданной водителем скорости СМ (воздействие Ф(t), см. фиг. 1) при минимальном удельном расходе топлива. Обеспечивается этот режим связанным управлением двигателем и трансмиссией. Данный режим работы системы является наиболее сложным, так как на нем функционируют все устройства САУР ГМТ. Работа двигателя на этом режиме протекает в оптимальной области, отмеченной на фиг. 2а.

Устройство автоматического управления гидромеханической трансмиссией содержит датчик 12 скорости машины (фиг. 3), выполненный, например, в виде трубки Пито, размещенной в масляной ванне, и установленный на турбинном валу гидротрансформатора 13, датчик 14 нагрузки, выполненный в виде гидроклапана, взаимодействующий посредством поворотного кулачка 15 и кинематических связей с приводом педали акселератора 16 (см. фиг. 5).

Датчик скорости 12 гидролинией 17 связан с торцовыми полостями 18, 19, 20 клапанов высших 21, низших 22 передач и автоматической блокировки 23 гидротрансформатора. Клапаны 21, 22, 23 имеют составные золотники и плунжеры 24, 25, 26, взаимодействующие с пружинами 27, 28, 29 соответственно. Это позволяет настраивать клапаны на различные пороги срабатывания, определяемые скоростными и нагрузочными режимами самоходной машины, т. е. реализовывать характеристики переключения передачи и блокировки гидротрансформатора, приведенные на фиг. 2.

В состав УАУ ГМТ входят также исполнительные гидроцилиндры высших 30 (фиг. 4) и низших 31 передач, концевой выключатель 32, выполненный в виде подпружиненного с обоих торцов золотникового клапана с управляющими полостями 33, 34, клапан 35 (фиг. 3) автоматической разблокировки гидротрансформатора, реле 36 времени, состоящее из поршня 37 с пружиной 38, сигнализатор переключения передач 39 (фиг. 4), состоящий из золотника 40, пружины 41 и плунжеров 42, количество которых определяется в зависимости от числа ступеней переключения. УУСРД включает исполнительный гидроцилиндр 43 (фиг. 3) и клапан управления 44. Реле времени 36 выполнено с возможностью подключения в положении, при котором оно заряжено напорной линии 45 через клапан 46 включения устройства, гидролинию 47 посредством клапана 21 высших передач, находящегося во второй позиции, гидролинии 48, концевого выключателя 32 (фиг. 4) гидролинии 49 к торцовой полости исполнительного гидроцилиндра 30 высших передач посредством клапана 22 (фиг. 3) низших передач, находящегося во второй позиции, гидролинии 50, логического элемента ИЛИ 51, гидролинии 52, концевого выключателя 32, гидролинии 53 - к торцевой полости исполнительного гидроцилиндра 31 низших передач и посредством клапана 23 автоматической блокировки гидротрансформатора, находящегося во второй позиции, гидролинии 54, логического элемента ИЛИ 55, гидролиний 56 и 57 через клапан 35 разблокировки, находящийся в первой позиции к муфте 58 блокировки гидротрансформатора. В крайнем левом положении поршня 37 реле 36 времени, при котором оно опорожнено, торцевые полости исполнительных гидроцилиндров 30, 31 и муфта 58 блокировки через вышеупомянутые гидроаппараты и гидролинии соединены со сливом 59.

В первой позиции клапанов высших 21 и низших 22 передач (как показано на фиг. 3) и в средней позиции концевого выключателя 32 торцевая полость исполнительного гидроцилиндра 30 высших передач посредством гидролиний 49, 48 соединена со сливом 60, а торцевая полость исполнительного гидроцилиндра 31 низших передач посредством гидролиний 53, 52, 50 соединена со сливом 61. Плунжерные полости каждого из клапанов 21, 22, 23 выполнены с возможностью соединения их посредством гидролиний 62, 63, 64 управления либо с напорной линией 65, либо со сливом 66. Клапан 35 автоматической разблокировки гидротрансформатора выполнен в виде золотника 67, взаимодействующего с пружиной 68, и плунжера 69. Золотник 67 имеет управляющую полость 70. В первой позиции клапан 35 соединяет торцевую полость реле 36 времени посредством гидролинии 71 с напорной линией 72, а во второй позиции соединяет полость реле времени со сливом 73, а муфту 58 блокировки гидротрансформатора через гидролинию 57 - со сливом 74. В крайнем левом положении плунжера 69 и золотника 67 управляющая полость 70 гидролинией 75 соединена со сливом 76, а в крайнем правом положении золотника 67 управляющая полость 70 подключается посредством гидролинии 77 к реле времени. Клапан 35 разблокировки гидротрансформатора управляется посредством золотника 40 сигнализатора 39 переключения передач, имеющего возможность подключить управляющую полость 78 плунжера 69 посредством гидролинии 79 либо к напорной линии 80, либо к сливу 81 (фиг. 4). Датчик 14 нагрузки, выполненный в виде золотника 82, подпружиненного пружиной 83 и имеющего дросселирующее отверстие 84, связанное с полостью 85, соединены посредством гидролинии 86 с пружинными полостями 87, 88, 89 клапанов 21, 22, 23 соответственно. Клапан 44 устройства управления скоростными режимами двигателя состоит из золотника 90 и пружины 91. Выход 92 клапана 44 управления в первой позиции последнего соединен со сливом 93, а во второй позиции - с напорной линией 94. Управление клапаном 44 осуществляется посредством гидролинии 95 (фиг. 4), связанной с торцевой полостью 96 клапана 44.

Концевой выключатель 32 имеет возможность подключения торцевой полости 33 к гидролинии 97, торцевой полости 34 - к гидролинии 98, а в любой своей крайней позиции полости одного из гидроцилиндров 30, 31 - к сливу 99.

Для осуществления режима "торможение двигателем" УАУГМТ снабжено электрогидравлическими клапанами 100, 101. Управление электромагнитом электрогидроклапана 100 осуществляется включателем 102, взаимодействующим с педалью 16 акселератора (см. фиг. 5). Управление электромагнитом электрогидравлического клапана 101 осуществляется включателем 102, взаимодействующим с педалью 104 тормоза (фиг. 4). Клапан 100 соединяет гидролинию 97 посредством клапана ИЛИ 105 со сливом 106 либо с напорной линией 107. В первой позиции клапана 101 гидролиния 108, подключенная к полости 109 управления (фиг. 5) клапана 110 включения устройства стабилизации скорости, связана со сливом 111, а во второй позиции клапана 101 гидролиния 108 связана с напорной линией 112, а гидролиния 113 посредством клапана ИЛИ 51 - с гидролинией 52.

Исполнительный сигнал управления на автоматическое переключение передач отрабатывается устройством в виде поворота вала преобразовательного механизма 14 переключения передач, кинематически связанного с поворотным распределителем 115, управляющим фрикционными муфтами коробки передач 115. Поворотный распределитель 115 сообщает напорную линию 117 с одной из фрикционных муфт коробки передач и с торцевой полостью управления одного из плунжеров 42 либо золотника 40 сигнализатора 39 в зависимости от номера включенной передачи, при этом остальные полости соединяются со сливом.

С целью предотвращения остановки двигателя на скоростных режимах, ниже определенных, устройство снабжено ограничительным клапаном 118 (фиг. 3), конструктивно совмещенным с датчиком нагрузки 14. Ограничительный клапан 118 выполнен с возможностью соединения полости управления гидроцилиндром 43 посредством гидролинии 119, клапана 110, находящегося в крайней левой позиции, гидролиний 120 и 92 с выходом клапана 44 управления. В правом положении клапана 118, соответствующем минимальному скоростному режиму двигателя, упомянутая полость гидроцилиндра 43 соединяется со сливом 121.

Устройство стабилизации скорости содержит центробежный датчик скорости 123 (фиг. 5), задающее устройство, состоящее из упругого элемента 124, толкателя 125, рычагов 126 и 127, кинематически связанных между собой и с рукояткой 128, шкалы 129 указателя скоростей движения и фрикционного устройства 130, предназначенного для удержания рукоятки 128 и промежуточных рабочих положениях, аналого-дискретный преобразователь 131, золотник 132 которого с одной стороны взаимодействует с датчиком 123 скорости, а с другой - с упругим элементом 124 задающее устройства. Вход аналого-дискретного преобразователя 131 выполнен с возможностью соединения гидролиний 133 через клапан 110, находящийся в крайней правой позиции, с напорной линией 134. выходы 135 и 136 аналого-дискретного преобразователя соединены с входом 137 генератора импульсов. Датчик 23 скорости кинематически связан с колесами машины.

Генератор 138 импульсов содержит двухпозиционное реле 139, состоящее из золотника 140 и пружины 141, аккумулятор 142 и реле 143 времени, поршни которых установлены соосно и взаимодействуют посредством общей пружины 144. Вход 137 генератора импульсов соединен посредством гидролиний 145 и 146 через двухпозиционное реле 139 с аккумулятором 142. Торцевая полость реле 143 времени соединена с входом 137 генератора импульсов посредством гидролинии 147 и через двухпозиционное реле 139, а пружинная полость реле 143 времени соединена посредством гидролинии 148 с торцевой полостью 149 двухпозиционного реле 139. Для удержания золотника 140 в крайнем верхнем положении вход 137 генератора импульсов имеет возможность соединения с торцевой полостью 149 через дроссель 150. Выход 151 генератора импульсов имеет возможностью соединения с одной из полостей исполнительного гидроцилиндра 152, встроенного в приводе управления акселератором, посредством гидролиний 153 и 154 через аналого-дискретный преобразователь 131. Гидролиния 155 позволяет сообщать полости гидроцилиндра 152 посредством аналого-дискретного преобразователя 131 и реле 139 со сливом 156. двухпозиционное реле 139 имеет возможность отсоединения реле 143 времени от входа 137 генератора импульсов и подключения реле 143 времени к сливу 157.

Клапан 110 включения выполнен с возможностью сообщения напорной линии 134 при выключенном УСС с полостью управления гидроцилиндром 152. При этом поршень последнего находится в крайнем положении, соответствующем минимальному скоростному режиму двигателя, а противоположная полость соединена со сливом 159 (как на фиг. 5). Генератор импульсов при этом отключен от напорной линии 134 клапаном 110 включения.

Рассмотрим работу системы при функционировании ее на наиболее сложном режиме стабилизации скорости. Включение этого режима осуществляется рукояткой 128 (фиг. 5) устройства стабилизации скорости, с помощью которой устанавливается требуемая скорость движения машины. При этом клапан 110 включения УСС переключается в первую позицию. Если загрузка двигателя близка к оптимальной и отсутствует рассогласование заданной скорости с текущей, то золотники клапанов высших 21, низших 22 передач (фиг. 3) и аналого-дискретного преобразователя 131 (фиг. 5) находятся в зоне нечувствительности. При этом сигналы на переключения передач и изменение скорости режима не формируются.

Предположим, нагрузка на двигатель уменьшилась. Система при этом работает следующим образом.

В процессе движения самоходной машины датчики 12 и 14 (фиг. 3) вырабатывают следующие информационные сигналы: Р ω, соответствующий угловой скорости турбинного колеса гидротрансформатора, и Рγ , соответствующий положению педали акселератора. Сигнал Рω датчика 12 по гидролинии 17 поступает в торцевые полости 18, 19, 20 клапанов высших передач 21, низших передач 22 и автоматической блокировки 23 гидротрансформатора. Сигнал Р γ датчика 14 по гидролинии 86 поступает в торцевые полости 87, 88, 89 упомянутых клапанов.

При движении на автоматическом режиме клапан 46 находится во включенном положении. В случае снижения нагрузки на двигатель усилие, действующее на золотник клапана 21 высших передач со стороны давления датчика 12, станет больше по величине, чем противоположно направленное усилие со стороны пружины 27 и давления датчика 14. В результате золотник клапана 21 переместится в правую позицию. При этом торцевая полость исполнительного гидроцилиндра 30 (фиг. 4) высших передач через гидролинию 49 посредством концевого выключателя 32, находящегося в средней позиции, гидролинии 48, 47, (фиг. 3), клапан 46 соединяется с напорной линией 45 реле 36 времени, которое в этот момент заряжено, поскольку его торцевая полость гидролинией 71 связана с напорной линией 72 посредством клапана 35. Поршень гидроцилиндра 30 (фиг. 4) перемещается во вторую позицию, взаимодействуя с преобразовательным механизмом 114 и поворотным распределителем 115, посредством которых осуществляется переключение на высшую передачу.

В процессе переключения передач в фрикционной муфте выключаемой передачи, которая соединяется со сливом, давление падает практически мгновенно (за время 0,1-0,15 с), а во фрикционной муфте включаемой передачи продолжительность нарастания давления составляет примерно 0,6-0,8 с. За счет этого в управляющих полостях плунжеров 42 либо золотника 40 (в зависимости от номера включаемой передачи) возникает падение давления. Под действием пружины 41, выбираемой повышенной жесткости, золотник 40 сигнализатора 39 переключения передач перемещается в левую позицию, соединяя управляющую полость 78 (фиг. 3) плунжера 69 с напорной линией 80 через гидролинию 79 (фиг. 4,3). Под действием силы давления рабочей жидкости со стороны полости 78 плунжер 69 и золотник 67 клапан 35 занимают крайнее правое положение, сжимая пружину 68. При этом золотник 67 отсоединяет гидролинию 75 от слива 76 и соединяет управляющую полость 70 посредством гидролинии 77 с напорной линией 45 реле времени, поршень 37 которого в этот момент времени занимает крайнее правое положение и пружина 33 сжата. В результате золотник 67 удерживается в крайнем правом положении.

После завершения процесса заполнения фрикционной муфты включаемой передачи давление в соответствующей включаемой передаче управляющих полостях плунжеров 42 (фиг. 4) либо золотника 40 сигнализатора 39 возрастает до уровня давления напорной линии 117. Золотник 40 перемещается в крайнюю правую позицию, сжимая пружину 41 и соединяя полость 78 (фиг. 3) управления через гидролинию 79 со сливом 81 (фиг. 4). При этом плунжер 69 (фиг. 3) за счет силы давления жидкости в полости 70 перемещается в левое положение, однако золотник 67 удерживается в крайней правой позиции давлением жидкости, поступившей по гидролинии 77. В этой позиции золотник 67 отсоединяет рабочую полость реле 36 времени от напорной линии 72 и сообщает ее гидролинией 71 со сливом 73. Начинается процесс опорожнения реле 36 времени. По мере своего движения влево поршень 37 соединяет полость управления исполнительным гидроцилиндром 30 (фиг. 4) высших передач через гидролинию 49, концевой выключатель 32, гидролинию 48, клапан 21 (фиг. 3), гидролинию 47 и клапан 46 со сливом 59. Под действием усилия сжатой пружины поршень исполнительного гидроцилиндра 30 возвращается в исходную позицию. После полного опорожнения реле времени, при котором его поршень 37 занял крайнюю левую позицию, управляющая полость 70 гидролинией 77 со сливом 59. В результате давление в этой полости падает, и золотник 67 под действием пружины 68 перемещается в крайнее левое положение, соединив управляющую полость 70 гидролинией 75 со сливом 76. При этом напорная линия 72 посредством гидролинии 71 соединяется с рабочей полостью реле 36 времени, в результате чего последнее заряжается.

В результате срабатывания клапана 21 высших передач, при котором его золотник занимает крайнюю правую позицию, плунжерная полость клапана отсоединяется от напорной линии 65 и гидролинией 62 соединяется со сливом 66. Под действием пружины 27 плунжер 24 перемещается в правое положение, уменьшая усилие пружины 27 полости 87. Этим осуществляется смещение порога обратного срабатывания клапана (гистерезис) в сторону его уменьшения с целью исключения цикличности работы устройства во время переходных процессов, а также обеспечивается релейность работы клапана. После переключения на высшую передачу вследствие уменьшения передаточного числа трансмиссии угловая скорость турбинного колеса гидротрансформатора уменьшается. Соответственно уменьшается и сила давления жидкости в полости 18 клапана 21, и при достижении ею определенного значения происходит обратное срабатывание клапана 21. В результате его золотник займет крайнее левое положение (как показано на фиг. 3). При этом плунжерная полость клапана соединяется с напорной линией 65 и плунжер 24 переходит в левую позицию, осуществляя перенастройку порога срабатывания клапана.

Стабилизация заданной скорости машины осуществляется УСС, схема которого представлена на фиг. 5. При включенному режиме стабилизации скорости рукоятка 126 установлена в положение требуемой скорости движения (положение "Вкл. "). При этом рычаг 127, кинематически связанный с рукояткой 128, поворачивается против часовой стрелки и включает клапан 110 включения устройства. Клапан 110 сообщает напорную линию 134 с гидролинией 133 питания аналого-дискретного преобразователя 131. Требуемая скорость движения устанавливается водителем по шкале 129, при этом рукоятка 128 фиксируется в заданном положении с помощью фрикционного устройства 130. При соответствии заданной скорости с текущей золотник 132 аналого-дискретного преобразователя находится в состоянии равновесия под действием с одной стороны усилия, создаваемого грузами центробежного датчика 123, с другой стороны - под действием усилия пружины 124 задающего Устройства. В этом случае вход 137 генератора импульсов отсоединен от гидролинии 133.

В результате переключения на высшую передачу угловая скорость вращения вала центробежного датчика 123 увеличивается. При этом возрастает усилие со стороны датчика на золотник 132 аналого-дискретного преобразователя, который перемещается в правую позицию. Вход 137 генератора импульсов через выход 135 аналого-дискретного преобразователя соединяется с гидролинией 133 питания, а выход 151 генератора импульсов - с гидролинией 153, ведущей к одной из полостей исполнительного гидроцилиндра 152, причем его противоположная полость сообщается гидролинией 154 с гидролинией 155, имеющей возможность соединения посредством двухпозиционного реле 139 со сливом 156. Порции рабочей жидкости, которые начинает формировать генератор импульсов с момента подачи на его вход рабочей жидкости, под давлением начинают поступать в полость исполнительного гидроцилиндра 152 через гидролинию 153. Противоположная полость гидроцилиндра 152 при этом связана со сливом 156. В результате шток исполнительного гидроцилиндра 152 перемещается, снижая скоростной режим двигателя и восстанавливая заданную скорость движения.

Генератор импульсов 138 работает следующим образом.

Сигнал в виде постоянного уровня давления со входа 137 посредством реле 139 подводится одновременно через гидролинию 147 к торцевой полости реле 143 времени и через гидролинии 145 и 146 к аккумулятору 142. В результате последний заряжается, сжимая пружину 144. Одновременно перемещается поршень реле времени и в конце хода сообщает свою полость через гидролинию 148 с торцевой полостью 149 золотника 140 двухпозиционного реле, вследствие чего золотник 140 перемещается вверх, сжимая пружину 141, и переключает вход 137 генератора импульсов. Pеле времени начинает опорожняться. Удерживание золотника 140 в верхнем положении осуществляется силой давления жидкости, поступающей в полость 149 со входа 137 генератора импульсов через дроссель 150. гидролиния 148 перекрывается боковой поверхностью поршня реле 143 времени. В конце фазы опорожнения поршень реле времени сообщает полость 149 через гидролинию 148 с полостью пружины 144, которая соединена со сливом. Давление в полости 149 падает и золотник 140 под действием пружины 141 перемещается вниз. Начинается новая фаза заполнения реле времени. Таким образом, реле 143 времени осуществляет управление двухпозиционным реле 139, которое периодически подключает аккумулятор 142 к выходу 151 генератора импульсов, отключая его при этом от входа 137.

Работа системы при переключении на низшие передачи происходит аналогично. При увеличении нагрузки на двигатель срабатывает клапан 22 низших передач. В результате торцевая полость исполнительного гидроцилиндра 31 низших передач оказывается подключенной к напорной линии 45 посредством гидролинии 47, клапан 22, гидролинии 50, клапана ИЛИ 51 и гидролиний 52 и 53. Гидроцилиндр 31 срабатывает, осуществляя переключение на низшую передачу. Дальнейшее функционирование элементов системы управления протекает аналогично процессу переключения на высшие передачи. В результате переключения на низшую передачу угловая скорость вала датчика 123 уменьшается. Под действием усилия пружины 124 золотник 132 аналого-дискретного преобразователя 131 перемещается влево. Генератор 138 импульсов УСС запускается в работу. В результате порции рабочей жидкости с выхода 151 генератора по гидролинии 154 подаются в штоковую полость исполнительного гидроцилиндра 152. Поршень гидроцилиндра перемещается вправо, увеличивая скоростной режим двигателя и восстанавливая установленную скорость движения.

При включении крайних передач диапазона система работает следующим образом.

В случае включения крайней высшей передачи напорная линия 117 через поворотный распределитель 115 посредством гидролиний, клапана ИЛИ 105 и канала 97 сообщается с полостью 33 концевого выключателя 32, при этом полость 34 гидролиний 98 связана со сливом через поворотный распределитель. В результате золотник концевого выключателя 32 перемещается в нижнюю позицию, сжимая нижнюю пружину, и соединяет торцевую полость исполнительного гидроцилиндра 30 высших передач через гидролинию 49 со сливом 99, при этом гидролиния 53 гидроцилиндра низших передач остается связанной с гидролинией 52. Этим предотвращается холостое срабатывание гидроцилиндра высших передач при возникновении сигнала на переключение на высшую передачу в случае, когда возможности данного диапазона исчерпаны. Аналогично работает концевой выключатель при включении крайней низшей передачи диапазона.

Рассмотрим работы системы при автоматической блокировке гидротрансформатора. Предположим, транспортное средство движется на какой-либо передаче с разблокированным гидротрансформатором. При достижении соответствующих дорожных условий в процессе разгона машины усилие, действующее на золотник клапана 20 автоматической блокировки со стороны датчика 12, станет больше по величине, чем противоположно направленное усилие со стороны пружины 29 и давления датчика 14 в полости 89. В результате золотник клапана 23 переместится вправо. При этом напорная линия 45 посредством реле 36 времени, клапана 46, гидролиний 47, 54 через клапан ИЛИ 55, гидролинию 56, клапан 35 разблокировки и гидролинию 57 соединяется с муфтой 58 блокировки гидротрансформатора. В результате гидротрансформатор блокируется, обеспечивая лучшие условия для разгона машины.

Для улучшения качества переходных процессов при автоматическом переключении передач необходимо, чтобы гидротрансформатор был разблокирован. С этой целью при автоматическом переключении осуществляется принудительная разблокировка гидротрансформатора. При этом золотник 67 клапана 35 разблокировки перемещается вправо (подробно об этом описано выше), соединяя муфту 58 блокировки гидротрансформатора со сливом 74.

При необходимости ручной блокировки гидротрансформатора водитель включает клапан 122 ручной блокировки.

Рассмотрим работу системы при осуществлении машиной режима "торможение двигателем". Этот режим характерен при движении самоходной машины под уклон. На данном режиме водитель отпускает педаль 16 акселератора. При этом замыкаются контакты включателя 102 (фиг. 5,4), в результате чего срабатывает электрогидроклапан 100, соединяя напорную линию 107 посредством клапана ИЛИ 105 и гидролинии 97 с полостью 33 концевого выключателя 32. Золотник последнего перемещается вниз, соединяя рабочую полость гидроцилиндра 30 высших передач со сливом 99. Этим исключается возможность включения высшей передачи при разгоне машины. Если торможение двигателем на текущей передаче неэффективно и скорость машины продолжает возрастать, водитель нажимает на педаль 104 тормоза. В этом случае замыкаются контакты включателя 103 и срабатывает электрогидроклапан 101. При этом напорная линия 45 через клапан 46, гидролинию 113, клапан ИЛИ 51, гидролинию 52, концевой выключатель 32 и гидролинию 53 сообщается с рабочей полостью гидроцилиндра 31 низших передач. Гидроцилиндр 31 включает низшую передачу. Этим создаются лучшие условия для осуществления режима "торможение двигателем".

В этом положении электрогидроклапан 101 соединяет напорную линию 112 через гидролинию 108 с полостью 109 клапана включения УУС (фиг. 4, 5). В результате золотник клапана 110 включения УУС перемещается влево, отсоединяя гидролинию 133 от напорной линии 134. Устройство стабилизации скорости автоматически выключается, поскольку в этот момент стабилизация (увеличение) прежней скорости нецелесообразно.

После переключения на низшую передачу передаточное число трансмиссии увеличивается, обеспечивая эффективное торможение машины двигателем. Водитель отпускает педаль тормоза. При этом контакты включателя 103 размыкаются и электрогидроклапан перемещается в правую позицию. Полость 109 клапана включения УУС сообщается со сливом 111 и золотник клапана 110 перемещается вправо, включая устройство стабилизации скорости. Последнее восстанавливает заданную скорость движения.

Рассмотрим работу системы при выключенном режиме стабилизации скорости. В этом случае рукоятка 128 (фиг. 5) находится в положении "Выкл. ", и золотник клапана 110 занимает крайнее левое положение, как показано на чертеже. При этом напорная линия 134 отсоединяется от гидролинии 133 и подключается к поршневой полости гидроцилиндра 152, противоположная полость которого соединяется со сливом 158. Поршень гидроцилиндра 152 переместится в крайнее левое положение, соответствующее минимальному скоростному режиму двигателя. Гидроцилиндр 152 в этом случае представляет собой тягу постоянной длины. При автоматическом переключении на высшую передачу рабочая жидкость по гидролинии 95 (фиг. 3, 4) поступает в торцевую полость 96 клапана 44 устройства управления скоростными режимами. Клапан 44 срабатывает, подключая напорную линию 95 посредством гидролинии 92, ограничительного клапана 118, гидролинии 120, клапана 110 и гидролинии 119 к рабочей полости гидроцилиндра 43. Поршень гидроцилиндра 43 перемещается влево, сжимая пружину и осуществляя уменьшение скоростного режима двигателя. Этим достигается выравнивание скоростей вращения ведущих и ведомых частей фрикционных муфт коробки передач, что увеличивает качество переходных процессов, вызванных процессом переключения передачи. После завершения процесса переключения на высшую передачу клапан 21 высших передач подключает торцевую полость 96 клапана 44 со сливом 60 через гидролинии 95 и 48. Под действием пружины 91 золотник 90 клапана 44 перемещается влево, сообщая рабочую полость гидроцилиндра 43 со сливом 93. Поршень гидроцилиндра 93 под действием пружины перемещается вправо, восстанавливая исходный скоростной режим двигателя.

На фиг. 6 приведены графики зависимостей скорости Vм машины и скоростного режима γ_рд двигателя от времени Т на примере переключения на высшую передачу. Сплошной линией показаны процессы при автоматическом управлении, когда устройство стабилизации скорости включено, а устройство управления скоростными режимами двигателя выключено, штриховой линией показаны процессы при автоматическом управлении, когда УСС выключено, а УУСРД включено, штрихпунктирной линией показаны процессы при ручном управлении. Момент времени Т_о характеризует начало переходного процесса, совпадающее с началом процесса переключения передач. Моменты времени Т₁ и Т₂ характеризуют окончание процесса регулирования скоростного режима двигателя и скорости машины, а длительность регулирования определяют промежутки времени τ₁ <N>и τ₂. Длительность переходного процесса на режиме ручного управления обозначена τ₃ . (56) Авторское свидетельство СССР N 1530500, кл. В 60 К 41/06, 1990.

Авторское свидетельство СССР N 1689135, кл. В 60 К 41/06, 1992.

Использование: в системах автоматического управления гидромеханической трансмиссией машин. Сущность изобретения: система автоматического управления скоростными и нагрузочными режимами содержит два исполнительных гидроцилиндра управления скоростными режимами, связанных с клапаном включения устройства стабилизации скорости, при этом последний выполнен с возможностью подключения полости гидроцилиндра устройства управления скоростными режимами двигателя посредством ограничительного клапана с выходом клапана управления скоростными режимами двигателя либо со сливом, а полостей гидроцилиндра стабилизации скорости - с выходами аналого-дискретного преобразователя либо с напорной или сливной гидролинией. Клапан включения устройства стабилизации скорости имеет также полость управления, связанную с двухпозиционным электрогидравлическим клапаном, а электромагнит последнего управляется с помощью педали тормоза. Положительный эффект: повышение надежности при автоматическом переключении передач, повышения качества переходных процессов, вызванных управлением, стабилизация скорости самоходной машины в различных условиях движения. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТНЫМИ И НАГРУЗОЧНЫМИ РЕЖИМАМИ, содержащая устройства автоматического переключения передач и автоматической блокировки гидротрансформатора, включающие датчик скорости, связанный с турбинным валом гидротрансформатора, датчик нагрузки, связанный с приводом педали акселератора, двухпозиционные клапаны высших, низших передач и автоматической блокировки гидротрансформатора, сигнализатор переключения передач, концевой выключатель, исполнительные гидроцилиндры и механизм переключения передач, реле времени, двухпозиционный клапан разблокировки гидротрансформатора, ограничительный клапан, клапан включения системы, устройство управления скоростными режимами двигателя, включающее клапан управления с выходом и исполнительный орган, встроенный в приводе управления акселератором, устройство стабилизации скорости, включающее датчик скорости, аналого-дискретный преобразователь, задающее устройство, двухпозиционный клапан включения, исполнительный гидроцилиндр с двумя полостями управления, генератор импульсов, состоящий из аккумулятора, реле времени и двухпозиционного реле, источника питания, напорные и сливные гидролинии, отличающаяся тем, что исполнительный орган устройства управления скоростными режимами двигателя выполнен в виде гидроцилиндра с полостью управления, кинематически связанного с исполнительным гидроцилиндром устройства стабилизации скорости, встроенные оба в приводе управления педалью акселератора, при этом двухпозиционный клапан включения устройства стабилизации скорости выполнен с возможностью подключения в первой своей позиции полости гидроцилиндра устройства управления скоростными режимами двигателя посредством ограничительного клапана с выходом клапана управления, одной из полостей гидроцилиндра устройства стабилизации скорости со сливом, а противоположной полости - с напорной линией, во второй позиции клапана включения полость гидроцилиндра устройства управления скоростными режимами двигателя соединена со сливом, а полости гидроцилиндра устройства стабилизации скорости подключены гидролиниями к аналого-дискретному преобразователю. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что клапан включения устройства стабилизации скорости имеет полость управления, связанную гидролинией с двухпозиционным электрогидроклапаном, электромагнит которого выполнен с возможностью управления посредством педали тормоза, причем в первой позиции электрогидроклапана при отпущенной педали тормоза полость управления клапана включения устройства стабилизации скорости связана со сливом, а во второй позиции электрогидроклапана при нажатой педали тормоза, полость управления клапана включения соединена с напорной линией.