КОРОБКА ПЕРЕДАЧ Российский патент 1999 года по МПК B60K17/08 

Изобретение относится к строительным машинам типа одноковшовых экскаваторов.

Известен редуктор механизма передвижения экскаватора ЭО-3122, включающий корпус, гидромотор, установленный на корпусе, входной, промежуточный и выходной валы, ведущую и ведомые шестерни, трехзвенные планетарные механизмы, фрикционный тормоз, соединенный с одним из звеньев планетарного механизма (см. Добронравов С. С. Строительные машины и оборудование. Справочник. М.: Высшая школа, 1991, с. 177, 178).

К причинам, препятствующим получению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве передача крутящего момента между наиболее нагруженными промежуточным и выходным валами осуществляется с помощью цилиндрических шестерен, что при данной схеме приводит к возникновению поперечных сил в валах и радиальных нагрузок на их опоры, что снижает надежность и долговечность работы редуктора, а наличие гидравлического бустера выключения фрикционного тормоза влечет вероятность утечек рабочей жидкости из системы управления, которая обычно не является трансмиссионным маслом, что может привести к ухудшению свойств смазывающего редуктор трансмиссионного масла, переполнению редуктора, увеличению потерь на барботаж масла, выбросу масла и ущербу экологии.

Наиболее близким к заявленному изобретению устройством того же назначения по совокупности признаков является коробка передач экскаватора ЭО-3323А, включающая корпус, гидромотор, установленный на корпусе, промежуточный и выходной валы, ведущую и ведомые шестерни (см. Раннев А.В. Одноковшовые строительные экскаваторы. М.: Высшая школа, 1991, с. 118-120).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве передача крутящего момента между промежуточным и выходным валами осуществляется с помощью цилиндрических шестерен, что при данной схеме приводит к возникновению поперечных сил в валах и радиальных нагрузок на их опоры, что снижает надежность и долговечность работы коробки передач; переключение передач введением в зацепление зубьев не позволяет переключать передачи на ходу из-за опасности выхода из строя.

Сущность изобретения заключается в следующем.

1. Заявленное изобретение направлено на решение задачи надежности и долговечности работы коробки передач.

2. При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат:
а) создание уравновешенной кинематической схемы, при которой наиболее нагруженные промежуточный и выходной валы и их опоры не нагружаются поперечными силами, снижаются изгибные и контактные напряжения зубьев ведущих и ведомой шестерен;
б) переключение передач без остановки выходного вала коробки передач экскаватора;
в) исключение применения гидросистемы коробки передач.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что коробка передач, включающая, как и известные коробки передач, корпус, гидромотор, установленный на корпусе, входной, промежуточный и выходной валы, трехзвенный планетарный механизм, соединяющий промежуточный вал с выходным, фрикционный тормоз, соединенный с одним из звеньев планетарного механизма, дополнительно содержит второй входной вал, соединенный со вторым гидромотором и расположенный симметрично с первым входным валом относительно ведомой шестерни; на выходном и промежуточном валах установлены полумуфты одностороннего синхронизатора с возможностью непосредственного соединения друг с другом, а механизм включения фрикционного тормоза выполнен шариковым, содержащим на внутренней поверхности одного из колец стойку, установленную с возможностью контакта с рычагом механизма включения.

При исследовании отличительных признаков описываемой коробки передач экскаватора не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся использования традиционной конструкции коробки передач экскаватора при реализации процесса переключения передач без остановки выходного вала коробки передач (на ходу экскаватора), отсутствие гидросистемы и для включения и для выключения фрикционного тормоза, а также применения уравновешенной кинематической схемы, при которой полностью разгружены от поперечных сил наиболее нагруженные валы и их опоры и значительно снижены изгибные и контактные напряжения зубьев шестерен, что повышает надежность и долговечность работы коробки передач. Этот технический результат достигается при наличии совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения.

Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков формулы и техническим результатом доказывает существенность признаков формулы изобретения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности, сокращение продолжительности процесса и пр.);
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены, исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертежах представлено: на фиг. 1 - коробка передач (в сборе); на фиг. 2 - кинематическая схема коробки передач; на фиг. 3 - кинематическая схема коробки передач экскаватора ЭО-3323А (прототип).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Предлагаемая коробка передач состоит из корпуса 1, гидромоторов 2, входных валов 3, выполненных заодно с ведущими шестернями 4, ведомой шестерни 5, промежуточного вала 6, трехзвенного планетарного механизма 7, выходного вала 8, фрикционного тормоза 9 и синхронизатора 10 с механизмами включения фрикционного тормоза и синхронизатора. Полумуфты синхронизатора установлены на промежуточном и выходном валах.

Механизм включения фрикционного тормоза 9 состоит из колец 11 и 12 с лунками переменной глубины, шарика 13, стойки 14 и двуплечего рычага 15.

Работа коробки передач осуществляется следующим образом.

Крутящий момент от валов гидромоторов 2 передается через муфты ведущим шестерням 4 и суммируется на ведомой шестерне 5. Окружные силы, действующие на ведомую шестерню 5 со стороны ведущих шестерен 4, равны по величине и противоположно направлены, этим обеспечивается разгрузка промежуточного вала 6 и его подшипниковых опор от радиальных сил.

Для включения первой передачи поворачивают двуплечий рычаг 15, который воздействует на стойку 14, закрепленную на кольце 12 включения, и, поворачивая его, обеспечивает перемещение нажимного диска 11 под воздействием шариков 13, перемещающихся в осевом направлении за счет изменения глубины лунок при повороте кольца включения. Осуществляется сжатие пакета дисков фрикционного тормоза 9, плавное за счет пробуксовывания дисков торможение эпицикла планетарного механизма 7 и включение последнего в работу. Крутящий момент передается от ведомой шестерни 5 через промежуточный вал 6 и планетарный механизм 7 на выходной вал 8, на шлицах которого установлено водило планетарного механизма. Так как в планетарном механизме радиальные силы взаимно уравновешены, то выходной вал 8 и его подшипниковые опоры также разгружены от радиальных сил. При снятии усилия с рычага 15 включения первой передачи пружинное отжимное устройство возвращает нажимной диск 11 в исходное положение, первая передача выключается.

Для включения второй передачи с помощью механизма включения перемещают кольцо полумуфты синхронизатора, установленной на выходном валу. Конус синхронизатора перемещается до соприкосновения с конусом полумуфты синхронизатора, установленной на промежуточном валу. После выравнивания частот вращения ведомой шестерни 5 и выходного вала 8 зубья полумуфт входят в зацепление, ведомая шестерня 5 и выходной вал 8 блокируются. Крутящий момент передается от ведомой шестерни 5 непосредственно на выходной вал 8. Блокировка ведомой шестерни и выходного вала приводит и к блокировке планетарного механизма (не участвующего в передаче крутящего момента на передаче), так как блокируются его центральная шестерня и водило, жестко связанные с ведомой шестерней 5 и выходным валом 8 соответственно. В результате не происходит относительного вращения сателлитов на своих осях и относительного вращения вокруг центральной шестерни. Обеспечивается максимальный КПД передачи.

Для выключения второй передачи кольцо полумуфты синхронизатора перемещают в исходное положение, в результате полумуфта синхронизатора также возвращается в исходное положение, передача выключается.

Применение синхронизатора и фрикционного тормоза позволяет выполнять переключение передач без остановки валов коробки передач. Применение шарикового механизма включения фрикционного тормоза позволяет обойтись без специальной гидросистемы коробки передач.

Применение планетарного механизма позволяет реализовать необходимое передаточное число с высоким КПД и в небольших габаритах.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в машиностроительной, в приводе хода строительных машин типа одноковшовых экскаваторов;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Преимущество изобретения состоит в том, что размещение ведущих шестерен (и гидромоторов) симметрично по обе стороны ведомой шестерни и применение в качестве второй ступени на первой передаче планетарного механизма обеспечивают уравновешенность конструкции, при которой промежуточный и выходной валы и их опоры не нагружаются поперечными силами, а изгибные и контактные напряжения зубьев ведущих и ведомой шестерен снижаются в два раза по сравнению с прототипом, а отсюда увеличиваются надежность и долговечность работы коробки передач.

Передача крутящего момента от гидромоторов через планетарный механизм позволила сократить габариты коробки передач и снизить изгибные и контактные напряжения зубьев шестерни 4 (так как крутящий момент передается 4-мя параллельными потоками через сателлиты планетарного механизма, при этом уменьшается модуль зацепления, а значит, и размеры шестерен, и создается возможность реализовать большое передаточное число, таким образом, увеличивается тяговое усилие на ведущих колесах). Предлагаемая конструкция коробки передач позволяет производить переключение передач без остановки выходного вала, то есть на ходу экскаватора, что создает удобство и повышает надежность работы.

Кроме того, использование шарикового механизма включения фрикционного тормоза позволяет исключить применение гидросистемы коробки передач, что обеспечивает надежность работы, так как исключает возможность утечек масла в полость коробки передач при выходе из строя уплотнения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено, в частности, в приводе хода экскаватора. Коробка передач включает два гидромотора и две ведущие шестерни, размещенные симметрично относительно ведомой шестерни, планетарный механизм, выходной вал, фрикционный тормоз и синхронизатор с механизмами включения. Полумуфты синхронизатора установлены на выходном и промежуточном валах для непосредственного соединения друг с другом. Шариковый механизм включения фрикционного тормоза содержит стойку на внутренней поверхности кольца включения для контакта с рычагом механизма включения. Такое выполнение коробки передач обеспечивает уравновешенность, плавное переключение передач под нагрузкой, высокий КПД, высокую компактность и не требует гидросистемы коробки передач. 3 ил.

Коробка передач преимущественно строительных машин, содержащая корпус, гидромотор, установленный на корпусе, входной, промежуточный и выходной валы, ведущую и ведомую шестерни, трехзвенный планетарный механизм, соединяющий промежуточный вал с выходным, фрикционный тормоз, соединенный с одним из звеньев планетарного механизма, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит второй входной вал с ведущей шестерней, соединенный со вторым гидромотором и расположенный симметрично с первым входным валом относительно ведомой шестерни, на выходном и промежуточном валах установлены полумуфты одностороннего синхронизатора с возможностью непосредственного соединения друг с другом, а механизм включения фрикционного тормоза выполнен шариковым, содержащим на внутренней поверхности одного из колец стойку, установленную с возможностью контакта с рычагом механизма включения.