ГИДРООБЪЕМНАЯ ТРАНСМИССИЯ ГУСЕНИЧНОГО ТРАКТОРА Российский патент 2005 года по МПК B60K17/10 F16H47/04 

Известна гидрообъемная трансмиссия гусеничного трактора, состоящая из гидрообъемной передачи, исполняющей функцию коробки передач, главной передачи, двух зубчато-фрикционных механизмов поворота, например двухступенчатых планетарных и двух бортовых редукторов, см., например, Петров В.А. Гидрообъемные трансмиссии самоходных машин. - М.: Машиностроение, 1988, с. 109, рис. 49-д.

Трансмиссия - аналог работает следующим образом.

При прямолинейном движении трактора в двухступенчатых планетарных механизмах поворота, являющихся, по сути, двухскоростными коробками передач, включены одинаковые передачи, что обеспечивает устойчивое, без уводов, прямолинейное движение трактора, скорость движения регулируется изменением производительности насоса реверсивной гидрообъемной передачи.

Поворот трактора осуществляется путем частичного или полного включения или выключения фрикционных управляющих элементов планетарных механизмов поворота. Величина радиуса поворота трактора регулируется степенью включения (пробуксовки) управляющего элемента. При этом тормозная мощность отстающего борта трактора в различных диапазонах изменения величины радиуса поворота может частично или полностью рекуперироваться на забегающий борт, а остаток тормозной мощности при частичной рекуперации поглощается буксующим фрикционным управляющим элементом. При повороте без рекуперации вся тормозная мощность уходит на совершение работы буксования в тормозе отстающего борта. Полная рекуперация тормозной мощности имеет место только на одном фиксированном промежуточном радиусе поворота - когда в планетарных механизмах поворота по бортам полностью включены две различные передачи.

Минимальный радиус поворота трактора с трансмиссией-аналогом равен величине колеи.

Недостатком аналога является отсутствие режимов поворота с полной рекуперацией тормозной мощности с отстающего борта на забегающий за исключением фиксированного радиуса поворота. При повороте с радиусами меньшими, чем фиксированный, рекуперации нет вообще, даже частичной, вся тормозная мощность расходуется на нагрев и износ буксующего тормоза отстающего борта. При этом происходит перегрузка гидрообъемной передачи и двигателя трактора - они загружаются не только тяговой мощностью, идущей на преодоление сопротивлений движению трактора, а еще и значительной частью тормозной мощности, которая затем рассеивается в буксующем тормозе.

Другим недостатком аналога является значительная сложность системы управления движением трактора: скорость поступательного движения передним и задним ходом регулируется изменением производительности и гидравлическим реверсированием насоса гидрообъемной передачи, а поворот - строго синхронизированным и точно дозированным полным или частичным включением или выключением шести фрикционных управляющих элементов в различных сочетаниях.

Недостатком аналога является невозможность вращения трактора на месте, то есть, поворота вокруг вертикальной оси, проходящей через геометрический центр трактора с радиусом, равным половине колеи.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по совокупности признаков и достигаемому эффекту является гидрообъемная трансмиссия гусеничного трактора, состоящая из двух бортовых гидрообъемных передач, регулируемые насосы которых через разветвляющий редуктор соединены с двигателем трактора, а нерегулируемые моторы, связанные гидролиниями каждый со своим насосом, соединены через бортовые редукторы с ведущими колесами трактора, см., например, Петров В.А. Гидрообъемные трансмиссии самоходных машин. М.: Машиностроение, 1988, с.109, рис. 48-6.

Трансмиссия - прототип работает следующим образом.

При прямолинейном движении трактора мощность, вырабатываемая двигателем, делится в разветвляющем редукторе пополам и половинные мощности через бортовые гидрообъемные передачи, бортовые редукторы, ведущие колеса и гусеницы передаются на грунт как две одинаковые бортовые тяговые мощности.

При переходе трактора к криволинейному движению (повороту) начинают уменьшать производительность насоса гидрообъемной передачи отстающего борта. При этом угловая скорость вала гидромотора этой гидрообъемной передачи уменьшается, следовательно, уменьшается угловая скорость ведущего колеса и скорость поступательного движения отстающего борта, а скорость забегающего борта остается той же, что была при прямолинейном движении трактора. Одновременно происходит перераспределение долей мощности двигателя трактора: мощность, передаваемая гидрообъемной передачей отстающего борта, снижается, а на забегающем борту - увеличивается. Это происходит при уменьшении величины радиуса поворота вплоть до нулевого тягового усилия на отстающем борту. Вся необходимая для движения трактора тяговая мощность передается от двигателя к ведущему колесу забегающего борта только через гидрообъемную передачу этого борта.

Для дальнейшего уменьшения радиуса поворота продолжают уменьшать производительность насоса гидрообъемной передачи, снижая скорость отстающего борта. При этом на гусеницу отстающего борта начинает действовать возрастающее, с уменьшением радиуса поворота, тормозное усилие, которое вместе со скоростью поступательного движения отстающего борта формирует тормозную мощность. Тормозная мощность с гусеницы отстающего борта через ведущее колесо и бортовой редуктор подводится к валу гидромотора гидрообъемной передачи отстающего борта, через гидролинии передается на насос этой передачи и через разветвляющий редуктор поступает на насос гидрообъемной передачи забегающего борта, где суммируется с мощностью от двигателя трактора. Суммарная мощность передается через гидрообъемную передачу и бортовой редуктор на ведущее колесо забегающего борта, полностью обеспечивая тяговую мощность, которая расходуется на преодоление всех сопротивлений движению трактора и на формирование тормозной мощности отстающего борта. Таким образом, вся тормозная мощность отстающего борта трактора циркулирует в замкнутом контуре или, другими словами, рекуперируется с отстающего на забегающий борт последовательно через две гидрообъемные передачи и разветвляющий редуктор. Во всем диапазоне поворотов с рекуперацией тормозной мощности гидрообъемная передача забегающего борта работает в тяговом режиме с передачей мощности от насоса к мотору, а гидрообъемная передача отстающего борта - в тормозном режиме, с передачей тормозной мощности отстающего борта от мотора к насосу.

Такой рекуперативный режим поворота трактора продолжается вплоть до режима нулевой производительности насоса гидрообъемной передачи отстающего борта, на котором вал гидромотора этой передачи останавливается, а трактор поворачивает вокруг заторможенной, посредством гидрообъемной передачи, отстающей гусеницы с радиусом, равным колее.

Вращение трактора на месте, то есть вокруг вертикальной оси, проходящей через его геометрический центр, осуществляется путем установки одинаковой производительности насосов обеих гидрообъемных передач, но при гидравлическом реверсе одной из передач. Борта трактора при этом движутся с одинаковыми по величине, но противоположно направленными скоростями поступательного движения, причем скорости бортов будут такими же, как и при прямолинейном движении трактора с такой же производительностью насосов гидрообъемных передач. В этом режиме обе гидрообъемные передачи работают с передачей тяговой мощности от насосов к моторам.

На всех режимах движения трактора управление трансмиссией осуществляется только изменением производительности и гидравлическим реверсом насосов бортовых гидрообъемных передач.

Недостатками прототипа, имеющими место на наиболее используемых режимах поворота с рекуперацией тормозной мощности, является, во-первых, то, что рекуперация тормозной мощности осуществляется последовательно через гидрообъемную передачу отстающего, а затем забегающего борта, что при далеко не идеальных значениях КПД гидрообъемных передач обуславливает большую (определяемую произведением КПД передач) потерю рекуперативной мощности и увеличение вследствие этого мощностной загрузки двигателя трактора, а во-вторых - то, что имеет место слишком высокая загрузка мощностью гидрообъемной передачи забегающего борта, которая вынуждена передавать не только всю мощность от двигателя на преодоление сопротивлений движению трактора, но и тормозную мощность отстающего борта, а это вынуждает использовать в составе трансмиссии гидрообъемные передачи с установочной мощностью каждой гидрообъемной передачи намного больше номинальной мощности двигателя трактора.

Отмеченные недостатки прототипа устраняются предлагаемой в качестве изобретения гидрообъемной трансмиссией трактора.

Цель изобретения - повышение маневренных качеств трактора путем обеспечения максимальной и наиболее экономичной рекуперации тормозной мощности с отстающего борта на забегающий при повороте трактора с одновременным снижением мощностной загрузки двигателя при повороте и уменьшением потерь мощности в гидрообъемных передачах трансмиссии трактора, что позволит использовать гидрообъемные передачи с существенно меньшей установочной мощностью, а значит, с меньшей массой, меньшими габаритами и более дешевые.

Указанная задача решается тем, что гидрообъемная трансмиссия гусеничного трактора, содержащая разветвляющий редуктор, две параллельные бортовые гидрообъемные передачи с насосами регулируемой производительности и нерегулируемыми моторами, а также два бортовых редуктора, в которой согласно изобретению между моторами и бортовыми редукторами установлены два планетарных механизма, солнечные зубчатые колеса которых соединены с каждым из гидромоторов двумя одинаковыми зубчатыми передачами, а водило каждого суммирующего планетарного механизма соединено с эпициклическим зубчатым колесом другого планетарного механизма и затем с бортовым редуктором.

Благодаря наличию двух суммирующих планетарных механизмов, связывающих моторы бортовых гидрообъемных передач с ведущими колесами и ведущие колеса между собой, удается обеспечить передачу тормозной мощности с отстающего борта на забегающий через суммирующие планетарные механизмы с минимальными потерями, снизить загрузку мощностью гидрообъемной передачи забегающего борта на величину рекуперируемой тормозной мощности, уменьшить загрузку двигателя трактора на величину потерь мощности в двух последовательно нагружаемых гидрообъемных передачах и исключить работу гидрообъемной передачи отстающего борта в тормозном режиме. Кроме того, суммирующие планетарные механизмы с жестко связанными между собой водилом одного механизма и эпициклическим колесом другого механизма позволяют при повороте автоматически уменьшать посредством регулирования производительности насоса гидрообъемной передачи отстающего борта не только скорость этого борта, но и, в меньшей мере, скорость забегающего борта, что позволяет обеспечить преодоление сопротивлений повороту трактора в пределах располагаемой мощности его двигателя.

Гидрообъемная трансмиссия гусеничного трактора, схема которой представлена на чертеже и предлагаются в качестве изобретения, связана с двигателем 1 посредством разветвляющего редуктора 2 и содержит две бортовые гидрообъемные передачи с регулируемыми насосами 3 и 4 и соединенными с ними гидролиниями нерегулируемыми моторами 5 и 6, связанными посредством двух одинаковых зубчатых передач 7 и 8 с солнечными зубчатыми колесами 9 и 10 двух одинаковых суммирующих планетарных механизмов с водилами 11 и 12 и эпициклическими зубчатыми колесами 13 и 14, каждое водило одного суммирующего планетарного механизма постоянно связано с эпициклическим колесом другого суммирующего планетарного механизма, а указанные пары звеньев суммирующих планетарных механизмов посредством полуосей 15 и 16 через бортовые редукторы 17 и 18 соединены с ведущими колесами 19 и 20 трактора.

Гидрообъемная трансмиссия работает следующим образом.

Прямолинейное движение трактора осуществляется при одинаковой производительности насосов 3 и 4, скорость движения при постоянной частоте вращения двигателя 1 регулируется синхронным изменением производительности этих насосов, а переход от движения передним ходом к движению задним ходом и обратно - одновременным гидравлическим реверсированием насосов 3 и 4 при их нулевой производительности. Угловые скорости валов моторов 5 и 6 при прямолинейном движении одинаковы, поэтому суммирующие планетарные механизмы передают мощность с солнечных колес 9 и 10 через водила 11 и 12 и эпициклы 13 и 14 на ведомые полуоси 15 и 16 только переносным движением, практически без потерь. Каждая из двух гидрообъемных передач нагружена половиной мощности, вырабатываемой двигателем 1 трактора. Другими словами, прямолинейное движение трактора с заявляемой трансмиссией абсолютно идентично во всех отношениях движению трактора с трансмиссией-прототипом, а зубчатые передачи 7 и 8 исполняют функцию первой ступени бортовых редукторов 17 и 18.

При повороте трактора (условимся, что ведущее колесо 19 отстающее, а ведущее колесо 20 - забегающее) необходимо уменьшать производительность насоса 3 отстающего борта, оставляя производительность насоса 4 забегающего борта неизменной, то есть той, которая была до входа трактора в поворот. В отличие от прототипа при этом уменьшается не только скорость отстающего борта, но и, в меньшей мере, скорость забегающего борта. Величины уменьшения указанных скоростей находятся в обратно пропорциональной зависимости с величиной радиуса поворота и, кроме того, зависят от величины кинематической характеристики суммирующих планетарных механизмов (кинематическая характеристика есть отношение чисел зубьев эпициклического и солнечного зубчатых колес планетарного механизма). Так, при любом фиксированном соотношении величин угловых скоростей валов гидромоторов 5 и 6 увеличение кинематической характеристики увеличивает радиус поворота и скорость отстающего борта (прямо пропорциональная зависимость) и уменьшает скорость забегающего борта (обратно пропорциональная зависимость). Величина поступательной скорости центра машины от кинематической характеристики суммирующих планетарных механизмов не зависит и определяется только соотношением угловых скоростей гидромоторов 5 и 6.

Уменьшение производительности насоса 3 отстающего борта до нулевой и остановка вала гидромотора 5 этого борта обеспечивает поворот трактора с фиксированным радиусом, величина которого определяется колеей трактора и кинематической характеристикой суммирующих планетарных механизмов. Величина этого радиуса превышает колею машины.

При поворотах с радиусом меньшим, чем фиксированный, необходимо при переходе режима фиксированного радиуса произвести гидравлическое реверсирование насоса 3 гидрообъемной передачи отстающего борта и увеличивать его производительность пропорционально требуемому уменьшению радиуса поворота трактора. При определенной производительности насоса 3 происходит остановка вращения полуоси 15 и ведущего колеса 19 отстающего борта, машина поворачивает с радиусом, равным колее, и нулевой тормозной мощностью на отстающем борту.

При дальнейшем увеличении производительности насоса 3 полуось 15 начинает вращаться в обратную, по сравнению с полуосью 16, сторону, обеспечивая движение отстающего борта трактора задним ходом. Когда производительности насосов 3 и 4 сравняются, трактор будет устойчиво вращаться вокруг вертикальной оси, проходящей через его геометрический центр, причем скорости поступательного движения бортов будут меньше, чем скорость прямолинейного движения трактора при такой же производительности насосов 3 и 4.

Расчетные зависимости относительных кинематических параметров поворота трактора от величин передаточных отношений бортовых гидрообъемных передач и кинематической характеристики суммирующих планетарных механизмов сведены в таблицу.

ТаблицаКинематические параметры поворота трактораКинематический параметрДля прототипаДля заявляемой трансмиссииСкорость центра трактораСкорость отстающего бортаСкорость забегающего бортаРадиус поворота ρ_ф=1+k где V_пр- скорость прямолинейного движения трактора перед входом в поворот;
где R - абсолютное значение радиуса поворота по забегающей гусенице,
В - величина колеи трактора; ρ_Ф- фиксированный относительный радиус поворота;
- передаточные отношения гидрообъемных передач, соответственно, отстающего и забегающего бортов, где ω₅ и ω₆ - угловые скорости валов моторов, ω₃ и ω₄ - угловые скорости валов насосов, причем ω₃ и ω_4;
- кинематическая характеристика суммирующего планетарного механизма,
Z_э и Z_с - числа зубьев эпициклического и солнечного колес.

На всех режимах поворота трактора с ненулевой тормозной мощностью на отстающем борту рекуперация этой мощности осуществляется только через суммирующие планетарные механизмы с минимальными потерями, а обе гидрообъемные передачи работают только в тяговом режиме, передавая мощность двумя неравными частями от двигателя к суммирующим планетарным механизмам, причем сумма мощностей, нагружающих обе гидрообъемные передачи, равна мощности, развиваемой двигателем, и расходуется полностью только на преодоление сопротивлений движению трактора. Это обеспечивает существенное снижение мощностной загрузки обеих гидрообъемных передач и вместе, и по отдельности, а также двигателя трактора по сравнению с прототипом.

Управление движением трактора производится, как и в прототипе, только синхронным (прямолинейное движение) или асинхронным (поворот) изменением производительности и гидравлическим реверсом гидрообъемных передач.

Изобретение относится к гусеничным тракторам и может быть использовано в их полнопоточных гидрообъемных трансмиссиях. Трансмиссия содержит разветвляющий редуктор 2, две параллельные бортовые гидрообъемные передачи с насосами 3, 4 и гидромоторами 5, 6, бортовые редукторы 17, 18, два планетарных механизма. Планетарные механизмы установлены между гидромоторами 17, 18 и бортовыми редукторами 17, 18. Солнечные колеса 9, 10 планетарных механизмов соединены с каждым из гидромоторов двумя одинаковыми зубчатыми передачами 7, 8. Водила 11, 12 каждого планетарного механизма соединены с эпициклическим колесом 14, 13 другого планетарного механизма и с бортовым редуктором 17, 18. Технический результат - повышение маневренных качеств трактора, наиболее экономичная рекуперация тормозной мощности с отстающего борта на забегающий при повороте трактора, снижение мощностной загрузки двигателя при повороте, уменьшение потерь мощности в гидрообъемных передачах трансмиссии трактора, использование гидрообъемных передач с существенно меньшей установочной мощностью. 1 ил., 1 табл.

Гидрообъемная трансмиссия гусеничного трактора, содержащая разветвляющий редуктор, две параллельные бортовые гидрообъемные передачи с насосами регулируемой производительности и нерегулируемыми моторами, а также два бортовых редуктора, отличающаяся тем, что между моторами и бортовыми редукторами установлены два планетарных механизма, солнечные зубчатые колеса которых соединены с каждым из гидромоторов двумя одинаковыми зубчатыми передачами, водило каждого суммирующего планетарного механизма соединено с эпициклическим зубчатым колесом другого планетарного механизма и затем с бортовым редуктором.