САМОБЛОКИРУЮЩИЙСЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛ КОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2005 года по МПК F16H48/30 B60K17/16 

Изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано в колесных тракторах, автогрейдерах и автомобилях повышенной проходимости.

Известен самоблокирующийся дифференциал повышенного трения автомобиля ГАЗ-66 [1], призванный блокировать привод колес ведущего моста при буксовании за счет использования момента трения между полуосевыми шестернями, компенсирующего разность крутящих моментов на полуосях, возникающую за счет разности моментов сил сцепления колес с дорожным покрытием (грунтом).

Недостатком этого дифференциала является то, что по причине неизбежного межколесного кинематического рассогласования привод оказывается заблокированным практически в течение всего периода движения машины. Последнее обстоятельство приводит к непроизводительным затратам энергии на износ ходовой части и привода.

Известен также самоблокирующийся дифференциал колесного транспортного средства, содержащий дифференциальную передачу, центральные колеса которой жестко соединены с полуосями ведущих колес, и блокирующее устройство, которое выполнено в виде сцепной муфты и рабочего органа, содержащего датчики угловой скорости колес, кинематически связанные с полуосями и электрически со схемой измерения и сравнения частного от деления скоростей, выход которой через выпрямитель подключен к сервоприводу, при этом ведущая полумуфта сцепной муфты жестко соединена с водилом, ведомая полумуфта установлена на шлицах одной из полуосей с возможностью осевого перемещения и кинематически связана с сервоприводом [2].

Недостатком этого дифференциала является то, что блокирующее устройство срабатывает при снижении скорости транспортного средства (в результате буксования одного из колес) на 20-25%, т.е. с опозданием. В момент срабатывания частота вращения привода соответствует полной скорости машины. Поэтому разгон машины, после включения блокировки, естественно, сопровождается значительными динамическими нагрузками на трансмиссию и привод.

Задача изобретения - повышение быстродействия блокирующего устройства дифференциала.

Технический результат - снижение динамических нагрузок на трансмиссию и привод и повышение надежности и долговечности машины.

Это достигается тем, что в самоблокирующемся дифференциале колесного транспортного средства, содержащем дифференциальную передачу, центральные колеса которой соединены жестко с полуосями ведущих колес, и блокирующее устройство, включающее сервопривод, сцепную муфту, ведущая полумуфта которой жестко соединена с водилом, а ведомая установлена на шлицах одной из полуосей с возможностью осевого перемещения и кинематически связана с сервоприводом, и управляющий орган, содержащий схему измерения и сравнения, датчики угловой скорости колес, кинематически связанные с полуосями и электрически со схемой измерения и сравнения, выход которой через выпрямитель подключен к сервоприводу, схема измерения и сравнения дополнительно содержит дифференцирующие звенья и сумматоры угловых ускорений, а электроцепь ее подключения к сервоприводу - усилитель и реле времени, при этом дифференцирующие звенья электрически связаны с датчиками угловой скорости колес.

Иными словами, орган управления выполнен в виде двух тахометров, непрерывно измеряющих угловые скорости полуосей (центральных колес дифференциала), дифференцирующих звеньев, преобразующих результаты измерения скоростей в ускорения, и устройства сравнения фактически сложившихся ускорений с заданным (критическим) ускорением, которое выше ускорения полуоси при движении машины без буксования и ниже его при буксовании колеса. Критическое (пороговое) значение углового ускорения является функцией от кинематических и динамических параметров машины и дорожных условий движения и определяется аналитически или экспериментально. Критическое значение углового ускорения колеса равно его максимально возможному ускорению при трогании машины без буксования, которое практически равнозначно ускорению при маневрировании.

Достаточно значительное (в некоторых случаях на порядок и более) различие угловых ускорений колес в различных режимах движения машины объясняется тем, что в режимах движения без буксования (маневрирование, трогание с места) в переходных процессах участвуют все как вращающиеся, так и поступательно движущиеся массы. Поэтому переходные процессы в этих режимах оказываются сравнительно замедленными, ускорение колес сравнительно мало и не превышает заданное (критическое) ускорение. Во время буксования в переходных процессах участвуют только вращающиеся части привода и буксующего узла ведущего моста с буксующим колесом. Все прочие колеса и поступательно движущаяся масса всей машины выпадают из участия в переходных процессах. Следовательно, продолжительность переходных процессов в буксующем узле резко сокращается по времени. Более того, скорости вращающихся частей буксующего узла в дифференциальном приводе возрастают вдвое при остановке не буксующего колеса. Исследования показали, что ускорение буксующего узла возрастает многократно, значительно превышает заданное критическое значение ускорения, и это позволяет получить управляющий сигнал для включения сервопривода сцепной муфты в начальный момент буксования. При сцеплении полумуфт прекращается вращение центрального колеса относительно водила и прекращается относительное вращение ведущих колес, т.е. дифференциал блокируется.

Управляющий орган содержит также реле времени, «запоминающее» управляющий сигнал на заданное время, по истечении которого сигнал отсутствует и вновь воспроизводится лишь при буксовании любого колеса. Заявляемый дифференциал, по сравнению с прототипом, отличается высоким быстродействием, поскольку наибольшее ускорение буксующего колеса имеет место в начальный момент буксования, и снижается до нуля к моменту окончания переходного процесса. Следовательно, дифференциал заблокируется в момент начала буксования и исключит большие динамические нагрузки на трансмиссию и привод, следовательно, повысит надежность и долговечность машины. Кроме того, своевременное раннее включение блокировки повышает проходимость машины в тяжелых дорожных ситуациях.

На фиг.1 представлен заявляемый дифференциал, который содержит главную (1, 2) и дифференциальную (3, 4) передачи и блокирующее устройство, включающее сцепную муфту и управляющий орган. Ведущая полумуфта 5 сцепной муфты жестко связана с водилом 6, а ведомая полумуфта 7 с помощью подвижного шлицевого соединения 8 с полуосью 9 или 10 (по выбору). Управляющий орган содержит датчики угловой скорости колеса в виде тахометров 11 и 12, кинематически связанных с полуосями 9 и 10, схему измерения и сравнения углового ускорения колес с заданным критическим значением, включающую дифференцирующие звенья 13 и 14, преобразующие угловые скорости ω₁ и ω₂ в угловые ускорения ε₁ и ε₂, которые с помощью сумматоров 15 и 16 сравниваются с заданным критическим ускорением ε_кр, диоды 17 и 18, усилители 19 и 20 и реле времени 21, а также сервопривод 22. Последний при помощи вилки 23 кинематически связан с ведомой полумуфтой 7. Вилка 23 снабжена пружиной 24, обеспечивающей нормально разомкнутое состояние муфты (5, 7) при отсутствии управляющего сигнала на сервоприводе 22.

Дифференциал работает следующим образом.

Ситуация 1. Начало движения и маневрирование машины без буксования.

Значения угловых ускорений ε₁, ε₂ в этих условиях движения машины ниже критического значения ε_кр (равного максимально возможному ускорению, имеющему место при всех видах движения без буксования), поскольку в переходных процессах участвуют все как вращающиеся массы, так и поступательно движущаяся масса всей машины в целом. Переходные процессы в этом случае протекают замедленно, сигналы рассогласования Δε=ε-ε_кр<0 и, благодаря наличию диодов 17, 18, на сервопривод 22 не поступают. Под действием пружины 24 муфта (5, 7) разомкнута и дифференциал разблокирован. Привод моста работает в дифференциальном режиме.

Ситуация 2. Сложные дорожные условия движения. Буксование, например, правого колеса.

Из участия в переходных процессах выпадают поступательно движущаяся масса всей машины в целом и значительная часть вращающихся масс. Время переходных процессов многократно сокращается, следовательно, многократно возрастает угловое ускорение ε₁ правого колеса и превышает заданное критическое значение ускорения ε_кр. Сигнал рассогласования Δε₁=ε₁-ε_кр>0 (больше нуля), диод 17 пропускает сигнал на усилитель 19, который далее через реле времени 21 поступает на сервопривод 22. Последний, преодолевая сопротивление пружины 24, перемещает полумуфту 7 по шлицам 8, и полумуфты 5 и 7, сцепляясь, блокируют водило 6 с центральным колесом 4. Иными словами, дифференциал блокируется. При этом сигнал рассогласования Δε₁ становится равным нулю. Во избежание «звонкового» эффекта работы блокирующего устройства реле времени «запоминает» на некоторое (заданное) время управляющий сигнал U. По истечении заданного времени управляющий сигнал становится равным нулю U=0. Сервопривод 22 обесточивается, под действием пружины 24 муфта 5, 7 расцепляется и дифференциал разблокируется. Он заблокируется вновь, если произойдет пробуксовка любого из колес.

Ситуация 3. Задний ход.

При движении задним ходом работа блокирующего устройства ничем не отличается от работы при движении вперед, поскольку датчики 11, 12 не реагируют на реверс, а реагируют лишь на частоту импульсов (на угловую скорость вращения полуосей 9 и 10).

Источники информации.

1. Технический паспорт автомобиля ГАЗ-66 (аналог).

2. Патент RU №2162974. Самоблокирующийся дифференциал колесного транспортного средства (прототип).

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Самоблокирующийся дифференциал содержит дифференциальную передачу 4, блокирующее устройство и управляющий орган. Управляющий орган содержит схему измерения и сравнения и датчики угловой скорости колес в виде тахометров 11 и 12, кинематически связанных с полуосями 9 и 10. Схема измерения и сравнения включает дифференцирующие звенья 13 и 14 и сумматоры 15 и 16 угловых ускорений, а электроцепь ее подключения к сервоприводу 22 содержит усилители 19 и 20 и реле времени 21. Дифференцирующие звенья 13 и 14 электрически связаны с датчиками угловой скорости колес. Дифференциал реализует автоматическую блокировку только при буксовании любого ведущего колеса и не реагирует ни на какие прочие внешние возмущающие воздействия. Орган управления работает на принципе сравнения углового ускорения буксующего колеса с заданным критическим значением, равным наибольшему возможному ускорению, при котором буксование еще невозможно. Технический результат - снижение динамических нагрузок на трансмиссию и привод и повышение надежности и долговечности машины. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Самоблокирующийся дифференциал колесного транспортного средства, содержащий дифференциальную передачу, центральные колеса которой соединены жестко с полуосями ведущих колес, и блокирующее устройство, включающее сервопривод, сцепную муфту, ведущая полумуфта которой жестко соединена с водилом, а ведомая установлена на шлицах одной из полуосей с возможностью осевого перемещения и кинематически связана с сервоприводом, и управляющий орган, содержащий схему измерения и сравнения, датчики угловой скорости колес, кинематически связанные с полуосями и электрически - со схемой измерения и сравнения, выход которой через выпрямитель подключен к сервоприводу, отличающийся тем, что схема измерения и сравнения дополнительно содержит дифференцирующие звенья и сумматоры угловых ускорений, а электроцепь ее подключения к сервоприводу - усилитель и реле времени, при этом дифференцирующие звенья электрически связаны с датчиками угловой скорости колес.2. Самоблокирующийся дифференциал по п.1, отличающийся тем, что схема измерения и сравнения углового ускорения настроена на значение заданного критического углового ускорения, равного возможному наибольшему значению, при котором буксование колес еще невозможно.