СИСТЕМА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВУХСТОРОННЕЙ ЗУБЧАТОЙ МУФТОЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ Российский патент 2021 года по МПК F16D48/06 F16H61/68 F15B15/02 

Техническое решение относится к трансмиссиям транспортных средств, а именно к коробкам передач с автоматическим управлением. Оно касается гидравлического управления зубчатой муфтой двухстороннего действия для включения в коробке передач переднего и заднего хода.

В вальных коробках передач включение передач производится, как правило, при помощи зубчатых муфт с возможностью предварительной синхронизации. В аварийном режиме движения транспортного средства, когда электронный блок управления коробкой передач неисправен или произошел обрыв в электрической цепи управления, возникает сдавливающий контакт сухарей вилки с внутренней поверхностью кольца зубчатой муфты после включения передачи переднего или заднего хода, вызываемый наличием постоянно действующего давления на поршень в гидроцилиндре. Это может привести к повышенному износу трущихся элементов вилки и зубчатой муфты и, как следствие, выходу их из строя.

В заявке №2016/0003347, опубликованной в США, показана система гидравлического управления двухсторонними зубчатыми муфтами коробки передач (см. фиг. 1, 2). Она содержит силовые гидроцилиндры включения передач переднего и заднего хода, клапаны, расположенные в гидравлической цепи включения передач переднего и заднего хода и имеющие электрическую связь с электронным блоком. Вход каждого клапана сообщен с напорной гидролинией. В случае неисправности электронного блока или нарушений в работе бортовой системы электропитания исключается возможность управления какой-либо зубчатой муфтой коробки передач, что не позволит осуществлять движение транспортного средства в аварийном режиме.

Более близким аналогом является система гидравлического управления двухсторонней зубчатой муфтой коробки передач, представленная в патенте №2706557, выданном в РФ. Она содержит силовой гидроцилиндр включения передач переднего и заднего хода. В корпусе гидроцилиндра расположен поршень со штоком, на котором закреплена вилка перемещения зубчатой муфты. Система содержит двухпозиционные электромагнитные клапаны, управляемые электронным блоком, для сообщения гидроцилиндра с напорной гидролинией, трехпозиционный гидравлический распределитель с ручным управлением для сообщения гидроцилиндра с напорной гидролинией, двухпозиционные дополнительные клапаны с гидравлическим управлением, расположенные в гидравлических цепях включения передач переднего и заднего хода. Рабочий вход каждого дополнительного клапана при его выключении сообщается с выходом электромагнитного клапана, а при включении дополнительного клапана его рабочий вход сообщается с напорной гидролинией. Рабочий выход каждого дополнительного клапана сообщается с одной из полостей гидроцилиндра. В этой системе управления зубчатой муфтой проблема предотвращения повышенного износа трущихся поверхностей сухарей вилки и зубчатой муфты при движении транспортного средства в аварийном режиме решается путем разобщения полостей силового гидроцилиндра с напорной гидролинией с помощью пятилинейного двухпозиционного клапана с гидравлическим управлением, рабочие входы которого сообщаются с упомянутым гидравлическим распределителем, а его рабочие выходы сообщаются с управляющими входами двухпозиционных дополнительных клапанов. Управляющий вход пятилинейного двухпозиционного клапана сообщен с выходами гидравлического распределителя через дроссель. Однако наличие дросселя снижает надежность управления муфтой, т.к. высока вероятность засорения отверстия в дросселе из-за его малого диаметра. Вследствие этого существует вероятность того, что упомянутый пятилинейный клапан сработает с увеличенной задержкой во времени, либо не сработает вовсе, из-за чего слив рабочей жидкости из полости гидроцилиндра, отсоединение ее от напорной гидролинии, не будет произведен в нужный момент, что приведет к сохранению повышенной нагрузки на сухари вилки и кольцо зубчатой муфты и, как следствие, выходу этих элементов из строя.

Техническая проблема, возникающая при движении транспортного средства в аварийном режиме, когда электронный блок неисправен или произошел обрыв в электрической цепи управления коробкой передач, решается путем исключения надежными средствами длительного сдавливающего контакта сухарей вилки с внутренней поверхностью кольца зубчатой муфты после включения передачи переднего или заднего хода для предотвращения быстрого их износа.

Решение технической проблемы предотвращения длительного нажатия сухарей вилки на зубчатую муфту после ее включения достигается тем, что в системе гидравлического управления двухсторонней зубчатой муфтой коробки передач, содержащей силовой гидроцилиндр включения передач переднего и заднего хода, в корпусе которого расположен поршень со штоком, на котором закреплена вилка перемещения зубчатой муфты, двухпозиционные электромагнитные клапаны, управляемые электронным блоком, для сообщения гидроцилиндра с напорной гидролинией, трехпозиционный гидравлический распределитель с ручным управлением для сообщения гидроцилиндра с напорной гидролинией, двухпозиционные дополнительные клапаны с гидравлическим управлением, расположенные в гидравлических цепях включения передач переднего и заднего хода, рабочий вход каждого дополнительного клапана при его выключении сообщается с выходом электромагнитного клапана, а при включении дополнительного клапана его рабочий вход сообщается с напорной гидролинией, рабочий выход каждого дополнительного клапана сообщается с одной из полостей гидроцилиндра, на штоке поршня гидроцилиндра сделана кольцевая канавка, а в корпусе гидроцилиндра напротив штока сделаны входные отверстия, сообщающиеся с упомянутым гидравлическим распределителем, и выходные отверстия, расположенные напротив входных отверстий, в каждой гидравлической цепи расположен двухпозиционный вспомогательный клапан с гидравлическим управлением, управляющий вход которого сообщен с одним из упомянутых выходных отверстий в корпусе гидроцилиндра, рабочий вход вспомогательного клапана сообщается с гидравлическим распределителем, рабочий выход вспомогательного клапана при его выключении сообщает управляющий вход дополнительного клапана с гидравлическим распределителем, а при включении вспомогательного клапана его выход сообщает управляющий вход дополнительного клапана со сливом.

Конструкция силового гидроцилиндра включения передач переднего и заднего хода, в котором на штоке поршня выполнена кольцевая канавка, а в корпусе гидроцилиндра сделаны входные и выходные отверстия, надежна и технологична. Такое техническое решение позволяет непосредственно отслеживать ходы поршня, соответствующие включению передач переднего и заднего хода, и производить гарантированное отключение полостей гидроцилиндра от напорной гидролинии практически сразу после включения передачи. В результате предотвращается продолжительный сдавливающий контакт сухарей вилки с внутренней поверхностью кольца зубчатой муфты после включения передачи переднего или заднего хода, что предотвратит быстрый износ этих элементов.

Технический результат заключается в повышении надежности гидравлического управления двухсторонней зубчатой муфтой коробки передач при движении транспортного средства в аварийном режиме в случае прекращения поступления сигналов от электронного блока.

На фигуре 1 схематично показана система гидравлического управления двухсторонней зубчатой муфтой коробки передач.

На фигуре 2 показан продольный разрез силового гидроцилиндра.

На фигуре 3 показан поперечный разрез силового гидроцилиндра, сечение А-А.

На фигуре 4 показан поперечный разрез силового гидроцилиндра, сечение Б-Б.

На фигуре 5 показан поперечный разрез силового гидроцилиндра, сечение В-В.

На фигуре 6 показана часть корпуса гидроцилиндра со штоком поршня в аксонометрии в момент включения передачи переднего хода.

На фигуре 7 показана часть корпуса гидроцилиндра со штоком поршня в аксонометрии в момент включения передачи заднего хода.

Система гидравлического управления двухсторонней зубчатой муфтой коробки передач, показанная на фигуре 1, содержит силовой гидроцилиндр 1 включения передач переднего и заднего хода. Гидроцилиндр 1 содержит корпус 2 со ступенькой 3 внутри (фигура 2), отделяющей его цилиндрический участок 4 меньшего диаметра от цилиндрического участка 5 большего диаметра. В корпусе 2 гидроцилиндра 1 внутри цилиндрического участка 4 установлен поршень 6, сделанный со ступенькой 7 снаружи между его цилиндрическим участком 8 и центрирующим цилиндрическим участком 9. На поршень 6 на его центрирующий цилиндрический участок 9 надет обруч 10, размещенный внутри цилиндрического участка 5 корпуса 2. Наружный диаметр обруча 10 больше наименьшего внутреннего диаметра корпуса 2 гидроцилиндра 1 и наружного диаметра поршня 6. С поршнем 6 заодно сделан шток 11, на котором закреплена вилка 12 (фигура 1) перемещения зубчатой муфты 13, предназначенной для соединения с валом 14 коробки передач шестерни 15 передачи переднего хода либо шестерни 16 передачи заднего хода. На концах вилки 12, образующей поводок зубчатой муфты 13, установлены вставки, называемые сухарями (не показаны), вставленные в кольцевую канавку, сделанную в зубчатой муфте. Для предотвращения длительного нажатия сухарей вилки на зубчатую муфту после ее включения на штоке 11 поршня гидроцилиндра сделана кольцевая канавка 17 (фигуры 1, 2, 4, 6, 7), а в корпусе 2 гидроцилиндра напротив штока 11 сделаны входные отверстия 18 и 19 (фигуры 1, 3, 5-7), сообщающиеся с четырехлинейным трехпозиционным гидравлическим распределителем 20 (фигура 1), имеющим ручное управление, и выходные отверстия 21 и 22 (фигуры 1, 3, 5-7), расположенные напротив входных отверстий 18 и 19. Напротив штока 11 установлен датчик 23 (фигура 1), определяющий положение зубчатой муфты 13, который подключен к электронному блоку 24.

В системе управления зубчатой муфтой 13 (фигура 1) имеются гидравлические цепи включения передач переднего и заднего хода, в которых расположены трехлинейные двухпозиционные электромагнитные клапаны 25 и 26, имеющие электрическую связь с электронным блоком 24. Каждый электромагнитный клапан при его включении сообщает гидроцилиндр 1 с напорной гидролинией 27. В гидравлической цепи включения передачи переднего хода расположены трехлинейный двухпозиционный дополнительный клапан 28 и трехлинейный двухпозиционный вспомогательный клапан 29, имеющие гидравлическое управление. В гидравлической цепи включения передачи заднего хода расположены трехлинейный двухпозиционный дополнительный клапан 30 и трехлинейный двухпозиционный вспомогательный клапан 31, имеющие гидравлическое управление. Рабочий вход дополнительного клапана 28 при его выключении сообщается с выходом электромагнитного клапана 25 через гидролинию 32, а при включении клапана 28 его рабочий вход сообщается с напорной гидролинией 27. Рабочий вход дополнительного клапана 30 при его выключении сообщается с выходом электромагнитного клапана 26 через гидролинию 33, а при включении клапана 30 его рабочий вход сообщается с напорной гидролинией 27. Рабочий выход клапана 28 сообщается с правой полостью 34 гидроцилиндра 1 через гидролинию 35. Рабочий выход клапана 30 сообщается с левой полостью 36 гидроцилиндра 1 через гидролинию 37. Управляющий вход вспомогательного клапана 29 сообщен с выходным отверстием 21 через гидролинию 38. Управляющий вход клапана 31 сообщен с выходным отверстием 22 через гидролинию 39. Рабочий вход клапана 29 сообщается с гидравлическим распределителем 20 через гидролинию 40. Рабочий вход клапана 31 сообщается с распределителем 20 через гидролинию 41. Рабочий выход клапана 29 при его выключении сообщает управляющий вход клапана 28 с распределителем 20 через гидролинию 42, а при включении клапана 29 его выход сообщает управляющий вход клапана 28 со сливом. Рабочий выход клапана 31 при его выключении сообщает управляющий вход клапана 30 с распределителем 20 через гидролинию 43, а при включении клапана 31 его выход сообщает управляющий вход клапана 30 со сливом.

Управление зубчатой муфтой коробки передач в автоматическом режиме осуществляется следующим образом.

При движении транспортного средства передним ходом от электронного блока 24 поступает электрический сигнал к соленоиду электромагнитного клапана 25. При включении клапана 25 рабочая жидкость поступает по напорной гидролинии 27 на его вход. Ручка управления распределителем 20 при этом находится в нейтральном положении, соответствующем автоматическому режиму (АР) движения транспортного средства, и рабочая жидкость по напорной гидролинии 27 на вход распределителя 20 не поступает (фигура 1). С выхода клапана 25 рабочая жидкость по гидролинии 32 направляется на вход дополнительного клапана 28, находящегося в отключенном состоянии. С выхода клапана 28 рабочая жидкость по гидролинии 35 поступает в правую полость 34 гидроцилиндра 1. Под действием давления рабочей жидкости поршень 6 гидроцилиндра вместе с расположенным на штоке 11 поводком перемещается влево, соединяя зубчатой муфтой 13 шестерню 15 передачи переднего хода с валом 14 коробки передач. После включения передачи переднего хода происходит выключение электромагнитного клапана 25 электронным блоком 24 по сигналу, поступающему к нему от датчика 23, сигнализирующего о нормальном включении зубчатой муфты 13. В этом случае выход клапана 25 будет сообщен со сливом, и рабочая жидкость, проходя через отключенные клапаны 28 и 25, освободит правую полость 34 гидроцилиндра. Действие давления на поршень 6 в правой полости гидроцилиндра прекратится, и таким образом будет предотвращен длительный сдавливающий контакт сухарей вилки 12 с кольцом зубчатой муфты 13 после включения передачи переднего хода. Для выключения зубчатой муфты 13, перевода ее в среднее положение, при необходимости включения в коробке передач других ступеней, происходит поступление электрического тока к электромагнитным клапанам 25 и 26, через которые рабочая жидкость поступает под давлением одновременно в левую и правую полости 34, 36 гидроцилиндра 1. Под действием этого давления поршень 6 перемещается вправо до упора в обруч 10, который находится под давлением рабочей жидкости, действующим на него справа.

При движении транспортного средства задним ходом от электронного блока 24 поступает электрический сигнал к соленоиду электромагнитного клапана 26. При включении клапана 26 рабочая жидкость поступает по напорной гидролинии 27 на его вход. При этом ручка управления распределителем 20 так же находится в нейтральном положении, соответствующем автоматическому режиму (АР) движения транспортного средства (фигура 1). С выхода клапана 26 рабочая жидкость по гидролинии 33 поступает на вход дополнительного клапана 30, находящегося в отключенном состоянии. С выхода клапана 30 рабочая жидкость по гидролинии 37 поступает в левую полость 36 гидроцилиндра 1. Под действием давления рабочей жидкости поршень 6 гидроцилиндра вместе с расположенным на штоке 11 поводком перемещается вправо, соединяя зубчатой муфтой 13 шестерню 16 передачи заднего хода с валом 14 коробки передач. После включения передачи заднего хода происходит выключение электромагнитного клапана 26 электронным блоком 24 по сигналу, поступающему к нему от датчика 23, сигнализирующего о нормальном включении зубчатой муфты 13. В этом случае выход клапана 26 будет сообщен со сливом, и рабочая жидкость, проходя через отключенные клапаны 30 и 26, освободит левую полость 36 гидроцилиндра. Действие давления на поршень 6 в левой полости гидроцилиндра прекратится, и таким образом будет предотвращен длительный сдавливающий контакт сухарей вилки 12 с кольцом зубчатой муфты 13 после включения передачи заднего хода.

Управление зубчатой муфтой коробки передач в аварийном режиме движения транспортного средства при неисправности электронного блока осуществляется следующим образом.

Перед началом движения транспортного средства передним ходом переводят ручку управления распределителем 20 в положение, соответствующее движению транспортного средства вперед в аварийном режиме (АПХ) (фигура 1). Рабочая жидкость под давлением поступает из напорной гидролинии 27 на вход распределителя 20. На выходе из распределителя 20 рабочая жидкость по гидролинии 40 поступает на рабочий вход клапана 29 и во входное отверстие 18 в корпусе 2 гидроцилиндра 1. На выходе из клапана 29 рабочая жидкость по гидролинии 42 поступает на управляющий вход клапана 28. Под действием давления рабочей жидкости клапан 28 переводится во включенное состояние. Из напорной гидролинии 27 рабочая жидкость поступает на другой вход клапана 28. На выходе из клапана 28 рабочая жидкость по гидролинии 35 поступает в правую полость 34 гидроцилиндра 1. Перемещение поршня 6 и включение зубчатой муфты 13 происходит так же, как и при работе коробки передач в автоматическом режиме. При перемещении поршня 6 со штоком 11 влево до положения, соответствующего включению передачи переднего хода, входное и выходное отверстия 18 и 21, расположенные напротив друг друга, окажутся на одной линии с канавкой 17, выполненной на штоке 11 (фигура 6). Тогда рабочая жидкость направится от входного отверстия 18 через канавку 17 к выходному отверстию 21 и далее по гидролинии 38 поступит на управляющий вход клапана 29, тем самым включая его. В этом случае, так как выход клапана 29 будет сообщен со сливом, действие давления на управляющем входе клапана 28 прекратится, что обеспечит его отключение, и рабочая жидкость, проходя по гидролинии 35, освободит правую полость 34 гидроцилиндра 1. В результате действие давления на поршень в правой полости гидроцилиндра прекратится. Это предотвратит длительный сдавливающий контакт сухарей вилки с кольцом зубчатой муфты после включения передачи переднего хода в аварийном режиме.

Перед началом движения транспортного средства задним ходом переводят ручку управления распределителем 20 в положение, соответствующее движению транспортного средства назад в аварийном режиме (АЗХ) (фигура 1). Рабочая жидкость под давлением поступает из напорной гидролинии 27 на вход распределителя 20. На выходе из распределителя 20 рабочая жидкость по гидролинии 41 поступает на рабочий вход клапана 31 и во входное отверстие 19 в корпусе 2 гидроцилиндра 1. На выходе из клапана 31 рабочая жидкость по гидролинии 43 поступает на управляющий вход клапана 30. Под действием давления рабочей жидкости клапан 30 переводится во включенное состояние. Из напорной гидролинии 27 рабочая жидкость поступает на другой вход клапана 30. На выходе из клапана 30 рабочая жидкость по гидролинии 37 поступает в левую полость 36 гидроцилиндра 1. Перемещение поршня и включение зубчатой муфты происходит так же, как и при работе коробки передач в автоматическом режиме. При перемещении поршня 6 со штоком 11 вправо до положения, соответствующего включению передачи заднего хода, входное и выходное отверстия 19 и 22, расположенные напротив друг друга, окажутся на одной линии с канавкой 17, выполненной на штоке 11 (фигура 7). Тогда рабочая жидкость направится от входного отверстия 19 через канавку 17 к выходному отверстию 22 и далее по гидролинии 39 поступит на управляющий вход клапана 31, тем самым включая его. В этом случае, так как выход клапана 31 будет сообщен со сливом, действие давления на управляющем входе клапана 30 прекратится, что обеспечит его отключение, и рабочая жидкость, проходя по гидролинии 37, освободит левую полость 36 гидроцилиндра 1. В результате действие давления на поршень 6 в левой полости гидроцилиндра прекратится. Таким образом будет предотвращен длительный сдавливающий контакт сухарей вилки с кольцом зубчатой муфты после включения передачи заднего хода в аварийном режиме.

В системе гидравлического управления двухсторонней зубчатой муфтой коробки передач, содержащей силовой гидроцилиндр включения передач переднего и заднего хода, в корпусе которого расположен поршень со штоком, на котором закреплена вилка перемещения зубчатой муфты, трехпозиционный гидравлический распределитель, двухпозиционные электромагнитные клапаны, двухпозиционные дополнительные клапаны и двухпозиционные вспомогательные клапаны с гидравлическим управлением, сообщенные определенным образом между собой, с гидроцилиндром и распределителем, на штоке поршня гидроцилиндра сделана кольцевая канавка, а напротив штока в корпусе гидроцилиндра сделаны входные отверстия, сообщающиеся с гидравлическим распределителем, и выходные отверстия, расположенные напротив входных отверстий, достигается повышение надежности управления коробкой передач при движении транспортного средства в аварийном режиме.

Изобретение относится к системе гидравлического управления двухсторонней зубчатой муфтой коробки передач с автоматическим управлением. Система содержит гидроцилиндр c поршнем и штоком, двухпозиционные электромагнитные клапаны, управляемые электронным блоком, трехпозиционный гидравлический распределитель, двухпозиционные дополнительные клапаны и двухпозиционные вспомогательные клапаны. На штоке закреплена вилка перемещения зубчатой муфты. Рабочий вход каждого дополнительного клапана при его выключении сообщается с выходом электромагнитного клапана, а при включении - с напорной гидролинией. Рабочий выход каждого дополнительного клапана сообщается с одной из полостей гидроцилиндра. На штоке поршня сделана кольцевая канавка, а в корпусе гидроцилиндра напротив штока сделаны входные отверстия, сообщающиеся с распределителем, и выходные отверстия. Управляющий вход каждого вспомогательного клапана сообщен с одним из выходных отверстий в корпусе гидроцилиндра, а рабочий вход - с распределителем. Рабочий выход вспомогательного клапана при его выключении сообщает управляющий вход дополнительного клапана с распределителем, а при включении - со сливом. Повышается надежность управления зубчатой муфтой коробки передач при движении транспортного средства в аварийном режиме. 7 ил.

Система гидравлического управления двухсторонней зубчатой муфтой коробки передач, содержащая силовой гидроцилиндр включения передач переднего и заднего хода, в корпусе которого расположен поршень со штоком, на котором закреплена вилка перемещения зубчатой муфты, двухпозиционные электромагнитные клапаны, управляемые электронным блоком для сообщения гидроцилиндра с напорной гидролинией, трехпозиционный гидравлический распределитель с ручным управлением для сообщения гидроцилиндра с напорной гидролинией, двухпозиционные дополнительные клапаны с гидравлическим управлением, расположенные в гидравлических цепях включения передач переднего и заднего хода, рабочий вход каждого дополнительного клапана при его выключении сообщается с выходом электромагнитного клапана, а при включении дополнительного клапана его рабочий вход сообщается с напорной гидролинией, рабочий выход каждого дополнительного клапана сообщается с одной из полостей гидроцилиндра, отличающаяся тем, что на штоке поршня гидроцилиндра сделана кольцевая канавка, а в корпусе гидроцилиндра напротив штока сделаны входные отверстия, сообщающиеся с упомянутым гидравлическим распределителем, и выходные отверстия, расположенные напротив входных отверстий, в каждой гидравлической цепи расположен двухпозиционный вспомогательный клапан с гидравлическим управлением, управляющий вход которого сообщен с одним из упомянутых выходных отверстий в корпусе гидроцилиндра, рабочий вход вспомогательного клапана сообщается с гидравлическим распределителем, рабочий выход вспомогательного клапана при его выключении сообщает управляющий вход дополнительного клапана с гидравлическим распределителем, а при включении вспомогательного клапана его выход сообщает управляющий вход дополнительного клапана со сливом.