Система защиты двигателя гусеничной и колесной машины от заброса по оборотам коленчатого вала Российский патент 2024 года по МПК B60T1/87 B60T10/02 F16H47/06 F16D57/02 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано в конструкциях гусеничных и колесных машин, оснащенных гидромеханическими трансмиссиями.

При движении гусеничной и колесной машины на затяжных спусках с углом от 20° до 35° возникает скатывающая сила, приводящая к увеличению скорости движения машины и частоты вращения коленчатого вала двигателя выше допускаемой - заброс по оборотам. Это может привести к разрыву шатунов двигателя, деформации элементов газораспределительного механизма и др. Ограничение скорости движения гусеничной и колесной машины на спуске и защиту двигателя от заброса путём включения остановочных тормозов, недостаточно эффективно и приводит к перегреву фрикционных элементов остановочной тормозной системы, что ограничивает их долговечность.

Известна система предохранения двигателя от заброса (аналог), ограничивающая скорость движения транспортной машины на затяжных спусках. Конструктивное исполнение которой является введение на входе (между гидротрансформатором и коробкой передач) или на выходе из коробки передач так называемого безызносного гидродинамического замедлителя (ГДЗ, ретардера) [Балабенко Д.С., Абрамов А. Н., Башарков А.С., Сташкевич А.А. Патент на полезную модель «Гидромеханическая передача с гидродинамическим тормозом-замедлителем транспортного средства большой мощности» RU 184458 U1 от 25.10.2018]

Введение в конструкцию гидромеханической трансмиссии ретардера (гидродинамического замедлителя) на входе может быть эффективно реализовано при проектировании новых трансмиссий. Для модернизируемых конструкций введение ГДЗ затрудненно из-за плотной компоновки моторно-трансмиссионного отделения, так как наряду с ГДЗ необходимо создать гидросистему, которая включает теплообменник, насосы, фильтры и др.

В связи с этим, при модернизации трансмиссии, включающей систему предохранения двигателя от заброса ранее спроектированных предлагается реализовать техническое решение по авторскому свидетельству [В. Р. Керро и Ю. Б. Лялин. Авторское свидетельство СССР 925687 от 07.05.82. Бюллетень №17.], прототип. Однако эффективность этого решения обеспечивается при углах спуска лишь до 20˚.

При больших углах спуска до 35°, характерных для местности, по которой движется гусеничная машина, развиваемый тормозной момент ГДЗ не достаточен для защиты двигателя и торможения машин. Кроме того, переключение комплексной гидродинамической передачи (КГДП), полости «А», из режима трансформации момента в режим ГДЗ (гидродинамического замедлителя) требует высокой квалификации водителя, при этом процесс перехода комплексной гидродинамической передачи из режима ГДЗ в режим ГТ при выполнении условия ω_д≤ω_д(α_пт) во времени растянут, что ограничивает скорость движения гусеничной и колесной машины после спуска из-за неполного опорожнения полости «Б» гидродинамического замедлителя.

Для повышения эффективности способа предохранения двигателя от «заброса» по оборотам и торможения гусеничной машины на спусках до 35° к наружной поверхности насосного колеса гидротрансформатора крепится торообразный элемент, на внутренней поверхности, которого, выполнена лопаточная система. Торообразный элемент выполняет функцию ротора ГДЗ. Для осуществления функции статора ГДЗ в картере КГДП устанавливается дополнительный диск с лопаточной системой со стороны насосного колеса (ротора ГДЗ), формирующего полость «Б». В систему вводится также электронный блок управления электромагнитными клапанами гидрораспределителя, вход электронного блока соединен через цифровую шину передачи данных БИИУС машины с датчиками частоты вращения коленчатого вала двигателя (ω_д) и турбины КГДП (ω_т), а также с датчиком положения педали подачи топлива (α_пт ).

Схема предлагаемой системы приведена на фиг.1.

Система включает двигатель 1, соединенный через упругий вал 2, выполняющий функцию гасителя крутильных колебаний, с входом КГДП 3, расположенный в картере 4 и содержащий насосное колесо 5, турбинное колесо 6, а также реактор 7, установленный на механизме свободного хода 8 и блокировочный фрикцион 9. Турбинное колесо 6 соединено с входным валом 10 механической коробкой передач 11. Система содержит также гидравлическую часть, включающую теплообменник, насос, трубопроводы и др. (на фиг.1 не показано), гидрораспределитель 12. Гидравлическая система осуществляет питание полостей «А» и «Б» КГДП 3, поддержания давления рабочей жидкости и управления, позволяющее переводить КГДП 3 из режима гидротрансформатора в режим ГДЗ и обратно, а также управление блокировкой насосного 5 и турбинного 6 колес.

Работает предлагаемая система в соответствии с блок-схемой алгоритма, приведенной на фиг. 2.

В начале (блок 1) в память электронного блока управления 15 (фиг. 1) вводится зависимость ω_д = ω_д(α_пт) – функции угловой скорости вращение вала двигателя от положения подачи топлива (α_пт), а также функция α_пт(ω_т) – определяемой программой управления блокировкой насосного и турбинного колес гидротрансформатора. Затем в блоке 2 начинается работа циклической программы во времени 0…t, с шагом Δt. Условием начала работы является превышение частоты вращения вала двигателя ω_д по сравнению с расчётной ω_д(α_пт), т. е. ω_д>ω_д(α_пт). Условием завершения работы программы является ω_д≤ω_д(α_пт), т.е. при работе двигателя на частоте не превышающей допустимую.

В блоке 3 выполняется расчёт, измерение и ввод параметров ω_д, ω_т и α_пт.

В блоке 4 вычисляется значение допустимой угловой скорости вращения вала двигателя ω_д(α_пт) и вычисляется угловая скорость вращения турбинного колеса ω_т(α_пт) в соответствие с программой управления блокировкой насосного и турбинного колес. В блоке 5 устанавливается (задаётся) режим работы КГДП – трансформации момента.

В блоке 6 проверяется условие работы двигателя без заброса ω_д≥ω_д(α_пт). При выполнении условия в блоке 7 фиксируется режим заброса двигателя по угловой скорости вращения вала, включается блокировка фрикциона 9 (фиг. 1), КГДП переводится в режим ГДЗ, т.е. гидрораспределитель 12 заполняет полость «Б» ГДЗ рабочей жидкостью. Энергия движущейся машины через турбинное колесо 6, блокировочный фрикцион 9, насосное колесо 5, соединенное с торообразным элементом 13 с лопаточной системой (ротора ГДЗ), передаётся на неподвижный статор 14. Это приводит к торможению (снижению) угловой скорости вращения ротора ГДЗ, соответственно и вала двигателя, т.е. его предохранение от заброса по угловой скорости.

Для сокращения времени перехода КГДП из режима гидрозамедлителя в режим гидротрансформатора до 0,3…0,5 секунд при ω_д<ω_д(α_пт) в полость «Б» через пневмоэлектро-клапан 20 подается сжатый воздух из баллона 21 пневмосистемы машины. Диаметр сливного отверстия и пропускная способность гидроэлектро-клапана 22 в картере КГДП, должены быть достаточными, чтобы обеспечить слив рабочей жидкости из зоны «Б» с максимально возможной скоростью.

Затем работа системы продолжается (блок 8), соответствующая команда передаётся в блок 2. Если ω_д<ω_д(α_пт), то в блоке 9 осуществляется разблокировка ГТ, ГДП переводится в режим трансформатора.

Эффективность предлагаемой безызносной системы состоит в следующем.

Предлагаемая система обеспечивает предотвращение заброса двигателя по оборотам, позволяет ограничивать скорость движение гусеничных и колесных машин на спусках от 20 до 35° без включения остановочных тормозов, что повышает ресурс их фрикционных элементов.

Реализация предлагаемой системы не требует существенных усложнений гидросистемы (введение дополнительных теплообменников, насосов, фильтров и др.).

Кроме того, компактность конструкции ГДЗ, встраиваемость в КГДП, позволяет её реализовать не только при проектировании новых трансмиссий, но и при модернизации существующих. Автоматизация системы управления включения ГДЗ позволяет не зависимо от квалификации и психофизиологических свойств водителя, обеспечить эффективную защиту двигателя от заброса по оборотам и снизить требуемый уровень квалификации водителя.

Изобретение относится системе предохранения двигателя гусеничных и колесных машин от заброса по угловой скорости вращения коленчатого вала. Для предохранения двигателя гусеничной и колесной машин от заброса по угловой скорости к насосному колесу гидродинамической передачей крепится торообразный элемент с дополнительной лопаточной системой, образуя ротор гидродинамического замедлителя. К корпусу комплексной гидродинамической передачи крепится дополнительный диск с лопаточной системой со стороны насосного колеса гидротрансформатора, образуя статор гидродинамического замедлителя. Перевод комплексной гидродинамической передачи из режима трансформации момента в режим гидродинамического замедлителя и обратно осуществляется электронным блоком управления. Достигается повышение ресурса фрикционных элементов остановочных тормозов гусеничных и колесных машин. 2 ил.

Система предохранения двигателя гусеничных и колесных машин от заброса по угловой скорости вращения коленчатого вала, содержащая комплексную гидродинамическую передачу, расположенную в картере, выполненную с возможностью соединения входа с двигателем через упругий вал, выполняющий функцию гасителя крутильных колебаний, при этом комплексная гидродинамическая передача содержит насосное и турбинное колеса, реактор, установленный на механизме свободного хода, а также блокировочный фрикцион с механизмом блокировки, гидравлическая часть включает теплообменник, фильтры, гидрораспределитель, осуществляющий функцию питания комплексной гидродинамической передачи рабочей жидкостью, смазку, контроль, а также управление, позволяющее переводить комплексную гидродинамическую передачу из режима гидротрансформатора в режим гидродинамического замедлителя при блокировке насосного и турбинного колес фрикционом, отличающаяся тем, что для осуществления функции ротора гидродинамического замедлителя к наружной поверхности насосного колеса комплексной гидродинамической передачи крепится торообразный элемент с развитой лопаточной системой, а к картеру комплексной гидродинамической передачи крепится дополнительный диск с лопаточной системой со стороны насосного колеса, а в систему управления комплексной гидродинамической передачи вводится электронный блок, вход которого через цифровую шину передачи данных бортовой информационно-измерительной и управляющей системы машины с датчиками угловой скорости вала двигателя и турбинного колеса, а также положения педали подачи топлива, выход электронного блока соединен с гидрораспределителем.