Трансмиссия машины с бортовым способом поворота Российский патент 2024 года по МПК B60K17/348 F16H48/30 B62D11/10 B62D11/08 

Изобретение относится к гусеничным, многоколесным, роторно-винтовым (шнековым) и др. транспортным средствам с бортовым способом поворота, преимущественно к тракторам и быстроходным гусеничным машинам (как с центральной, так и с бортовыми коробками передач).

Бортовые коробки передач (БКП) [1. Расчет и конструирование гусеничных машин / Н.А. Носов и др.; под ред. проф. Н.А. Носова. - Л.: Машиностроение, 1972. - 560 с. - Гл. IX « Механизмы поворота », С.368-369.] серийно выпускаемых транспортных гусеничных машин проектировались без возможности обеспечения поворота с нулевым радиусом. В дальнейшем создавались экспериментальные двухпоточные трансмиссии на базе шасси с БКП. Такие трансмиссии (см., например [2. Фрикционные механизмы поворота в двухпоточных трансмиссиях транспортных гусеничных машин / Н.Н. Демидов [и др.] // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2019. - №1. - С. 60-69. DOI: 10.31992/0321-4443-2019-1-60-69]) кинематически допускали поворот вокруг центра тяжести.

Однако мощности трансформатора крутящего момента, установленного в параллельном потоке мощности, для реализации такого режима работы было недостаточно.

Вместе с тем, парк находящихся на консервации машин, вновь выпускаемые шасси и специальные машины, использующие комплектующие от шасси, нуждаются, согласно современным представлениям, в наличии возможности разворота с нулевым радиусом для маневрирования в стесненных условиях и для полной реализации тягово-сцепных свойств машины на специфических грунтах. В частности, разворот с нулевым радиусом необходим в глубоком снегу. Угловая скорость поворота пока не регламентируется.

Другой из числа известных способов бортового поворота машин - посредством установленных бортовых планетарных механизмов поворота (одно- и двухступенчатых ПМП), бортовых фрикционов (БФ), управляемых посредством тормозов и фрикционов в их составе [1, с. 360-368].

БКП, ПМП, БФ схематически подобны, относительно просты по конструкции и компактны, но имеют ограниченные возможности.

Известна трансмиссия танка Т-90, содержащая бортовые коробки передач с передаточным отношением на заднем ходу, отличным от передаточного отношения на первой передаче переднего хода как по знаку, так и по модулю, входной редуктор, соединяющий входные валы коробок передач с выходным валом двигателя, остановочные тормоза, соосные бортовые редукторы и систему гидроуправления [3. Основной боевой танк Т-90 «Владимир». - URL: https://vpk.name/library/f/tank-t-90.html (Дата обращения: 03.12.2022)].

Однако трансмиссия-прототип [3] не обеспечивает возможность поворота с нулевым радиусом (на месте), что отрицательно отражается на технико-эксплуатационных и особенно на тактико-технических возможностях и характеристиках машин (ТЭВ/ТТВ и ТТВ/ТТХ). Обращает на себя внимание и выраженная ступенчатость спектра фиксированных радиусов поворота.

Наиболее близким аналогом заявляемой трансмиссии (выбран за прототип) является трансмиссия машины с бортовым способом поворота, содержащая, по меньшей мере, одну коробку передач, главную передачу до полуосей с бортовыми агрегатами, в состав которых входят, как минимум, механизмы поворота, остановочные тормоза и бортовые редукторы, и дополнительное механическое устройство (ДМУ), с возможностью осуществления за счет него поворота машины в ту или другую сторону с нулевым радиусом, и систему управления [4. RU 2794553 С1, МПК B60K 17/35, F16H 48/30, B62D 55/00, опубл. 21.04.2023],

В прототипе в роли ДМУ выступают два дополнительных бортовых редуктора управляемые двухступенчатые бортовые редукторы, каждый с передаточными отношениями ступеней u_PI и u_PII, из которых второе значение

где u_{БКП ЗХ} - передаточное отношение в коробке передач на передаче заднего хода;

u_{БКП I} - передаточное отношение в коробке передач на первой передаче переднего хода,

при этом упомянутые дополнительные бортовые редукторы установлены между входным редуктором и бортовыми коробками передач, с возможностью поворота машины в ту или другую сторону с нулевым расчетным радиусом в режимах

(u_{БКП I}⋅u_PI)₁= -(u_{БКП ЗХ}⋅u_PII)₂ и (u_{БКП I}⋅u_PI)₂= -(u_{БКП ЗХ}⋅u_PII)₁

_{где индексы 1 и 2 относят величины к номеру борта машины.}

Прототип ценен тем, что обеспечивает возможность поворота машины с нулевым радиусом (на месте) плюс «попутно» расширяет спектр фиксированных радиусов поворота.

Однако устройство-прототип, во-первых предназначено только для машин с бортовыми коробками передач. Во-вторых, оно обеспечивает машине еще недостаточно высокую маневренность, нуждаются в простом и дешевом техническом решении, также позволяющим обеспечить поворот с нулевым радиусом. Помимо этого, нуждается (в приложении к транспортным гусеничным машинам) в дополнительных передачах заднего хода или реверсировании трансмиссии.

Задачей альтернативной разработки (заявляемого изобретения) является конструктивное упрощение упомянутого дополнительного механического устройства (а значит и упрощение модернизации серийных машин с разнообразным расположением коробок передач - бортовым и центральным) для возможности, наряду с бортовым поворотом машины с нулевым радиусом, обеспечения полного реверса трансмиссии, что в совокупности еще существеннее повысит маневренность машины.

Поставленная задача решается (проблема снимается) тем, что в машине с бортовым способом поворота, содержащей, по меньшей мере, одну коробку передач, главную передачу до полуосей с бортовыми агрегатами, в состав которых входят, как минимум, механизмы поворота, остановочные тормоза и бортовые редукторы, и дополнительное механическое устройство (ДМУ), с возможностью осуществления за счет него поворота машины в ту или другую сторону с нулевым радиусом, и систему управления, согласно заявляемому изобретению, упомянутое дополнительное механическое устройство выполнено в виде реверс-редуктора и включает в себя:

планетарный редуктор с кинематическим параметром, равным минус 1, со сдвоенными (сцепленными) сателлитами, с общим для них водилом и с двумя солнечными шестернями, связанными каждая с одной из упомянутых полуосей, с двумя элементами управления, в совокупности обеспечивающими возможность упомянутого поворота машины с нулевым радиусом и симметричного реверса трансмиссии, при этом,

первый упомянутый элемент управления выполнен в виде двухпозиционной зубчатой муфты с возможностью выборочного соединения одной полуоси трансмиссии с одним из двух выходных звеньев разнонаправленного вращения главной передачи,

а второй упомянутый элемент управления выполнен в виде аналогичной двухпозиционной зубчатой муфты с возможностью выборочного соединения водила его планетарного ряда либо с другой полуосью трансмиссии, либо с корпусом последней (корпусом ДМУ).

Поставленная задача решается также за счет дополнительных конструктивных признаков устройства:

главная передача может быть выполнена однорядной конической (это не только определяет более широкий спектр объектов внедрения - многочисленных машин именно с конической главной передачей, но и создает более благоприятные компоновочные возможности);

зубчатые муфты управления реверс-редуктора могут быть снабжены синхронизаторами (это усиливает эффективность реализации заявляемого изобретения за счет обеспечения оперативной смены режимов работы машины переключением зубчатых муфт с предварительно выровненными скоростями вращения их ведущих и ведомых звеньев; синхронизаторы помогут защитить конструкцию в случае попытки переключения под нагрузкой).

Среди известных устройств и способов не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявляемой. В то же время, именно за счет последней достигается новый технический результат в соответствии с поставленной задачей.

Четкое разграничение ограничительной и отличительной частей приведенных совокупностей существенных признаков, отражающее результаты сравнительного анализа заявляемого устройства с прототипом, соотносятся с мировым уровнем новизны технического решения. Мировой уровень новизны - первый из триады признаков (критериев) изобретения.

Далее, совокупности отличительных существенных признаков заявляемой трансмиссии не является простой суммой известных технических результатов применения порознь известных компонентов устройства. Имеет место «эмерджентность», т.е. «сверхэффект» (в патентоведческом значении этого термина), которая(ый) не была(был) очевидным для специалиста из достигнутого уровня техники, разумеется, до рассмотрения заявляемого технического решения. С целым спектром дополнительных технико-эксплуатационных возможностей. Это убедительно демонстрирует изобретательский уровень разработки как второй из триады квалификационных признаков изобретения.

Третий квалификационный признак, - промышленная применимость, - также неоспорим и вытекает, прежде всего, из того же накопленного опыта проектирования, производства и эксплуатации (практического использования) зубчатых механизмов, зубчатых муфт, синхронизаторов и систем управления трансмиссиями и их составными частями вообще.

Заявляемое устройство трансмиссии пояснено на чертежах (фиг. 1-4):

на фиг. 1 показана блок-схема трансмиссии (устройства), пример с центральной коробкой передач и карданным валом в качестве передачи на задний мост машины, где

1 - вход в трансмиссию от силовой установки (двигателя) машины; 2 - главный фрикцион (сцепление); 3 - центральная коробка передач (КП); 4 - карданный вал; 5 - главная передача; 6 - две полуоси (левая и правая); 7 - два остановочных тормоза (левый и правый); 8 - два бортовых редуктора; 9 - выходы из трансмиссии (левый и правый) на ведущие колеса ходовой части колесной машины; 10 - дополнительное механическое устройство (ДМУ);

на фиг. 2 - блок-схема трансмиссии (устройства), пример с бортовыми коробками передач, где

1 - вход в трансмиссию от силовой установки (двигателя) машины; 2 - главный фрикцион (сцепление); 3 - две бортовых коробки передач (левая и правая КП); 5 - главная передача; 6 - две полуоси (левая и правая); 7 - два остановочных тормоза (левый и правый); 8 - два бортовых редуктора; 9 - выходы из трансмиссии (левый и правый) на ведущие колеса (ведущие звездочки) ходовой части гусеничной машины; 10 - дополнительное механическое устройство (ДМУ);

на фиг. 3 - кинематическая схема дополнительного механического устройства (ДМУ) оригинальной конструкции, где

5А, 5Б и 5В - ведущая и две ведомых (правая и левая) конические шестерни главной передачи 5, являющиеся ее выходными звеньями; 11 - редукторная часть реверс-редуктора на базе планетарного ряда оригинальной конструкции; 12 - сдвоенные (сцепленные) сателлиты планетарного ряда; 13 - общее для сателлитов водило планетарного ряда; 14, 15 - две солнечных шестерни планетарного ряда; 16, 17 - соответственно первая и вторая двухпозиционные зубчатые муфты (первый и второй элементы управления ДМУ);

C_D и C_R - два возможных положения (позиции) включенной зубчатой муфты 16; Т_-1 и С₁ - два возможных положения (позиции) включенной зубчатой муфты 17 (по указанным положениям подробнее см. описание работы ДМУ); К - корпус (картер) ДМУ и/или трансмиссии в целом.

на фиг. 4 - схема поворота гусеничной машины, вид сверху (в плане), где

V₁ - вектор линейной скорости одного борта машины, V₂ - вектор линейной скорости другого борта машины; стрелками показано направления поворота машины -по- или против часовой стрелки; 0 - центр поворота с нулевым радиусом (на месте).

Трансмиссия машины с бортовым способом поворота, приводимая от силовой установки с двигателем 1 через главный фрикцион (сцепление) 2 (см. фиг. 1, 2) содержит, по меньшей мере, одну коробку передач (КП) 3 (одну центрального расположения согласно фиг. 1 или две бортовые согласно фиг. 2), карданный вал (см. фиг. 1) и главную передачу 5 (на примере конической главной передачи с ведущей конической шестерней 5А, левой ведомой конической шестерней 5Б и правой ведомой конической шестерней 5В (в общем случае, выходные звенья 5Б и 5В главной передачи 5, с разнонаправленным вращением) до полуосей 6 с бортовыми агрегатами. В состав последних входят, как минимум, механизмы поворота (на фиг. 1 не показаны, на фиг. 2 ими являются бортовые КП 3 - левая и правая), остановочные тормоза 7 и бортовые редукторы 8 (см. фиг. 1, 2), и дополнительное механическое устройство (ДМУ) 10. С возможностью осуществления за счет него (10) поворота машины в ту или другую сторону с нулевым (практически «околонулевым») радиусом (на месте), то есть вокруг центра поворота 0 (центра тяжести машины) согласно схеме фиг. 4, и систему управления.

ДМУ (см. фиг. 3) включает в себя:

- планетарный редуктор 11 с кинематическим параметром (в теории планетарных передач обозначается буквой k), равным минус 1, со сдвоенными (сцепленными) сателлитами 12, с общим для них водилом 13 и с двумя солнечными шестернями 14, 15, связанными каждая с одной из полуосей 6, с двумя элементами управления (см. следующие два абзаца текста), в совокупности обеспечивающими возможность упомянутого поворота машины с нулевым радиусом (см. фиг. 4) и симметричного реверса трансмиссии. При этом:

- первый упомянутый элемент управления выполнен в виде двухпозиционной зубчатой муфты 16 с возможностью выборочного соединения одной полуоси 6 трансмиссии с одним из двух выходных звеньев 5Б, 5В главной передачи 5 (см. на фиг. 3 справа), что соответствует положениям C_D или C_R муфты 16;

- второй упомянутый элемент управления выполнен в виде аналогичной двухпозиционной зубчатой муфты 17 с возможностью выборочного соединения водила 13 планетарного ряда 11 либо с другой полуосью 6 трансмиссии, либо с корпусом К последней (см. на фиг. 3 слева), что соответствует положениям C₁ или С_-1 муфты 17. В принципе, для выполнения своих функций могут быть выбраны и некоторые другие варианты (в отношении кинематической схемы) планетарного ряда 11 ДМУ 10 из числа известных из теории планетарных передач (подборка схем планетарных механизмов, обладающих такими свойствами, представлена например, в книге: Анализ планетарных коробок передач транспортных и тяговых машин // Филичкин Н.В; Учебное пособие. Компьютерная версия, исправленная и дополненная. - Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2008. - 178 с.). Однако предлагаемая схема представляется наиболее рациональной по реализации заданных свойств и компактности, и, более того, ранее неизвестной (новой).

Кинематически муфты 16 и 17 эквивалентны блокирующему фрикциону и тормозу.

Дальнейшее описание устройства трансмиссии распространяется на частные случаи (примеры) выполнения, то есть конструктивные признаки не обязательные, но рекомендуемые, дающие дополнительный положительный эффект (технический результат).

Главная передача 5 может быть выполнена однорядной конической (как это представлено в примере на фиг. 3).

Зубчатые муфты 16 и 17 управления могут быть снабжены синхронизаторами (не показаны, конструктивно широко известны).

Возможны другие кинематические схемы и конструкции в рамках заявляемых основной и дополнительных совокупностей существенных признаков.

Устройство работает следующим образом (на примере трансмиссии с бортовыми КП 3 - см. фиг. 2, 3).

Мощность от двигателя 1 через главный фрикцион 2 поступает на ведущую шестерню 5А главной передачи 5, и далее через ДМУ 10 и бортовые агрегаты на ведущие колеса (звездочки) машины.

В положении (позиции) C_D муфты 16 реализуется прямой ход машины.

При включении муфты 16 в положение (позицию) C_R осуществляется полный реверс трансмиссии.

Муфта 17 «отвечает» за поворот машины с нулевым радиусом. При ее положении C₁, в планетарном механизме 11 соединены звенья 6 и 13, сателлиты 12 не вращаются относительно своих осей и реализуется передаточное отношение, равное единице. В зависимости от положения муфты 16, машина движется прямолинейно вперед (положение C_D) или назад (положение C_R).

При нахождении муфты 17 в положении Т_-1 водило 13 планетарного механизма 11 соединяется с корпусом К. Мощность от шестерни 14 поступает на пару сателлитов 12, при этом водило 13 остановлено. От блока сателлитов 12 мощность передается на шестерню 15, жестко связанную со звеном 6 с передаточным отношением, равным (-1). Таким образом, шестерни 14 и 15 вращаются с угловыми скоростями, равными по модулю, но имеющими противоположный знак. При нахождении муфты 17 в положении C_D по рис. 3 шасси поворачивает с нулевым радиусом влево по рис. 4. При нахождении муфты 17 в положении C_R по рис. 3 шасси поворачивает с нулевым радиусом вправо по рис. 4. Будет иметь место равенство модулей линейных скоростей V₁ и V₂ и их отличное на 180° направление, что является условием поворота с нулевым радиусом (см. фиг. 4).

Заявляемое устройство не допускает одновременного включения муфт 16, 17 и блокировки ДМУ 10.

С позиций заявляемого изобретения важны, приоритетны,

- сохранение (в сравнении с прототипом, а не базовой модернизируемой машины!) принципиальная возможность поворота машины «на месте» (примерно вокруг центра тяжести) - с нулевым радиусом;

- применимость к машинам как с бортовыми коробками передач, так и с центральной при любом расположении двигателя (продольном и поперечном);

- упрощение ДМУ, (в сравнении с прототипом);

- возможность полного реверса трансмиссии.

На основании изложенного в описании, можно резюмировать, что заявляемое устройство, независимо от выбора того или иного частного примера схемы и конструкции, позволяет устранить отмеченные выше недостатки прототипа и улучшить технико-эксплуатационные (тактико-технические) характеристики в части простоты конструкции, плюс еще больше расширить возможности машины в части ее маневренности с движением задним ходом на любой передаче. За счет обеспечения относительно простого и универсального для разных компоновок машин, оригинального реверс-редуктора (ДМУ), обеспечивающего возможность поворота с нулевым радиусом и возможность полного реверса трансмиссии. При этом расширяются и возможности модернизации серийных машин установкой такого реверс-редуктора (ДМУ).

Изобретение относится к трансмиссиям машин с бортовым способом поворота. Трансмиссия машины с бортовым способом поворота содержит по меньшей мере одну коробку передач, главную передачу и бортовые агрегаты. В состав последних входят как минимум механизмы поворота, остановочные тормоза, бортовые редукторы и дополнительное механическое устройство (ДМУ). ДМУ выполнена в виде реверс-редуктора и включает в себя планетарный редуктор с кинематическим параметром, равным минус 1, со сдвоенными сателлитами и общим водилом и с двумя солнечными шестернями, связанными каждая с одной из полуосей, с двумя элементами управления. Первый элемент управления выполнен в виде двухпозиционной зубчатой муфты с возможностью выборочного соединения одной полуоси трансмиссии с одним из двух выходных звеньев разнонаправленного вращения главной передачи. Второй элемент управления выполнен в виде аналогичной двухпозиционной зубчатой муфты с возможностью выборочного соединения водила его планетарного ряда либо с другой полуосью трансмиссии, либо с корпусом последней. Достигается повышение технико-эксплуатационных / тактико-технических возможностей и характеристик машины. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Трансмиссия машины с бортовым способом поворота, содержащая по меньшей мере одну коробку передач, главную передачу до полуосей с бортовыми агрегатами, в состав которых входят как минимум механизмы поворота, остановочные тормоза и бортовые редукторы, и дополнительное механическое устройство, с возможностью осуществления за счет него поворота машины в ту или другую сторону с нулевым радиусом, и систему управления, отличающаяся тем, что упомянутое дополнительное механическое устройство выполнено в виде реверс-редуктора и включает в себя планетарный редуктор с кинематическим параметром, равным минус 1, со сдвоенными сателлитами, с общим для них водилом и с двумя солнечными шестернями, связанными каждая с одной из упомянутых полуосей, с двумя элементами управления, в совокупности обеспечивающими возможность упомянутого поворота машины с нулевым радиусом и симметричного реверса трансмиссии, при этом

первый упомянутый элемент управления выполнен в виде двухпозиционной зубчатой муфты с возможностью выборочного соединения одной полуоси трансмиссии с одним из двух выходных звеньев разнонаправленного вращения главной передачи,

а второй упомянутый элемент управления выполнен в виде аналогичной двухпозиционной зубчатой муфты с возможностью выборочного соединения водила его планетарного ряда либо с другой полуосью трансмиссии, либо с корпусом последней.

2. Трансмиссия по п. 1, отличающаяся тем, что главная передача выполнена однорядной конической.

3. Трансмиссия по п. 1, отличающаяся тем, что зубчатые муфты управления реверс-редуктора снабжены синхронизаторами.