Коробка передач транспортного средства Советский патент 1983 года по МПК B60K17/10 B60K41/28 

Изобретение относится к области транспортной техники и может использоваться в многоступенчатых трансмиссиях транспортных средств, имеющих для переключения ступеней многодисковые фрикционные элементы с гидравлическими нажимными устройствами (гидроцилиндрами ). Как известно, при эксплуатации транспортных средств в холмистой и горной местности их основные тормозные системы недостаточно эффективны. При движении на затяжных спусках колесные тормоза, посредством которых скорость движения удерживается в без опасных пределах, быстро перегреваются , так как рассчитаны лишь на кра ковременные торможения. Для их естественного охлаждения приходится делать остановки, что снижает средние скорости и производительность. При длительной эксплуатации в таких условиях тормозные накладки быстро изнашиваются и выходят из строя. Для устранения этого недостатка В последнее время находят широкое пр менение способы замедления транспорт ного средства на затяжных спусках путем создания дополнительно к обычным тормозам длительно действующего тормозного момента. Технически такой способ реализуется с помощью трансмиссионных тормозов-замедлителей, устанавливаемых как внутри самой трансмиссии в качестве ее неотъемлемого элемента, так и вне ее - на выходном карданном валу и т.д. При это чаще всего используют встроенный в трансмиссию лопастной гидравлический тормоз-замедлитель, в котором поглощается кинетическая энергия поступательно движущейся массы траяспортного средства. Тормозной момент регули руют изменением количества и давления прокачиваемой через тормоз жидкости. Преимуи1еством такого способа и трансмиссии является высокая тормозная мощность,достигающая максимальной мощности двигателя транспортного средства, отсутствие изнашивающихся при торможении деталей, а также хорошая конструктивная совместимость тормоза с элементами и системами трансмиссии. Однако осуществление данного способа связано с увеличением ее габаритов и сложности. Известна коробка передач транспортного средства, содержащая много12 дисковые фрикционные элементы с гидроцилиндрами для переключения ступеней и блокировки гидротрансформатора, механизм управления, имеющий вход, сообщенный с источником давления, выходы, сообщенные с гидроцилиндрами, и дренажные гидролинии для выключения последних, регулятор давления смазки, регулятор тормозного момента и гидролинию смазки фрикционных муфт i 3. Для осуществления торможения воздействуют на регулятор тормозного момента, через который в камеру замедлителя в виде лопасного гидроэлемен-, та поступает жидкость из круга циркуляции гидротрансформатора и создает сопротивление вращению ротора. Время нарастания тормозного момента составляет около 3 с. Недостатком известной коробки передач является малыйтормозной момент в зоне малых скоростей движения транспортного средства, поскольку у лопастных гидромашин он пропорционален квадрату .скорости. Это снижает эффективность способа при движении на крутых извилистых спусках, где по условиям безопасности скорость движения должна быть как можно ниже. Этот недостаток в настоящее время общег признан, и имеются сообщения о создании комбинированных гидрозамедлителей, в которых для торможения на малых скоростях имеется встроенный фрикционный многодисковый тормоз. других недостатков следует отметить сравнительно большое время выхода на режим торможения, возрастающее по мере увеличения потребной мощности и габаритов замедлителя, а также сложность технической реализации способа, поскольку он требует введения в трансмиссию нового агрегата, что увеличивает ее габариты, вес и трудоемкость. . Целью изобретения является повышение эффективности торможения на малых скоростях движения, уменьшение времени выхода на режим торможения, а также упрощение конструкции. Поставленная цель достигается тем, что коробка передач транспортного средства, содержащая многодисковые фрикционные элементы с гидроцилиндрами для переключения ступеней и блокировки гидротрансформатора, механизм управления, имеющий вход, сообщенный с источником давления, выходы, сообщенные с гидроцилиндрами, и дренажные гидролинии для выключения последних, регулятор давления смазки, регулятор TOjjMosHoro момента и гидролинию смазки фрикционных муфт,снабжена ограничителем .тормозного момента, выполненным в виде предохранитель ного клапана, подключенного к вЪ1ходу регулятора тормозного момента, и двухпозиционным трехходовым распределителем, нормально открытый вход которого подключен к выходу регулятора давления смазки через дополнительный постоянный дроссель нормально закрытый вход которого подключен к выходу того же регулятора непосредственно, выход распределителя сообщен с гидролинией смазки фрикционных муфт, а камера управления упомянутого распределителя сообщена с выходом регулятора тормозного момента, регулятор давления смазки снабжен дополнительной камерой управления, а регулятор тормозного момента выполнен в виде регулятора давления с переменной настройкой, вход которого подключен к источнику давления через постоянный дроссель, а выход подключен к дренажным гидролиниям механизма управления и к дополнительной камере управления ре. гулятора давления смазки. На чертеже показана коробка передач с системой управления. Коррбка 1 передач имеег входной вал , связанный с двигателем 3 и выходной вал , связанный с движителем транспортного средства, условноизображенным в виде эквивалентной маховой массы 5, приве;денной к выходному валу k. Коробка передач содержит гидротрансформатор 6с многодисковой фрикционной муфтой 7 блокировки и коробку передач с тремя степенями свободь, состоящую из двух последовательно соединенных механизмов 8 и 9 связанных фжду собой валом 10. Кинематическйя схема тр-ансмисии изображена в обобщенном виде. Ведущие и ведомые элементы муфт 11-13 механизма 8 кинематически связаны с выходным валом 14 гидротрансформатора 6-и с валом 10 непосредственна (муфта 12) или зубчатыми механизмами . Аналогично механизм 9 содержит муфты 19 и 20, первая из которых соединена с валами 4 и 10 кепосредетвенно, а. вторая через зубчатые механизмы 21 и 22. Муфты 11-13, 19, 20 имеют нажимные гидроцилиндры. Зубчатые механизмы 15 100 44 18, 21, 22 могут быть как планетарными, так и с неподвижными осями, а их передаточные числа соответствуют общим передаточным числам трансмиссии. В данном примере муфты 12, 19 являются муфтами высшей (. прямой ) ступени, поскольку с их помощью валы I), 10, i соединяются между собой, минуя зубчатые механизмы. Муфта 11 может быть муфтой заднего хода. Система управления содержит гидронасос 23 с приводом от элементов трансмиссии, нагнетательная полость которого через фильтр 2 Сообщена с . гидролинией 25 главного давления, изображенной, жирной линией. Давление в гидролинии 25 поддерживается регулятором 26, слив из которого направляется в гидробак 27 через теплообменник 28. Давление в гидpбтpaнcфopмatoре 6 поддерживается регулятором 29 через гидролинию 30. Устройство перечисленных элементов питания и охлаждения дано упрощенно. Для включения гидроцилиндров фрикционных муфт 11-13, 19, 20 имеется механизм управления, содержащий исполнительные электромагнитные Двухпозиционные клапаны 31 35. Входы клапанов 31, 3, 35 сообщены с гидролинией 25, а входы клапанов 32, 33 - с нормально выкшченными выходами клапанов 31 и 32 соответственно. Второй выход клапана 32 сообщен с гидроцилиндром муфты 12, а выходы клапанов 33 35 с гидроцилиндрами муфт 11, 13, 19,20, 7. Дренажные гидролинии клапанов подключены к выходу Зб регулятора 37 тормозного момента с переменной настройкой, вход которого подключен к гидролинии 25 через д|эос- сель 38. Регулятор 37 имеет дренажную гидролинию«39. К его выходу может быть также подключен предохранительный к 1апан АО. Изменение настройки регулятора изображенного условно в стандартном виде может осуществляться например с помощью специальной педали управления длительным торможением (не показана J посредством которой регулируется натяжение его пружины. : Для включения электромагнитных кла панов 31-35 имеется контроллер 1 известной конструкции изображенный упрощенно. Его рычаг 42 имеет одну нейтральную и шесть рабочих позиций по числу ступеней трансмиссии. Контроллер 41 содержит четыре элё тричес ких контакта (по числу исполнитель1ных клапанов), взаимодействующих с рымагом ,через которые напряжениеот бортового источника 43 электропитания

100982А

поступает на выходы Цk контроллера,подключенные к соответствующим клапанам. Порядок включения контроллером исполнительных клапанов приведен в таблице.

КОРОБКА ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНО ГО СРЕДСТВА, содержаи(ая многодисковые фрикционные элементы с гидроцилиндрами для переключения ступеней и блокировки гидротрансформатора, механизм управления, имеющий вход, сообщенный с источником давления, выходы, сообщенные с гидроцилиндрами, и дренажные гидролинии для выключения последних, регулятор давления смазки, регулятор тормозного.момента и гидролинию смазки фрикционных муфт, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности на малых скоростях движения, уменьшения времв ни выхода на режим торможения, а также упрощения конструкции она снабжена ограничителем тормозного момента, выполненным в виде предохранительного клапана, подключенного к выходу регулятора тормозного момента, и jqsyxnoзиционным трехходовым распределите лем, нормально открытый вход которого подключен к выходу .регулятора давления смазки через дополнительный постоянный дроссель, но)мально закрытый вход которого подключен к выходу того же регулятора непосредственно, выход распределителя сооби ен с- гидролинией, смазки фрикционных муфт, а камера управления распределителя сообщена с выходом регулятора тормозно- го момента, при этом .регулятор давления смазки снабжен дополнительной камерой управления, а регулятор тормозного момента выполнен в виде регулятора давления с переменной настройкой , вход которого подключен к источнику давления через постоянный дроссель, а выход подключен к дренажным гидролиниям механизма управления и к дополнительной камере управления регулятора давления смазки.

Для управления муфтой 7 блокировки гидротрансформатора имеется переключатель , через который напряжение от источника 43 подается к исполнительному клапану 35. Для подачи смазывающе-охлаждающей жидкости к пакетам дисков муфт 11, 12 13, 19, 20 имеется регулятор k( давления смазки, вход которого подключен к гидролинии 25, а выход - к гидролинии kj, сообщенной с указанными муфтами. Камера управления регулятора 6 подключена гидролинией iS к выходу регулятора 37 тормозного момента для изменения настройки регзлятора 6 во время торможения.. Изменение настройки может также обеспечиваться регулировкой натяжения пружины регулятора 6 посредством педали управления .регулятором 37. Этот вариант изображен пунктирной стрелкой 9- В магистрали Д7 может также устанавливаться двухпр иционный распределитель 50 с двумя входами (показан. пунктиром , камера управления которого гидролинией 51 подключена к выходу регулятора 37 при этом на одном из его входов в гидролинии 7 установлен постоянный дроссель 52, а второй вход .гидролинией 53 соединен с линией Ц7 перед дросселем 52. К гидроцилиндрам муфт 11, 12, 13, 19, 20 могут также подключаться механизмы 5 и 55 плавности известной конструкции. Длительное торможение с помощью данного устройства осуществляется следующим образом. При движении транспортного средства 5 на любой из ступеней коробки 1 передач, устанавливаемой с помощью контроллера 1, насос 23 создает в гидролинии 25 давление, которое через исполнительные клапаны, соответствующие данной ступени (см. таблицу, поступает в гидроцилиндры муфт данной ступени. Например на 1У ступени включены клапаны 31 и 32 и муфты 12 и 19. Гидроцилиндры выключенных муфт 11, 12, 20 сообщены с дренажной гидролинией 39 регулятора 37 тормозного момента, который в это время находится в состоянии, изображенном на чертеже, через клапаны 32-3. Избыточное давление на выходе 36 регулятора 37 и в указанных гидроцилиндрах равно нулю. Одновременно регулятор kf) поддерживает в гидролинии 47 невысокое постоянное давление, обеспечивающее пп-дачу к выключенным муфтам небольшого кoличeGtвa жидкости, соответствую1цего их работе вхолостую. Регуляторы 26 и 29 поддерживают рабочие величины давлений во включенных муфтах 1 и 19 и в гидротрансформаторе 6. ., Z10 Для получения тормозного момента в коробке 1 передач, например, во время движения на з атяжном спуске, уменьшают подачу топлива в двигатель 3 до величины, соответствующей холостому ходу, и воздействуют на ре гулятор 37 тормозного момента (например, с помощью педали управления) таким образом, что на его выход Зб поступает жидкость из гмдролинии 25 через дроссель 38. Под давлением, со ответствующем настройке пружины рёгулятора 37 жидкость с его выхода 36 поступает через дренажные гидролинии клапанов 32-3 в гидроцилинд ры 11, 12, 20, пакеты дисков этих муфт сжимаются, и муфты начинают бук совать. В результате коробка 1 пере дач переходит на тормозной режим, пр котором ведущим является выходной вал k, подводящий к ней кинетическую энергию поступательного движения массы 5 транспортного средства. , Одновременно под действием давления регулятора 37 регулятор 46 также настраивается на более высокое давление, и количество охлаждающей жидкости, поступающей к пакетам дисков муфт 11, 12, 20 по гидролинии i7, возрастает до величины, обеспечивающей отвод от них выделяющегося при торможении тепла. Последнее уносится жидкостью и рассеивается в теплообменнике 28. Изменяя настройку регулятора 37, регулируют момент трения муфт 11, 12, 20 и тем самым тормозной момент на валу до желаемой величины, кото рая может соответствовать равномерному движению транспортного средства, под действием составляющей собственного веса, пропорциональной yi- лу наклона дороги, либо замедлению до безопасной скорости. При этом дав ление на выходе регулятора 37 должно быть ниже величины, соответствующей замыканию буксующих муфт. Торможение может осуществляться как при разблокированном, так и при заблокированном гидротрансформаторе 6 включением муфты 7 посредством переключателя kS и клапана 35. В первом случае гидротрансформатор 6 может работать как в нормальном, так и в обгонном режиме и почти не влиять на величину тор мозного момента. Во втором случае обеспечивается режим торможения двигателем, тормозной момент которого складывается с тормозным моментом трансмиссии. В связи с этим переключатель 5 может быть при необходимости связан с органом управления рЬгулятора 37 что обеспечит автоматическое торможение двигателем, одновременно с трансмиссией. При прекращении воздействия на регулятор 37 торможение заканчивается и движение продолжается на той же ступениi что и перед торможением. Доля избыточной кинетической энергии поступательного движения, поглощаемой каждой из буксующих муфт, тем меньше, чем больше их число. В связи с этим в зависимости от числа ступеней свободы и кинематической схемы конкретной трансмиссии целесообразны различные варианты управления муфтами в процессе торможения. В трансмиссиях с двумя степенями свободы, где каждая из муфт связана с входным и выходным валом, возможно одновременное участие в торможении всех муфт. Следовательно, Муфту той ступеин, на которой происходит торможение, можно также отключить от гидролинии главного давления и соединить с регулятором тормозного момента. Данный вариант на чертеже не показан, поскольку его реализация не представляет затруднений. Однако в трансмиссиях с тремя степенями свобЬды и более в этом случае муфты, удаленнью от выходного вала, нагружаются уменьшенным моментом, зависящим от момента трения муфт, связанных с ним непосредственно. Например в описанной выше трансмиссии к муфтам 11-13 поступит момент, создаваемый на валу 10 буксующими муфтами 19 и 20. При этом возможна недогрузка муфт 11-13 и перегрузка муфт 19 и 20. Это явление отсутствует, если торможение происходит без выключения ступени, как описано выше. Тогда валы и l связаны между собой включенными муфтами, благодаря чему момент с вала k передается ко всем буксующим муфтам непосредственно и одновременно. Таким образом, при технической реализации данного устройства необходимо выбирать вариант управления муфтами, подходящий для конкретной кинематической схемы коробки передач. .Мощность, рассеиваемая каждой из буксующих муфт 8 процессе торможения, зависит от относительных скоростей их элементов и давления регулятора тормозного момента. Если торможения происходят без выключения ступени. 9100 скорости однозначно определены передаточными числами зубчатых механизмов , 21, 22 и при одинаковых размерах муфт и одинаковом давлении в гидроцилиндрах соотношение мощностей, рассеиваемых муфтами, определяется указанными передаточными числами. При необходимости эти мощное ти могут быть доведены до одинаковых величин либо до величин, соответствующих пределу тепловой нагрузки каждой муфты. С этой целью давление жV1Дкости может регулироваться индивидуально для каждой муфты либо для групп муфт. Реализация такого варианта аналогична изображенной на чертеже. Например регулятор 37 может быть выполнен с несколькими выходами, подключен ными к различным исполнительным клапанам, либо установлены два или три регулятора, связанных с оби1им органом управления, и т.д. На нагрузку, воспринимаемую каждой муфтой, влияет также циркуляция мощности, возникающая в случаях, когда ведомые элементы муфт вращаются быстрей ведущих (в данном случае связанны непосредственно с выходным валом 4) при определенных сочетаниях передаточных чисел зубчатых механизмов. Цир куляция мощности при тормо) явля-30

ется полезном, так как на ее создание также расходуется кинетическая энергия массы 5.

Известно, что мощность, развиваемая транспортным средством при движении на спуске, примерно соответствует мощности двигателя при подъеме по той же дороге с той же скрростью, так как часть ее затрачивается на преодоление сопротивления движению транспортного средства. Суммарная потребная мощность, которую должны развивать муфты при торможении описанным способом, заведомо меньше мощности двигателя, а мощность, приходящаяся на одну муфту,еще уменьшается пропорционально числу муфт, участвующих в торможении. Поскольку в трансмиссиях с переключением ступеней под нагрузкой каждая из )т рассчитывается на кратковременное буксование с полной мощностью двигателя, их нагрузка в процессе торможения значительно ниже предельной. Дополнительно для защиты муфт от перегрузки может использоваться предохранительный клапан 40, предотвращающий нарастание давления в магистрали выхода 36, например при неисправностях регулятоность, рассеиваемую муфтами. Поэтому на малых скоростях эффективность торможения по предлагаемому способу, по сравнению с известными способами, использующими гидродинамические тормоза, значительно выше. При необходимости здесь возможно плавное торможение вплоть до остановки.

Время выхода на тормозной режим здесь также меньше, чем в прототипе, пЪскольку для торможения не требуется заполнение большой камеры гидротормоза.

Очевидно, что помимо описанных ра 37. В частности настройка клапана kO может быть выбрана таким образом, чтобы предотвратить чрезмерное падение скорости вала Ц, которое при заблокированном гидротрансформаторе способно вызвать остановку двигателя 3. Для обеспечения интенсивного охлаждения буксующих муфт вместо описанной выше перестройки регулятора 46 на повышенное давление может использоваться дополнительный распределитель 50, управляемый давлением регулятора 37. flpn движении без торможения жидкость от регулятора 46 в этом случае поступает в гидролинию 47 через дроссель 52, ограничивающий ее количество. При торможении распределитель 50 сообщает линию 47 непосредственно с выходом регулятора 46 через гидролинию 53 либо (см. пунктирную линию с магистралью 51. При этом возможно более значительное увеличение количества охлаждающей жидкости, подаваемой к муфтам, чем только за счет перестройки регулятора 46. Из изложенного следует, что величина тормозного момента, развиваемого в трансмиссии, не зависит от скорости движения транспортного средства, которая определяет лишь мощвозможны и другие варианты исполнения элементов устройства. В частности возможно использование автоматических устройств для изменения настройки регулятора тормозного момента и управления блокировкой гидротрансформатора, применение более сложных защитных устройств, чем клапан 40, наконец использование данного спосо- ба для аварийного торможения и т.д. Преимуществом данного устройства является минимальное количество дополнительных элементов, необходимых для получения и регулирования тормозного момента. В основном это ма/югабаритные устройства управления, которые могут устанавливаться даже на существующие трансмиссии при их модернизации. Наибольшее значение предлагаемое устройство имеет для машин со стесненной компоновкой и жесткими ограничениями габаритов моторно-трансмиссионной установки, например для некоторых типов гусеничных и специальных колесных машин, у которых обеспечение эффективности и совершенства характеристик доминируют при проектировании. Применительно к таким машинам наиболее существенной является возможность выполнения транс миссией дополнительных функций, которые обычно реализуются с помощью самостоятельных агрегатов, имеющих значительные габариты и вес. Этим компенсируется возможность некоторого уменьшения ресурса фрикционных эле ментов за счет их использования для торможения. К тому же в последние годы появился ряд конструкций с буксующими фрикционными муфтами, подтверждающих возможность обеспечения достаточной их дoлгoвeчнoctи при длительном буксовании.. Пример реализации. Оценим величин тормозного момента, реализуемого с помощью,данного устройства, на приме ре описанной выше схемы коробки пере дач с пятью фрикционными муфтами. Пр мем для расчета следующие внутренние передаточные числа зубчатых механизт мов 15, 16, 17, 18, 21, 22: +1, -2, -2, -1, -1, -3. Это соответствует об щим передаточным числам 1, 2, 3, 6, -2, -6. Тогда безразмерные величины момента трения фрикционов 11, 12, 13 19, 20 в долях входного момента Мд на валу 2 момента двигателя ) равны 1 1, 2, 2, 2. Найдем момент, нагружающий выходной вал при торможении на IV ступени (прямой), где включены муфты 19 и 20 см. таблицу). Общий тормозной момент равен сумме моментов, развива емых муфтами 1 1 , 13, 20. Момент каждой муфты, приведенный к валу 4, может быть найден как разность ее вход ного и выходного моментов с учетом передаточных чисел зубчатых передач. Ведущими являются элементы с большей скоростью. Для принятых выше значений внутренних пер%даточных чисел тормозные моменты М. на валу от МУФТ 11, 13. 20 будут равны: 10 (Г 15 Ф13 .U Выразив моменты трения муфт Мф ерез моменты двигателя, получим еле- ующее выражение для максимальной веичины тормозного момента: MT 2МФ20+ Мф-м+ ЧМ. + 2Мд, + itMA 10 Мд. Таким образом, предельный моменту который может быть создан тремя указанными муфтами, равен десяти моменам двигателя. Эта цифра означает, что если статические моменты трения . включенных муфт 12 и 19 считать бесконечно большими и сжать пакеты дисков муфт 11, 13, 20 с максимальным рабочим усилием, то для проворачивания вала А потребуется момент,равный десятикратному моменту двигателя и в 1,66 раза, превышающий момент на этом валу на низшей ступени. Однако в соответствии с предлагаемым способом в гидроцилиндрах выключенных муфт, используемых для торможения, поддерживают давление, меньшее, чем необходимо для их замыкания, например, давление, соответствующее 0,2 М. Тогда тормозной момент на валу k составит 0,2. 10 Мл 2 Мд, что соответствует максимальному движущему моменту на lit ступени. Предельный тормозной момент, допустимый при длительном торможении, задается предохра нительным клапаном ЦО. Аналогичным образом подсчитывается. тормозной момент на остальных ступенях. Из приведенной оценки видно, что тормозной момент по величине соизмерим с движущими моментами на основных режимах и, следовательно, может использоваться для замедления транспортного средства. Зная величины моментов трения и скорости элементов фрикционных муфт, можно также определить развиваемую ими тормозную мощность. Для этого необходимо задать геометрические параметры элементов конкретной трансмиссии и дополнительно задать скоростной р.ежим. Однако и без расчета мощности очевидно, что в области низких скоростей здесь торможение более эффективно по сравнению с прототипом, у которого тормозная мощность с уменьшением скорости падает по квадратичной зависимости.

13100982it Ц

В приведенном примере взята прос- шее число муфт, вследствие чего в тая трансмиссия, В реальных много- них может быть получен больший торступенчагых трансмиссиях имеется боль т мозной момент.

н