Гидромеханическая передача транспортного средства Советский патент 1983 года по МПК B60K17/10 

Изобретение относится к средства наземного транспорта и предназначено для использования в трансмиссиях автомобилей, тягачей.тракторов и др гих подобных машин. Оно может быть также использовано в рельсовых тран портных средствах таких, как желе&н дорожные локомотивы. Известна гидромеханическая передача транспортного средства, содер.жащая корпус, ведущий и ведомый вал дифференциальный механизм и гидротрансформатор с насосным и турбинным колесами, в котором одно из ука занных колес связано с одним из валов непосредственно, - а другое - с обоими валами через дифференциальный мех-анизм посредством соответствующих трех его звеньев Cl J. Недостатком известной передачи является недостаточный диапазон ВЫСОКИХ значений КПД передачи в тяговом режиме, а также, отсутствие эффективных тормозных характеристик включающих использование тормозных возможностей двигателя и запуска ег при движении транспортного средства на буксире. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем увеличения рабочего диапазона в тяговом режиме и обеспечение режима торможения. Поставленная цель достигается .тем, что в гидромеханической передаче транспортного средства, -содержащем корпус, ведущий и ведомый валы, дифференциальный механизм и гид ротрансформатор с -насосным и турбинным Колесами, одно из которых связано с одним из валов непосред|ственно, -а другое - с обоими валами через дифференциальный механизм посредством соответствующих трех ег звеньев, дифференциальный механизм дополнительно снабжен четвертым звеном с замыкателем на корпус передачи., На фиг. 1 изображена принципиаль ная схема передач с дифференциалом на выходе с дополнительным устройст вом; на фиг. 2 - аналогичная схема с дифференциалом на входе; на фиг. 3 - один из примеров выполнения конкретной схемы передачи.по фиг. 1; на фиг. 4 - аналогичный при мер выполнения схемы по фиг. 2,- на фиг. 5 - графики, иллJюcтpиpyк)щиe работу передачи в тягЪвом режиме , на фиг. б - то же, в режиме торможения. Передача- как с дифференциалом на выходе (фиг. 1), так. и с дифференциалом на входе (фиг. 2 содержит ведущий 1 и ведомый 2 валы, первый из которых приводится от двигателя, а второй приводит во,вращение ведупше колеса транспортного средства посредством, как правило, коробки передач и других агрегатов трансмис- . сии. Передача содержит дифференциальный механизм 3 и гидротрансформатор, правило, комплексный, с насосным колесом 4, турбинным 5 и реактивным коле сом б, связанным.через, ме.ханизм свободного хода 7- с неподвижным корпусом передачи, изображенным на фигурах штриховкой. На схеме с дифференциалом на выходе (фиг. 1 ) насосное колесо 4 связано с ведущим валом 1непосредственно, а турбинное колесо 5 связайо с ведомым 2 и ведущим 1 валами через дифференциальный механизм 3 посредством соответствующих трех его звеньев (не показаны ). На схеме с дифференциалом на входе (фиг. 2) с выходным-валом непосредственно связано турбинное колесо 5, а насосное колесо 4 связано с ведущим 1 и ведомым 2 валами через дифференциальный механизм 3 посредством соответствукших трех его звеньев (не показаны. Отличительной особенностью по сравнению с прототипом является , наличие четвертого звена дифференциально.го механизма с замыкателем 8 на неподвижный корпус передачи . (фиг. 1 и 2 ,- изображенным штриховкой. В передаче (фиг. 3 ) дифференциальный механизм 3 содержит звено 9, выполненное как и в схеме по прототипу, в виде эпициклического колеса, звено 10, выполненное в виде водила, и звено 11, выполненное в виде солнечного колеса. Указанные звенья кинематически связаны между собой через сателлиты 12, оси вращения которых закреплены на водиле. Отличительной особенностью от прототипа является наличие вена 13 в виде солнечного колеса, кинематически связанного с остальными звеньями через сателлиты 14 (.с осями вращения на-водиле 10 ), взаимодействующими с сателлитами 12.. Звено 13 снабженсэ замыкателем 8. на . корпус передачи, выполненным в дащюй схеме в виде тормоза. В передаче, (фиг. 4j дифференциальный механизм 3 содержит звено 9, выполненное, как и в схеме по прототипу, в виде эпициклического колеса, звено 10 - в виде водила и звено 11 - в виде солнечного колеса. Указанные звенья кинематически связаны между собой через сателлиты 12, оси вращения которых закреплены на водиле. Отличительной особенностью от прототипа является наличие звена 13 в виде солнечного колеса, кинема.тически связанного с остальными звеньями через сателлиты 14, сблокированные с сателлитами 12. Звено 13 снабжено замыкателем 8, выполненным в данной схеме в виде тормоза. В тяговом режиме при выключенном тормозе передача работает следующим образом. Для схемы (фиг. 3) от ведущего вала 1 врашаютсй -насосное колесо 4 гидротрансформатора и звено 11 дифференциального механизма.. От насосного колеса через рабочую жидкость ;вращение передается к турбинному 5 ,колесу, приводящего во вращение ; звено 9 дифференциального механизма. Суммируя скорости звеньев 9 и 1 в определенных соотношениях (масштабах ), дифференциальный механизм обеспечивает некоторую результирующую скорость на звене 10 и, следовательно, на ведомом валу 2-передачи. Аналогично передается мощност которая от вала 2 разделяется на дв потока. Первь й поток воспринимается насосным колесом 4; преобразуется, передаваясь к турбинному колесу, идалее передается к звену 9, а прт.ок непосредственно передается к звену 11. Сумма обоих потоков реали зуется дифференциальным механизмом на звене 10 и далее, на выходном валу 2, . Для схемы (фиг. 4 от ведущего й ла 1 вращается звено 10 дифференциального механизма/ от которого в определенных соотношениях вращаются звенья 9 и 11, первое из которых вращает насосное колесо 4 и через рабочую жидкость, турбинное колесо 5 гидротрансформатора и далее ведомый вал 2 передачи, а второе непосредственно вращает этот вал. Аналогично передается мощность от вала 1 которая, разветвляясь с помощью дифференциального механизма, частично попадает на звено 9, передает ся к насосному колесу 4, преобразуется, передаваясь к турбинному 5 колесу, направляясь к выходно му валу 2 передачи. Другая часть мощности, воспринимаема:я звеном 11, передается непосредственно к валу 2 Для этой и другой схемы (фиг. 3 4) звено 13 дифференциального механи ма, будучи лишенным связи с корпусом ; за счет выключенного состояния I за 8, не оказывает влияния на работ этого механизма, вращаясь свободно без нагрузки. Дифференциальный механизм, обладая двумя кинематичес кими степенями свободы, не препятОТ вует при этом изменению скольжения между колесами гидротрансформатора под влиянием нагрузок, прикладываемы к этим колесам. Характеристики передачи для той и другой схемы в общем случае cxojf и изображены на фиг. 5, где в зависимости от скорости вращения вала 2 (h/j ) даны характеристики тягового момента на этом валу (Mj,) и характе ристики кпд передачи (i) ее сов- . местной работе с двйга.телем. Характеристика КПД передачи в направлении уменьшения скорости вращения вала 2 при работе двигателя по внешней характеристике изображена кривой йсЬо. Соответствующая, тяговая характеристика - кривой cde, Эти характеристики отображают работу передачи при выключенном тормо- зе 8 (фиг. 3 и 4 ), т.е. соответствуют работе передачи по прототипу. ЕСЛИ точка Ъ (фиг. 5 ) соответствует некоторому минимально допустимрму значению КПД, то участок-bo и Соответствующий ему участок de являются нерабочими, что ограничив.ает диапазон передачи участком «Ъ по КПД и cd по тяге. Однако для новой передачи кинематические параметры дифференциального механизма подбирают ся таким образом., что при выходе в нерабочую зону, в момент перехода через точку -Ь , звено 13 (фиг. 3 .U 4) стремится переменить первоначальное направление вращения на противоположное., т.е. проходит черезрежим крат ковременной остановки. В этот момент или вблизи него система управления обеспечивает включение тормоза 8, практически;, без буксования, и работа передачи при дальнейшем снижении скорости враьдания вала 2 продолжается при включенном тормозе., Этот режим, обращающий звено 13 в реактивное , обращает, в очередь, дифференциальный механизм с двумя кинематическими степенями свободы в редуктор с одной степенью свободы, у.е. с фиксированным значением передаточного числа. Редуктор, оставаясь узлом передачи, связывакяяим между собой насосное и турбинное колеса гидротрансформатора, а также ведущий и вёдоьый -валы передачи, шунтирует эти элементы, т.е. обеспечивает между ними постоянное и/ неизменное переда трчное отношение, несмотря на повышение на,грузки на валу 2 и снижении его скорости вращения. При этом КПД гидротрансформатора сохраняется неизменным, но КПД передачи начинает прогрессивно возрастать, как показано характеристикой Ъ (фиг. 5 К Это возрастание КПД передачи происходит в силу того, что поTOK мощности, проходящий через гидротрансформатор при снижений скорости выходного вала прогрессивно убывает по его фиксированной нагрузкой параболе при соответствующем возрастании потока мощности, проходящего .более экономичным механическим путем от вала 1 к звену 11 ; (фиг. 3 и от звена 11 к валу 2 (фиг. 4), минуя гидротрансформатор. Таким образом, обеспечивается расширение рабочего диапазона передачи на участок d (фиг. 5 , несмотря на не столь интЛсйвный рост THroBo го момента, нежели по участку с1е , но, как известно, этот участок ране был нерабочим. При у 1еньшении внешней нагрузки и увеличении скорости вращения ведо мого вала передачи система управ- ления обеспечивает выключение тормоза в точке Ъ характеристики. В силу того, что при шунтированн состоянии в передаче отсутствует сдающее звено, режим трогания тран портного средства осуществляется пу тем выключения тормоза 8 (фиг. 3 и А) и работе гидротрансформатора в качестве сдающего звена. При этом передача кратковременно работает по характеристике ed (фиг. 5 ). Трогание. может осуществляться и при некоторой пробуксовке- тормоза. Тогда передача кратковременно может работать по некоторой промежуточной характеристике,, расположенной между вд и (3 , . Поскольку переход на режим шунтицрвания и выход из него происходит, при стремлении звена 13 дифференциальногр. механизма (фиг. 3 и к перемене направления вращения, то вместо тормоза 8 может быть использован -механизм свободного хода, автоматически замыкающий это звено на корпус передачи или, наобо рот, размыкающий его. Поэтому в отл чительной части формулы изобретени тормоз 8 и-механизм свободногохода названы обобщающим их понятием замыкатель. В случае примене)ния,механизма свободного хода режим тро.гания тран портного средства затруднен в силу того, что этот механизм на данном режиме остается замкнутым. В этом случае между двигателем и валом 1 передачи должна быть установлена управляемая муфта сцепления и режим трогания осуществляется при ее пробуксовке . Другим вари.антом может быть выполнение замыкателя звена 1 в виде Последовательно установлен,ных механизма свободного хода и тор моза или управляемой муфты и механизма свободного хода, в этих елучаях трогание может осуществляться при выключенном состоянии тормоза или муфты, а режим выхода на шунт и схода с него - автоматически муфтой свободного хода при замкнутых муфте или. тормозе. Работа передачи в режиме торможения осуществляется следующим образом. Максимальное торможение обеспечивается при уменьшении подачи, топлива в двигатель и переходе последнего в тормозной режим. Включают тормоз 8 (,фиг. 3 и 4), обращая звен 13 в -реактивное. При этом насосное и ту1 бинное колеса гидротрансформатора, а также валы 1 и 2 передачи принудительно переводятся на фиксированное передаточное отношение, т.е. механиче.скую связь, диктуемую дифференциальным механизмом, обратившимся в данном случае в редуктор..При этом насосное колесо, как и в тяговом режиме, вращается быстрее турбинного. Мощность, поступающая на вал 2 со стороны ведущих колес транспортного средства, распределяется следующим образом. Для схемы (фиг. 3 ) эта мощность . передается к звену 10 дифференциального механизма, откуда через сател- ; лит 12 передается к звену 11, о.т которого- ее часть поступает на вал 1 и поглощается двигателем, а другая ее часть поступает к насосному колесу 4 далее, с соответствующими потерями, -. к турбинному колесу 5, частично теряясь за счет КПД гидротрансформатора, и поступает ; к звену 9, от которого через сателлит 12 вновь направляется к звену 11, и цикл повторяется. Таким образом, в передаче образуется замкнутый круг цир-куляции мощности. Для схемы (фиг. 4 ) мощно.сть с вала 2 передается к звену 11,от которого ее насть через сателлит 12 пос-. тупает к звену 10,и валу 1,поглощаясь двигателем, а другая ее часть передается к .звену 9 и далее-к насосному колесу 4, частично теряется за счет КПД -гидротрансформатора, передается к турбинному колесу 5, от которого вновь поступает к звену 11, повторяя цикл. Таким образом, в передаче образуетсязамкнутый круг циркуляции мощности. В итоге, в том и другом случаях тормозная мощность -N на валу 2 в зависимости от ckopocти вращения rij этого вала,изображаемая кривой Ъ на фиг. б, складывается из торможения двигателе.; (кривая С) и самой передачей.. При этом учитывая, что насосйое колесо вращается быстрее колеса турбинного, гидротрансформатор продолжает работать в режиме макси- мальным силовым взаимодействием между названными колесами. Регулирование величины торможения : осуществляется изменением подачи топлива в двигатель. Увеличение подачи уменьшает тормозной эффект двига- , теля, за счет чего кривая С (вместе ; с кривой 111 понижаются вплоть до полного исчезновения торможения. двигателем, когда от вала 1 (фиг.З и 4 ) прекращается поступление к нему мощности. Дальнейшее увеличение . подачи топлива приводит к появлению на валу 1 активной мощности, которая передаваясь к насосному колесу 4 непосредственно (фиг. 3 или через дифференциальный механизм (фиг. 4), начинает замещать мощность, передаваемую к тому же колесу из контура циркуляции. Соответственно, на ту же величину уменьшается тормозная мощность на валу 2 и обеспечивае.тся снижение кривой (фиг. -6). Предельное увеличение прдачи топ-., лива приводит к полному замещению мощностей и исчезновению торможения на валу 2, хотя потери в контуре циркуляции передачи сох1 аняются, но это уже потери активной энергии двигателя. Ликвидация этих потерь обеспечивается выключением тормэза, ( фиг. 3 и 4 ) и исчезновением циркуляции. При этом вал 1 несколько снижает скорость вращения а вал 2 повышает ее, обеспечивая увеличение скорости движения транспортного средства и переход в активный тяговый -режим работы. ,

Учитывая, что при включении тормоза (фиг. 3 и 4 ) между валами 2 и 1 Образуется механическая редукторная СВЯЗЬ, это обстоятельство поз воляет производить запуск двигателя при движении транспортного средства на буксире, когда ведущим будет вал 2. Учитывая, что вала 2 к валу 1 передача становится ускоряю щей, эффективный запуск двигателя обеспечивается при относительно малых скоростях буксировки транспортного средства. Однако для устранени источника потерь мощности в гидротрансформаторе, последний в этом случае может быть частично или полностью опорожнен. В реаль-ных уелоВИЯХ так и происходит, поскольку при неработающем двигателе система подпитки гидротрансформатора, ки правило, не работает. . Упомянутая выше возможность выполнения замыкателя 8 в виде механизма свободного хода применительно к режиму торможения и запуску двигателя с буксира не реализуема, поскольку в этих случаях стремление вала 2 выйти в режим обгона относительно вала 1 приводит к самовыключнию такого механизма. Для данных режимов необходима принудительная остановка звена 13, что может быть обеспечено лишь управляемом тормозом.

Конструкция новой передачи не пре .пятствует использованию традиционного режима блокировки трансформатора и передачив целом для повышения КПД в зоне максимальных скоростей вращения ведомого вала, режима освобождения или торможения ре активного колеса гидротрансформатора для улучшения тормозных характерис-, тик; режимов изменения степени заполнения гидротрансформатора рабочей жидкостью для повьяиения КПД в тяговом режиме и более экономичнЬ-го способа изменения величины торможения.

Эффект достигаемый новой гидромеханической передачей по отношению к передаче по прототипу,- заключается в том, что при незначительном конструктивном изменении обеспечивав ется: расширение рабочего диапазона в тяговых режимах, наделение передачи эффективными тормозными свойствами с ВОЗМОЖНОСТЬЮ регулирования величины торможения, возможность надежного запуска двигателя при движении транспортного средства с буксира.

При совместной работе с двигателем по внешней характеристике приращение кинематического диапазона при равных исходных данных с .передачей по прототипу достигает для различных, характеристик совмещения с двигателем величин 25-30%,а. гягового диапазона 10-12% при превышении КПД передачи в точке f (фиг. 5} от носительно точки Ъ в среднем на i 5-8%, а относительно точки m для прототипа на 15-18%. При работе двигателя на частичных нагрузках эффект более значителен.

При работе в режиме торможения передача обеспечивает максимальный тормозной эффект, превосходящий 45 эффект от торможения двигателем в 2,5-3,5 раза, в то время, как передача по прототипу, практически, не имеет собственных.тормозных характеристик, а также не позволяет для 50 этой цели использовать возможности двигателя.

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая корпус, ведущий и ведомый валы, дифференциальный механизм и гидротрансформатор с насосным и турбинным колесами, одно из которых связано с одним из валов непосредственно, а другое - с обоими валами через дифференциальный механизм посредством соответствующих трех его звеньев, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем увели.чения paCkJ4ero диапазона в тяговом режиме и обеспечения режима торможения, дифференциальный h4exaHH3M дополнительно снабжен четвертым звеном с замыкателем на корпус передачи. г ko

L.

(риз.З