Привод независимого вала отбора мощности транспортного средства Советский патент 1992 года по МПК B60K17/28 

Изобретение относится к области транспортного и сельскохозяйственного машиностроения и может быть использовано для тракторов, которые агрегатируются с сельскохозяйственными машинами, требующими для работы привода от независимого вала отбора мощности с числами оборотов 540 и 1000 об/мин в соответствии с ГОСТ СССР 3480-76 Валы отбора мощности сельскохозяйственных тракторов. Типы и основные параметры, вне зависимости от загрузки и режимов работы двигателя,

Известен привод независимого вала отбора мощности сельскохозяйственного трактора, обеспечивающий получение оборотов хвостовика ВОМ в соответствии с ГОСТ при работе двигателя трактора на частичных режимах (см.авт.свид.СССР № 1504116, В 60 К 17/28,1989), принимаемый в качестве аналога.

Существенными недостатками известного технического решения являются:

а)обеспечение числа оборотов хвостовика БОМ, соответствующих ГОСТ лишь на определенных, заранее выбранных частичных режимах работы двигателя трактора при строго определенной нагрузке. Мал#й- шее изменение нагрузки, столь характерное для условий работы трактора, в сторону уменьшения или увеличения ее, тут же приводит к изменению оборотов хвостовика (к увеличению оборотов при увеличении оборотов двигателя и к уменьшению оборотов хвостовика с уменьшением оборотов двигателя);

б)отсутствие устройства для автоматического поддержания оборотов хвостовика ВОМ в соответствии с требованиями ГОСТ при изменении -нагрузки, действующей на трактор во время работы.

в)сложность и высокая материалоемкость известного технического решения, обусловленная необходимостью оснащения привода независимого ВОМ, в каждом отдельном случае, парой шестерен с механизмом управления, обеспечивающей получение необходимых чисел оборотов хвостовика на каждом частичном режиме работы двигателя трактора.

Известен также привод независимого вала отбора мощности транспортного средства, содержащий регулируемую кинематическую связь между двигателем транспортного средства и хвостовиком ВОМ, выполненную в виде гидронасоса, гидравлически связанного с гидромотором, механизма соединения вала отбора мощности с валом гидромотора и регулировочное устройство для автоматического поддержания, требуемой по ГОСТ частоты вращения

хвостовика, выполненное в виде центробежного датчика, приводимого во вращение от вала гидромотора, гидравлического поршневого сервомотора, полости которого сообщейы с источником давления рабочей жидкости и гидробаком посредством управляемого распределителя (см.авт.свид. № 747746, В 60 К 17/28, 1980). Упомянутый выше привод независимого вала отбора

0 мощности обеспечивает автоматическое поддержание требуемой по ГОСТ частоты вращения хвостовика ВОМ вне зависимости от условий работы трактора (изменения нагрузки и скоростного режима работы двига5 теля - работает ли двигатель на регуляторной характеристике или на частичном режиме). По своей технической сущности данное устройство является наиболее близким к предлагаемому и поэтому прини0 мается в качестве прототипа.

Известный привод независимого ВОМ по авт.св. СССР ISfe 747746 обладает рядом существенных недостатков, а именно:

-сложностью конструкции обусловлен- 5 ной наличием ряда сложных дорогостоящих

узлов, таких как гидронасос, гидромотор, поршневой гидравлический сервомотор, управляемый гидрораспределитель и- ряда узлов и деталей, обеспечивающих их 0 соединение друг с другом и взаимодействие во время работы транспортного средства (соединительная арматура, емкости для рабочей жидкости, упругих элемента);

-ограниченностью сферы применения, 5 обусловленной возможностью использования привода преимущественно на транспортных средствах, оснащенных гидрообъемными трансмиссиями, поскольку использование известного привода на

0 транспортных средствах с трансмиссиями, работающими по другому принципу (шестеренчатыми, фрикционными, гидродинамическими и др.) неоправдано, ибо усложняет машину и снижает ее технико-экономиче5 ские показатели. В частности, использование двух типов приводов, например, шестеренчатого в трансмиссии (либо какого другого), и гидрообъемного в приводе ВОМ приведут к удорожанию машины и сниже0 нию ее коэффициента полезного действия; значительными потерями мощности в приводах, содержащих гидрообъемные передачи.

Ведь полный коэффициент полезного

5 действия насосов применяемых в гидравлических системах машин колеблется (при работе на номинальных режимах) от 0,75 до 0,94 (см.Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие, - М,; Машиностроение, 1971, с.137, Раздел Полный

КПД). А ведь в известном приводе еще имеется и гидромотор, КПД которого колеблется в тех же пределах. Таким образом, только в двух агрегатах, входящих в известный привод, насосе и гидромоторе минимальные потери мощности составляют 12%, а средняя величина этих потерь около 20% и это без учета потерь мощности в остальных элементах известного привода независимого вала отбора мощности, которые значительно увеличат вышеупомянутую цифру.

г)Большим диапазоном регулирования (изменения передаточного числа привода), который необходимо обеспечить гидрообъемной передаче, входящей в структуру привода. Ведь только при переводе ВОМ с 1000 об/мин хвостовика на 540 об/мин, необходимо обеспечить передаточное число привода, равное I- слп 1,85, а ведь еще

необходимо компенсировать падение оборотов двигателя при переходе с режима работы на регуляторной характеристике на режим работы на частичных характеристиках. При этом, как справедливо говорится в описании изобретения по авт.свид. № 747746, частота вращения коленчатого вала двигателя может уменьшиться на 40%, а пропорционально ей изменяется и частота вращения хвостовика независимого вала отбора мощности, т.е. необходимо обеспечить в приводе получение еще и дополнительного передаточного числа, равного минимум 1,4. Тогда общее передаточное число привода, необходимое для обеспечение постоянных чисел оборотов в соответствии с ГОСТ будет равно 1,85- 1,4 2,6, что достаточно велико и не может не отразиться на размерах гидравлического насоса и гидромотора, а, следовательно, приведен к увеличению веса транспортного средства и его материалоемкости.

д)конструкция известного привода независимого вала отбора мощности не исключает возможности переключения привода ВОМ на скоростной режим (обороты) не соответствующей размерам выходного конца хвостовика, т.е. не исключается случай, когда выходной конец хвостовика, предназначенный для работы на скоростном режиме в 1000 об/мин, а он резко отличается от конца хвостовика, предназначенного для скоростного режима в 540 об/мин, диаметром, размерами и типом шлицев, будет переключен на скоростной режим в 540 об/мин. При этом крутящий момент возрастает почти вдвое, что неизбежно приведет либо к поломке хвостовика, либо к поломке агрегатируемой с транспортным средством - трактором сельскохозяйственной машины. Для возникновения такой ситуации достаточно оператору-трактористу забыть заменить хвостовик вала отбора мощности 10 или перевести в соответствующее положение рычаг 14 ручного управления. Вышеизложенное говорит о том, что известный привод независимого вала отбора мощности недостаточно надежен и безопасен поскольку может привести к аварии агрегата.

Целью изобретения является упрощение конструкции привода независимого вала отбора мощности транспортного средства, снижение его габаритов и материалоемкости; расширение сферы применения привода; повышение коэффициента полезного действия привода, а также повышение его надежности и безопасности. Поставленная цель достигается путем

выполнения кинематической силовой связи между двигателем транспортного средства и хвостовиком ВОМ в виде фрикционного торового вариатора Светозарова а.с.СССР № 80110, имеющего КПД 0,97-0,98 и путем

оснащения привода устройством для автоматического поддержания требуемой по ГОСТ частоты вращения хвостовика ВОМ (540 и 1000 об/мин), связанным с одной стороны с двигателем транспортного средства. а с другой стороны, посредством исполнительного элемента, с регулируемым элементом фрикционного торового вариа- тора-роликом. Устройство для автоматического поддержания требуемой по ГОСТ

частоты вращения хвостовика выполнено в виде центробежного датчика (хотя может быть выполнено и в другом конструктивном исполнении, например, в виде электродинамического или электронного датчиков) связанного с двигателем, например, посредством шестерен, цепной или какой- либо другой передачи. Исполнительный элемент, связывающий датчик с регулируемым элементом-роликом фрикционного торового вариатора, выполнен в виде тяги, хотя может быть выполнен в виде следящего электромагнитного устройства типа соленоида. Предлагаемый привод оснащен одноступенчатым гестеренчатым редуктором,

установленным в расточке корпуса транспортного средства с возможностью поворота его на 180° вокруг оси, совпадающей с серединой межцентрового расстояния вышеупомянутого редуктора. Передаточное

-,

число редуктора равно I « у-- где m 1000

об/мин, а П2 540 об/мин, обороты хвостовика ВОМ, т.е. путем поворота редуктора в расточке корпуса можно получить числа

оборотов хвостовика, требуемые ГОСТ. Хвостовик выполнен комбинированным. Один его конец оснащен шлицами, соответствующими шлицам присоединительных элементов сельскохозяйственных машин, работающих на оборотах, равных 540 об/мин, а другой - шлицами, соответствующими шлицам присоединительных элементов машин, работающих на оборотах, равных 1000 об/мин. Ступицы шестерен редуктора оснащены отверстиями с ответными шлицами, в которые вставляются концы хвостовика, соответствующие необходимому скоростному режиму работы ВОМ.

Наличие в предлагаемом техническом решении отличительных признаков в сравнении с прототипом свидетельствует о его соответствии критерию новизна. Сопоставительный анализ отличительных признаков предлагаемого технического решения, проведенный по имеющейся патентной и научно-технической литературе, показал, что большинство из них не встречается в известных источниках. Исключение составляет признак привод независимого ВОМ оснащен поворотным шестеренчатым редуктором с передаточным числом, равным

1

Ж

П2

где ni 1000 об/мин - число оборотов хвостовика независимого ВОМ на первом скоростном режиме (в соответствии с ГОСТ) 540 об/мин, число оборотов хвостовика независимого ВОМ на втором скоростном режиме (в соответствии с ГОСТ) и переставляемым комбинированным хвостовиком, концы которого оснащены шлицами, соответствующими шлицам соединительных элементов сельскохозяйственных машин, работающих на первом и втором скоростном режимах, а ступицы шестерен редуктора оснащены отверстиями с ответными шлицами, в которые вставляются концы хвостовика, соответствующие необходимому режиму работы ВОМ.

Однако этот признак позволяет предлагаемому устройству проявить новое свойство, а именно, уменьшить диапазон регулирования привода и тем самым уменьшить размеры фрикционного торового вариатора. Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию существенные отличия.

Предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию привода независимого ВОМ транспортного средства, уменьшить его габариты и материалоемкость, расширить сферу его применения, повысить его надежность и безопасность, что

говорит о его соответствии критерию положительный эффект. Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого привода независимого вала отбора мощности транспортного средства при работе на односкоростном режиме с числом оборотов хвостовика m 1000 об/мин; на фиг. 2 - то же, но при работе на двухскоростном режиме с числом оборотов хвостовика П2 540 об/мин, требованиями ГОСТ.

В корпусе 1 трансмиссии транспортного средства установлены находящиеся в зацеплении друг с другом шестерни 2,3 и 4.

Шестерня 2 связана с двигателем 5 транспортного средства, а шестерня 3 с валом 6 независимого привода ВОМ, который выполнен разрезным. На валу 6 привода установлены ведущая 7 и ведомая 8 чашки

фрикционного торового вариатора, связанные друг с другом роликом 9, являющимся регулируемым элементом вышеупомянутого вариатора, посредством перемещения которого по рабочим поверхностям 10 чашек 7 и 8 осуществляется изменение передаточного отношения вариатора. Ролик 9 установлен с возможностью вращения на оси 11, закрепленной в корпусе 1 на шарни ре 12, вокруг которого осуществляется повЬрот оси 11 совместно с роликом 9 при изменении передаточного отношения вариатора. Противоположный ролику 9 конец оси 11, посредством тяги 13, являющейся исполнительным элементом, соединен с

центробежным датчиком 14 устройства для автоматического поддержания заданной частоты вращения ВОМ, приводимым во вращение посредством шестерен 4, которая через шестерню 2 связана с двигателем 5

транспортного средства.

В расточке 15 корпуса 1 трансмиссии транспортного средства размещен одноступенчатый шестеренчатый редуктор 16 с передаточным числом равным 1000

1,36, где щ 1000 об/мин.

а П2 540 об/мин обороты хвостовика ВОМ, требуемые по ГОСТ, оснащенный комбинированным хвостовиком 17, выполненным

двухсторонним. Один его конец 18 оснащен шлицами, соответствующими шлицам присоединительных элементов сельскохозяйственных машин, работающих на оборотах равных 54, об/мин, а другой, 19 шлицами,

соответствующими шлицам присоединительных элементов машин, работающих на оборотах, равных 1000 об/мин. Ступицы шестерен 20 и 21 редуктора 16 оснащены отверстиями с ответными шлицами, в которые встасляются концы 18 и 19 хвостовика

17 в соответствии с необходимым скоростным режимом работы ВОМ и зубчатыми венцами 22, соединенными поочередно с зубчатым венцом 23 вала 6 посредством зубчатой втулки 24.

Редуктор 16 установлен в расточке 15 корпуса 1 с возможностью поворота его на 180° вокруг оси, совпадающей с серединой межцентрового расстояния посредством чего и осуществляется переход с одного скоростного режима на другой.

Для остановки хвостовика 17 ВОМ во время работы транспортного средства с независимым приводом ВОМ, а также обеспечениясинхронногоприводавышеупомянутого хвостовика 17 ВОМ на валу б установлены управляемая фрикционная муфта 25 и скользящая шестерня 26, вводимая в зацепление, в случае перехода ВОМ на синхронный привод, с шестерней 27, соединенной с осью ведущих колес.

Устройство работает следующим образом.

Скоростной режим двигателя транспортного средства (на регуляторной или частичных характеристиках) задается оператором обычным способом с помощью акселератора, либо рычага управления подачей топлива. Мощность от двигателя 5 через шестерни 2 и 3 передается валу 6 и установленной на нем ведущей чашке 7 фрикционного торового вариатора, через ролик 9 ведомой чашке 8 (ролик 9 контактирует с рабочими поверхностями 10 чашек 7 и 8) и далее через управляемую фрикционную муфту 25, зубчатые венцы 23 и 22, зубчатую втулку 24, шестерни 20 и 21 поворотного редуктора 16, хвостовику 17.

При работе транспортного средства с номинальным числом оборотов двигателя получение требуемых по ГОСТ оборотов хвостовика 17 ВОМ на первом скоростном режиме (обороты хвостовика 1000 об/мин) обеспечивается соответствующим передаточным отношением шестерен 2 и 3 и пере- даточным отношением поворотного редуктора, в котором ведущей является шестерня 21, а ведомой шестерня 20 (см.фиг.1).

При этом передаточное отношение фрикционного торового вариатора равно 1, т.е. ролик 9 контактирует с чашками 7 и 8 на одинаковых радиусах. Откуда гп 1000

об/мин

i3,2 120,21

где з,2 - передаточное отношение шестерен 2 и 3, равное 120.21 передаточное отношение шестерен 20 и 32, равное

Z201

120,21 2

Г

П2

Z20 - число зубьев шестерен 20;

Z2i - число зубьев шестерен 21.

На втором скоростном режиме (обороты хвостовика 540 об/мин) требуемые обороты хвостовика 17 обеспечиваются тем же передаточным отношением шестерен 2 и 3 и передаточным отношением поворотного редуктора, в котором ведущей является шестерня 20, а ведомой шестерня 21, что достигается поворотом редуктора 16 в расточке 15 корпуса 1) (см.фиг.2).

540 Об/МИН -Jfi 421.20,

13,2

Zai /гГГ

- V- а передаточное отноZ.20 П2

шение фрикционного торового вариатора, как и на первом скоростном режиме равно 1.

Отсюда следует, вывод, что для получе- 0 ния требуемых ГОСТ оборотов хвостовика 17 ВЛМ вал 6 или его часть связанная с ведомой чашкой 8 фрикционного торового вариатора должна вращаться вне зависимости от оборотов двигателя с постоянным числом оборотов, равным 540 об/мин,

0

5

При этом П2

V

ГДе 121,20

5

0

, ГП2 ЖГ

П2

735 об/мин,

540 об/мин

1000 1,36

где ,36. Г 540

5

0

0

5

Это число оборотов и поддерживается в предлагаемом устройстве посредством торового фрикционного вариатора и центробежного датчика 14, соединенного исполнительным элементом - тягой 13 с осью 11 регулируемого элемента - ролика 9 вариатора. А поскольку в процессе работы транспортного средства на различных обороты его двигателя изменяются в пределах до 40% (см.описание изобретения по а.с, СССР № 747746, 1 колонка, 1 абзац сверху), то диапазон регулирования (передаточное 5 число) фрикционного торового вариатора должно быть равным либо 1,4 при уменьшении оборотов двигателя, либо 0,714 при их увеличении. В устройстве принятом за прототип, эти значения равны соответственно 2,6 и 0,384, т..е. почти в два раза больше.

Поддержание частоты вращения хвостовика 17 ВОМ в соответствии с требованиями ГОСТ осуществляется посредством центробежного датчика 14, связанного тягой 13 с осью 11 ролика 9 фрикционного торового вариатора и получающего вращение через шестерни 2 и 4 от двигателя 5. При работе транспортного средства с оборотами двигателя равными номинальным грузы

центробежного датчика 14 под действием центробежной силы расходятся на такой угол, что посредством рейки 13 и оси 11 удерживают ролик 9 в таком положении относительно чашей 7 и 8, при котором отношение фрикционного торового вариатора равно 1. При уменьшении или увеличении оборотов двигателя, связанных с изменением нагрузки или режима работы двигателя угол расхождения грузов изменятся. При этом грузы перемещают рейку 13, которая поворачивает ось 11, вокруг шарнира 12 и тем самым, изменяя положение ролика 9 относительно ведущей 7 и ведомой 8 чашей, изменяет передаточное отношение вариатора, уменьагая или увеличивая число оборотов ведомой чашки 8 до необходимой постоянной величины, обеспечивающей получение на хвостовике 17 ВОМ постоянных чисел оборотов в соответствии с требованием ГОСТ.

В сравнении с прототипом предлагаемый привод независимого вала отбора мощ- ностиобладаетследующими

преимуществами:

а)значительно упрощается конструкция, в которой нет необходимости использовать такие сложные и дорогостоящие узлы как гидронасос, гидромотор, гидравлический сервомотор,гидрораспределитель и ряд других;

б)расширяется сфера применения привода, который может быть использован в транспортном средстве с любым видом трансмиссии, как механическим, так и гидравлическим;

в)повышается коэффициент полезного действия привода, в котором потери не превышают 10% (2% - потери в шестернях 2 и 3,2% - в шестеренчатом поворотном редукторе, 2-3% - во фрикционном торовом вариаторе);

г) уменьшается диапазон регулирования, что в свою очередь уменьшает и габариты привода;

д) привод более надежен и безопасен,

Формула изобретения

1. Привод независимого вала отбора мощности транспортного средства, содержащий регулируемую силовую связь между двигателем и хвостовиком вала отбора мощности и автоматическое регулировочное устройство для постоянной частоты вращения хвостовика, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы транспортного средства, силовая связь

между двигателем и хвостовиком ВОМ выполнена в виде фрикционного торового вариатора, а автоматическое регулировочное устройство для установки постоянной частоты вращения хвостовика связано с двигателем транспортного средства и регулируемым элементом фрикционного торового вариатора посредством исполнительного элемента,

2. Привод по п.1, 0 т л и ч а ю щ и и с я тем, что автоматическое регулировочное устройство для установки частоты вращения хвостовика выполнено в виде центробежного датчика, связанного с двигателем и регулируемым элементом фрикционного торового вариатора посредством исполнительного элемента, выполненного в виде тяги.

U-

} 3

N

I

Изобретение относится к транспортному и сельскохозяйственному машиностроению, а именно к приводам независимых валов отбора мощности транспортных средств, в частности тракторов. Цель изобретения состоит в повышении эффективности работы транспортного средства. Привод состоит из установленных в корпусе 1 трансмиссии транспортного средства, шестерен 2-4, находящихся в зацеплении одна с другой и связанных с двигателем 5 и валом независимого привода 6. В расточке 15 корпуса 1 трансмиссии транспортного средства размещены одноступенчатый шестеренный Ј&/ 13 I. $:-&/ , „ 7Х1И 25 11.W ,38 / / # w редуктор 16, выполненный поворотным, и оснащенный комбинированными двусторонним хростовиком 17. Редуктор 16 связан с валом привода 6. Новым в приводе является то, что вал привода 6 выполнен разрезным и на кем установлены ведущая 7 и ведомая 8 чашки фрикционного торового вариатора, связанные одна с другой роликом 9, посредством перемещения которого по рабочим поверхностям 10 чашек 7 и 8 осуществляется изменение передаточного отношения торового вариатора. Ролик,9 установлен с возможностью вращения на оси 11, закрепленной в корпусе 1 на шарнире 12, вокруг которого осуществляется поворот оси 11 совместно с роликом 9. Противоположный ролику 9 конец оси 11 посредством тяги 13, являющейся исполнительным элементом, соединен с центробеж- ным датчиком 14 устройства для автоматического поддержания заданной частоты вращения ВОМ, приводимым во вращение посредством шестерни 4, которая через шестерню 2 связана с двигателем 5 транспортного средства. 1 з.п.ф-лы, 2 ил, „ 25 ,38 / / # w 15 IS сл с ч XI О СЛ 00 4 IS®