Гидромеханическая трансмиссия транспортного средства Советский патент 1978 года по МПК B60K17/10 

1

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к гидромеханическим трансмиссиям, предназначенным для использования в колесных и гусеничных машинах, таких как автомобили, тракторы, тягачи и другие транспортные средства. Оно может быть применено в машинах рельсового транспорта, например в тепловозах.

Известна гидромеханическая трансмиссия транспортного средства с использованием двух гидротрансформаторов, что имеет некоторое распространение в транспортных средствах. Такая трансмиссия обеспечивает достаточно широкие скоростной и силовой рабочие диапазоны при относительно высоких значениях КПД обеспечиваемые, как правило, без разрыва потока мош,ности в процессе автоматического изменения передаточного числа в зависимости от внешних условий движения транспортного средства и режимов работы двигателя 1.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является гидромеханическая передача 2, характерной особенностью которой являются два параллельно установленных комплексных гидротрансформатора, один из которых непосредственно связывает ведуш,ий и ведомый валы передачи, а другой осуш,ествляет эту связь через зубчатую передачу, например

планетарного типа, и подключающее устройство в виде муфты свободного хода, установленное последовательно между турбинным колесом этого гидротрансформатора и ведомым валом передачи. Обш,ий диапазон автоматического изменения передаточного числа, обеспечиваемый данной передачей, складывается из двух диапазонов. На высоких скоростях .вращения ведомого вала под нагрузкой находится первый гидротрансформатор, в то время как второй гидротрансформатор вращается вхолостую без

0 нагрузки.

По мере возрастания внешней нагрузки и соответствующего уменьшения скорости вращения ведомого вала, начиная с некоторого значения этой скорости, к ведомому валу подключается второй гидротрансформатор через зуб5чатую передачу путем автоматического замыкания муфты свободного хода. При этом для предотвращения падения общего значения КПД гидромеханической передачи при паралелльной работе под нагрузкой двух гидротрансформаторов система управления обеспечивает слив ра0 ЖИДКОСТИ из первого гидротрансформатора и отключение его тем самым от внешней нагрузки. При снижении внешней нагрузки процесс идет в обратном порядке.

Однако для известной передачи характерна повышенная ступенчатость перехода нагрузки- с одного на другой гидротрансформатор нз-за наличия режима срабатывания муфты свободного хода и режима опорожнения-заполнения одного из гидротрансформаторов, что ухудшает быстродействие за счет увеличения времени переходного процесса, снижает КПД за счет появления барботажных потерь, а также требует наличия специальной системы управления опорожнением и заполнением соответствующего гидротрансформатора, что усложняет конструкцию передачи. Кроме того, для известной передачи характерно наличие муфты свободного хода с органом переключения для осуществления возможности ее заклинивания при вращении ведомого вала как в прямом, так и в обратном направлениях при использовании механизма реверса, установленного на ведущем валу. В известной передаче отсутствует также режим торможения, что не позволяет обеспечивать движение транспортного средства на длительных дорожных уклонах с постоянством скорости или кратковременное плавное подтормаживание без использования основных остано вочных тормозов транспортного средства. Цель изобретения - расщирение рабочего диапазона при бесступенчатом нагружении гид ротрансформаторов за счет исключения режимов опорожнения и заполнения одного из них, И получения режима гидродинамического торможения. Для этого гидромеханическая трансмиссия транспортного средства, содержащая корпус, в котором размещены два комплексных гидротрансформатора с различными нарузЬчными характеристиками, один из которых насосным колесом связан с ведущим валом трансмиссии, а второй турбинным колесом - с ее ведомым валом, планетарный механизм, одно звено которого связано с турбинным колесом второго гидротрансформатора, а второезвено связано с подключающим устройством, снабжена тормозом; установленным на третьем звене планетарного механизма, с которым соединено насосное колесо второго гидротрансформатора и тур бинное колесо первого гидротрансформатора, при этом второе 31вено планетарного механизма через подключаюц1ее устройство связано с корпусом; кроме того, подключающее устройство выполнено в виде управляемого тормоза. Таким образом, в противоположность параллельному соединению гидротрансформаторов в передаче по прототипу в предлагаемой гидромеханической трансмиссии гидротрансформаторы соединены последовательно так, что насосное колесо первого из них и турбинное колесо второго связаны соответственно с ведущим и ведомым валами трансмиссии, а турбинное коле со первого и насосное колесо второго гидротрансформаторов связаны непосредственно друг с другом. Оба комплексных гидротрансформатора в предлагаемой трансмиссии наделены различными нагрузочными характеристиками, в противоположность гидромеханической передаче по прототипу, для которой это условие является необязательным. Для повышения величины общего КПД и обеспечения устойчивой работы в тяговом peжиме первый гидротрансформатор может быть снабжен муфтой блокировки его насосного и турбинного колес. Роль- подключающего устройства для обеспечения периодической связи соответствующего звена.планетарного механизма с неподвижным корпусом трансмиссии может играть, как и в передаче по прототипу, муфта свободного хода, что обеспечивает внутреннюю автоматичность в тяговом режиме работы транс.миссии. Использование в качестве подключающего устройства управляемого механического тормоза наделяет трансмиссию наряду с указанным дополнительным режимом торможения. На фиг. 1 изображена кинематическая схема гидроме.ханической трансмиссии с подклю,чающим устройством, выполненным в виде муфты свободного хода; на фиг. 2 - кинематическая схема гидромеханической трансмиссии с подключающим, устройством, выполненным в виде тормоза. Гидромеханическая трансмиссия (см. фиг. 1 содержит неподвижньш корпус, в котором раз.мещены два комплексных гидротрансформатора с различными нагрузочными характеристиками. Первый гидротрансформатор насосным колесом 1 связан (в данном случае через коническую зубчатую передачу) с ведущим вало.м 2 трансмиссии, который непосредственно или через реверсивное устройство присоединяется к выходному валу двигателя транспортуого средства. Второй гидротрансформатор турбинным колесом 3 связан с ведомым валом 4 гидромеханической трансмиссии, который обычно присоединяется одной стороной к ведущему валу механической ступенчатой коробки передач или двумя сторонами с бортовыми коробками передач или механизмами поворота, если транспортное средство гусеничного типа. Гидромеханическая трансмиссия снабжена зубчатой передачей в виде планетарного механизма, одно звено которого 5 (в данном случае эпициклическое зубчатое колесо) связано с турбинным колесом второго гидротрансформатора. Другое звено 6 планетарного механизма (в данном случае солнечное зубчатое колесо) через подключающее устройство, выполненное, наг ример в виде муфты 7 свободного хода, связано с неподвижным корпусом (показан штриховкой). Звенья 5 и о планетарного -механизма взаимодействуют между собой через блок попарных сателлитов 8, оси вращения которых закреплены на третьем звене 9, представляющем собой водило планетарного механизма. Первый и второй гидротрансформаторы связаны между собой и со звеном 9 планетарного механизма соответственно турбинным 10 и насосным II колесами с помощью полого вала 12, причем эта связь снабжена управляемым тормозом 13, который для удобства размещен на звене 9 планетарного механизма, но может быть установлен и непосредственно на полом валу 12. Гидротрансформаторы могут быть снабжены муфтами блокировки их колес. При необходимости использовать гидромеханическую трансмиссию в режиме реверсирования, если механизм реверса не предусмотрен после ведомого вала 4, наличие муфты 14 блокировки для первого гидротрансформатора обязательно. По второму варианту подключающее устройство звена 6 планетарного механизма выполнено в виде управляемого тормоза 15 (см. фиг. 2). Работа гидромеханической трансмиссии в тяговом режиме основана на различных режимах работы гидротрансформаторов по их передаточному числу или скольжению колес в один Да i jr L.., И тот же момент времени, что достигнуто за и тот же момент времени, что достигнуто за счет их различных нагрузных характеристик 4t-rилpdOvlrl-lJlUiyY.|-j .-.-r.,,,Qrn / nмpнтя ня нясос(коэффициентов крутящего момента на насосных колесах). При максимальной скорости вращения ведомого вала 4 скорости вращения турбинных колес 10 и 3 первого и второго гидротрансформаторов также максимальны. По мере возрастания внещней нагрузки на валу 4 и замедления скорости его вращения, турбинное колесо 3 замедляется с больщей интенсивностью, чем турбинное колесо 10, из-за различных нагрузочных характеристик первого и второго гидротрансформаторов. Пологая характеристика коэффициента крутящего момента второго гидротрансформатора и более крутая характеристика первого гидротрансформатора обеспечивают процесс, при котором прохождение рабочего диапазона вторым гидротрансформатором происходит при практической неизменности скоростного режима первого гидротрансформатора, несмотря на соответствующее увеличение его нагрузки. Таким образом, если второй гидротрансформатор завершил прохождение своего рабочего диапазона, то первый лишь начал его, несущественно повлияв -на общую характеристику гидромеханической трансмиссии, которой к данному моменту практически является характеристика первого гидротрансформатора. По мере дальнейшего нагружения вала 4 начинает реализовывать свой рабочий диапазон первый гидротрансформатор. При этом второй гидротрансформатор, также воспринимая возрастающую нагрузку, стремится выйти за пределы своего рабочего диапазона, работая по ниспадающей ветви КПД и ухудшая тем самым общий вид КПД трансмиссии. Для предотвращения этого явления служит планетарный механизм, работающий совместно со вторым гидротрансформатором. Передаточное чис ло этого механизма подобрано таким образом, что при работе второго гидротрансформатора в пределах своего рабочего диапазона звено 6 вращается свободно за счет выключенной муфты 7 свободного хода (тормоз 13 выключен), и планетарный механизм, вращаясь вхолостую, не оказывает влияния на работу гидротрансфор матора. По мере достижения вторым гидротран сформатором границы своего рабочего диапазо на и дальнейшем уменьщении скорости вращения турбинного колеса 3 звено 6, замедляясь останавливается и далее стремится вращаться в противоположную сторону относительно пер воначального направления вращения. При этом автоматически включается муфта 7 свободного хода и звено 6 остается неподвижным, буду чи сблокированным с неподвижным корпусом гидромеханической трансмиссии. Дальнейщий процесс нагружения второго дротрансформатора происходит совместно с -г I. . ланетарным механизмом; последний,потеряв ланетарным механизмом; последний,потеряв дну степень свободы, обратился в редуктор с Г остоянным передаточным числом и зашунтиовал колеса второго гидротрансформатора на остоянном скольжении, при котором, как обычо, насосное колесо вращается быстрее туринного. Таким образом, дальнейшее нагружеие обеспечивает уменьшение скорости враения турбинного 3 и насосного 11 колес трого пропорционально друг другу при зафиктрого пропорциинсишпи . -г- ---г /..„.-„,,,,„,и wnn гиппотпанссЬооированном (неизменном) КПД гидротрансфор ИриЬаНМим ПЧ1.3т,....,,..., ..V--,-,--,., матора. Однако нагружение сопровождается инматора. Однако нагружение сопровождается иненсивным уменьшением по кубической зависимости доли энергии, проходящей через этот гидротрансформатор от вала 12 к насосному колесу 11 и далее через рабочую жидкость в круге циркуляции - к турбинному колесу 3и валу 4, и соответствующим возрастанием доли энергии, проходящей через планетарный механизм более экономичным механическим путем от вала 12 через звено 9, сателлиты 8и звено 5 - к турбинному колесу 3 и валу 4 Таким образом, при неизменном значении КПД самого гидротрансформатора, общий КПД этого гидротрансформатора при работе совместно с планетарным механизмом начинает интенсивно возрастать, что обеспечивает гидромеханической трансмисни в целом такие же высокие значения КПД при прохождении первым гидротрансформатором своего рабочего диапазона, как и его значения при прохождении своего рабочего диапазона вторым гидротрансформатором. При этом общий рабочий диапазон трансмиссии по нагружающим и преобразующим свойствам также расщиряется. Муфта 14 блокировки насосного 1 и турбинного 10 колес первого гидротрансформатора может быть использована для дополнительного повышения общего КПД трансмиссии путем ее включения в режиме использования p;iбочего диапазона вторым гидротрансформатором, тем самым обеспечивается повышение стабильности работы трансмиссии в указанном режиме. Работа трансмиссии при уменьщении нагрузки на ведомом валу 4 и повышении скорости его вращения происходит в обратном порядке. Работа трансмиссии в режиме гидродинамического торможения обеспечивается принудительной остановкой вала 12. Для этого включают тормоз 13, который через звено 9 пла.нетар-. ного механизма останавливает этот вал, а вместе с ним турбинное колесо 10 и насосное 11 колеса соответственно первого и второго гидротрансформаторов. Оба гидротрансформатора на данном режиме играют роль гидродинамических тормозов, первый из которых через насосное колесо и ведущий вал 2 использует реакцию со стороны двигателя, а второй через турбинное колесо 1 гасит энергию ведомого, вала 4. При включении тормоза 13 звено 6 планетарного механизма не изменяет направления скорости вращения, и следовательно, муфта 7 свободного хода остается выключенной, не препятствуя процессу гидродинамического торможения. При необходимости осуществления режи -ма реверсирования трансмиссии, в случае, если механизм реверса расположен между ведущим валом 2 и двигателем, оба гидротрансформатора должны быть опорожнены путем слива рабочей жидкости, а насосное колесо 1 и турбинное колесо 10 первого гидротрансформатора должны быть принудительно заблокированы друг с другом включением муфты 14. В этом случае противоположное вращение вала 2 через первый заблокированный гидротрансформатор передается валу 12, также приобретающему противоположное вращение. При этом звено 6, стремясь вращаться в противоположную сторону, включает муфту 7 свободного хода, блокируя это звено с неподвижным корпусом.

Планетарный ряд обращается в редуктор с постоянным передаточным числом, передавая вращение от вала 12, звено 9 и сателлиты 8 - к звену 5 и далее через турбинное колесо 3 второго гидротрансформатора - к ведомому валу 4.

Как было указано выще, конструкция транс.миссии допускает выполнение подключающе-Го устройства звена 6 планетарного механизма в виде управляемого тормоза (см. фиг. 2), исполнительный орган которого связан с системой управления. ,

В тяговом режимё.работа трансмиссии аналогична описанной выще, за исключением того, что включение или отключение тормоза 15 при перемене направления вращения звена 6 происходит принудительно за счет воздействия автоматической системы управления.

Данный вариант исполнения за счет haстройки системы управления позволяет обеспечить сдвиг момента включения тормоза 15 относительно момента его выключения, чем устранить вероятность цикличной работы подключающего устройства.

Режим гидродинамического торможения и реверсирования трансмиссии в варианте по фиг. 2 также аналогичны описанным выше.

Особенностью исполнения подключающего устройства в виде управляемого тормоза является возможность наделения трансмиссии дополнительным режимом торможения. Этот режим обеспечивается сбросом подачи топлива в двигатель и принудительным включением тормоза 15 при выключенном тормозе 13. Это приводит к щунтированию колес 3 и 11 второго гидротрансформатора (по аналогии с тяговым режимом). При этом .мощность со стороны ведущих колес транспортного средства через вал 4 передается к турбинному колесу 3 и далее к звену 5 планетарного механизма, откуда через сателлиты 8 и звено 9 - к насосному колесу 11 второго гидротрансформатора, переходя далее через рабочую жидкость к его турбинному колесу 3, образуя тем самым циркулирующую мощность в указанном контуре и обеспечивая соответствующие потери мощности за счет КПД гидротрансформатора. Эти потери являются тормозной мощностью.

Возвращаясь к конструктивным особенностям передачи, следует указать на то, что структура планетарного механизма и связи его звеньев с колесами второго гидротрансформатора могут быть иными, нежели изображено на фиг. 1 и 2. Воз.можно также использование

вместо планетарного механизма обычного валь ного редуктора с муфтой свободного хода или фрикционного типа, в котором роль реактивного звена 6 выполняет неподвижный корпус тако го редуктора. Указанные видоизменения не нарущают принципа работы гидромеханической трансмиссии и выбираются в соответствии с конкретными условиями рещаемой задачи.

Эффект, обеспечиваемый новой гидромеханической трансмиссией, связан с получением

относительно щироких рабочих силового и кинематического диапазонов в тяговом режиме ее работы. Например, при совместном использовании гидротрансформаторов типа ГТК-ХП и ЛГ-35 эти диапазоны, под которыми понимается соответственно отнощение максимального к минимальному тяговому усилию на ведомом валу 4 и отнощение максимальных к минимальным скоростям вращения этого вала, достигают значений 4,06 и 4,92 при КПД не ниже 0,825, несмотря на работу гидротрансформаторов в последовательном потоке мощности и отсутствии режимов опорожнения - заполнения одного из них.

Существенным преимуществом предлагаемой трансмиссии перед известными является наличие режима гидродинамического торможения, а также режима торможения за счет принудительного щунтирования колес одного из гидротрансформаторов. Эти режимы могут использоваться независимо, либо последовательно друг за другом. При этом интенсивность торможения тем или другим способом

зависит от выбранных параметров гидромеханической трансмиссии.

Формула изобретения

1.Гидромеханич.-ская трансмиссия транспортного средства, содержащая корпус, в котором размещены два комплексных гидротрансформатора с различными нагрузочными характеристиками, один из которых насосным колесом связан с ведущим валом трансмиссии, а второй турбинным колесом - с ее ведомым валом, планетарный механизм, одно звено которого связано с турбинным колесом второго гидротрансформатора, а второе звено связано с подключающим устройством, отличающаяся тем, что, с целью расщирения рабочего диапазона при бесступенчатом нагружении гидротрансформаторов за счет исключения режимов опорожнения и заполнения одного из них и получения режима гидродинамического торможения, она снабжена тормозом, установленным на третьем звене планетарного механизма, с которым соединено насосное колесо второго гидротрансформатора и турбинное колесо первого гидротрансформатора, при этом второе звено планетарного механизма через подключающее устройство связано с корпусом.

2.Гидромеханическая трансмиссия по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью получения до0 полнительного режима торможения, подключаюшее устройство выполнено в виде управляемого тормоза. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Республиканский межведомственный сбор «Автомобиле- и тракторостроение. Динамика и долговечность тягово-транспортных машин. Минск, 1974, вып. 5, с. 120-127. 2. Авторское свидетельство СССР 9 137356, л. F 16 Н 47/06, 1960.

11

А/

4Ж

f у .у

Г/ 9 6

12 фцг.1

2 W

г /

фиг. 2