АВТОМАТИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ
(54)
I
Изобретение относится к машиностроению, в частности к трансмиссиям транспортных средств.
Широко известны автоматические гилромеханические трансмиссий, состоящие из гидротрансформатора, многоступенчатой коробки передач с фрикционными муфтами и тормозами для переключения ступеней и гидразличес- JQ кой системы автоматического управления, реагирующей на сигналы гидравлического датчика скорости выходного вала, трансмиссии. Автоматическое переключение ступеней осуществляется специальными клапанами, которые устанавливаются в положение высших ступеней под действием давления датчика скорости, а в положение низших - под действием возвратных пружин и давле- JQ ния датчика нагрузки 1 , f4j .
Один из недбстатков таких системf заключается в том, что при внезапном падении давления датчика скорости автоматическое переключение от высшей 25 до низшей ступени происходит за короткое время, что может привести к по ломке трансмиссии.
Причиной вйезапного паления выходного давления может быть поломка 30
приемника в датчиках с трубхами Пито, либо разрушение уплотнительных колец входного и выходного каналов в клапанных датчиках J2.
Другой причиной резкого паления лавления может быть экстренное торможение транспортного средства,когда его колеса почти мгновенно затормаживаются до юза,и жестко связанный с ними выходной вал трансмиссии останавливается.
Известная автоматическая трансмиссия транспортного средства содержит механизм ручного и автоматического управления, связанный гидролиниями с источником рабочей жидкости через фильтр, с регулятором давления, с гидротрансформатором, с многоступенчатой коробкой передач с фрикционными муфтами и тормозат и, с датчиком угловой скорости выходного вала и с датчиком нагрузки, связанным тягой с педалью акселератора транспортного средства fSj;
Ввиду того, что для полного выключения любой фрикционной муфты или тормоза необходимо время, превышающее время включения, при слишком быстром переходе с высшей ступени на низшую
тогут оказаться частично включенными 1ве или более ступени, такое переклюгение приводит к блокировке выходюго вала, сопровождаемой перегрузсой элементов коробки передач,рывсами, а в предельных случаях - поломсой трансмиссии. Безопасным при по;ледовательном переключении от высше :тупени до низшей является время, пр ышающее сумму времени чистого выглючения отдельных ступеней. Поэтому 1адение выходного давления датчика :корости за время, меньшее указанною, недопустимо.
Цель изобретения - повышение на(ежности и безопасности трансмиссии I эксплуатации за счет предотвраще;ия быстрого падения выходного давле ия. датчика скорости при его повреж,ениях и при экстренных торможениях ранспортного средства.
Поставленная цель достигается тем то автоматическая трансмиссия снаб;ена дросселем постоянного сечения, идравлическим аккумулятором, устаовленными в гидролинии, соединяющей ;еханизм.ручного и автоматического правления с датчиком угловой скороси выходного вала, обратным клапаномодключенным к выходной гидролинии атчика скорости параллельно дроссею постоянного сечения, и сигнализаором неисправности датчика скороси, состошдим из преобразователя пеепада давления на упомянутом дроссее в электрический сигнал и электриеского указателя, подключенного араллельно дросселю постоянного сеения к выходной гидролинии датчика
KOpOCTrf.
На фиг. 1 схематически показана редлагаемая автоматическая трансмисия и ее система управления/ на иг. 2 - конструкция части системы правления; на фиг. З-б - графики, ллюстрирующие протекание процессов ереключения ступеней в трансмиссии ее элемзнтах.
Автоматическая трансмиссия состот из гидротрансформатора 1 (фиг.1), ногоступенчатой коробки передач 2 с рикционными муфтами и тормозами (не оказаны) и датчиком 3 угловой скоэсти выходного вала 4. Гидравличесая система трансмиссии содержит наэс 5 рабочей жидкости с приводом г ее элементов, фильтр б, регуляэр 7 давления, механизм 8 ручного и зтоматического управления со штоэм 9, датчик нагрузки 10, тягой 11 зязанный с педалью 12 акселератоа транспортного средства, аккумуляэр давления 13 и дроссель 14, под1юченные к выходной гидролинии 15 зтчика угловой скорости. Пунктиром эказана установка обратного клапаа 16.
По гидролиниям 17-19 давление пиания подается от насоса 5. к механизму 8 управления и датчиком 3 и 10, Гидролинии 20 механизма- управления подключены к гидроцилиндрам фрикционг ных муфт и тормозов коробки передач (не показаны). Выход 21 датчика нагрузки подключен к механизму 8.
Шток 9 имеет положения А, 1, ц, ЗХ, при установке в которые в короб;ке передач включается автоматика, 1 ступень, нейтраль, задний ход.
Аккумулятор давления 13 состоит из цилиндра 22, поршня 23 и пружины 24 (фиг. 2). Полость 25 аккумулятора является рабочей, а полость 26 дренируется.
Для автоматического управления трансмиссией по сигналам датчиков 3 и 10 в механизме 8 имеются клапаны 27 и 28 автоматического переключения сту пеней известной конструкции, отдельно показанные в упрощенном виде на фиг.2 Число таких клапанов зависит от числа ступеней К и равно обычно К-1. На фиг. 2 показаны лишь два из них. Ютапаны устроены одинаково и отличаются лишь параметрами настройки.Например, клапан 27 состоит из дифференциального золотника 29 с входной гидролинией 30, выходными каналами 31 и 32, плунжера 33 и пружины 34. Полость пружины сообщена с выходом 21 датчика нагрузки, полость справа от плунжера 33 - с выходом 15 датчика скорости, выход 31 - с гидроцилиндром 35 высшей ступени, а выход 32 со входом следующего клапана 28. Выходы 36 и 37 последнего сообщены с гидроцилиндром 38 Т ступени и гидроцилиндром 39 ГГ ступени. Входная гкдролиния 30 клапана 27 сообщается в механизме 8 с гидролинией 17 при установке штока 9 в пололсение А (не показано) . Параллельно дросселю 14 может также подключаться сигнализатор 40 повреждения датчика скорости с сигнальной электрической лампочкой 41
. Устройство работает следующим образом.
При нейтральном положении штока 9 запускают двигатель (не показан). При работающем двигателе насос 5 подает давление к механизму 8 и датчикам 3 и 10. Однако давление в гидролиниях 20 отсутствует, и трансмиссия находится на нейтрали. Выходной вал 4 неподвижен. Давление датчика скорости 3 равно нулю, и клапаны 27 и 28 находятся в положении I ступени, показанном на фиг. 2.
Для трогания с места на автоматическом режиме шток 9 устанавливают в положение А и педалью 12 увеличивают подачу топлива. При этом клапаны.27 -и 28, оставаясь в исходном положении, по гидролиниям 30, 32 и 36 подают давление в гидроцилиндр 38 1 ступени. После включения I ступени
транспортное средство трогается с места и начинает разгоняться. В процессе разгона клапаны 27 и 28 автоматически переключают ступени, пока скорость движения не достигнет желаемой, и водитель педалью 12 не умень Ыит подачу топлива. Переключения про исходят при соотношениях давлений, датчика скорости Р и датчика нагруэки Ру, определяемых настройкой каждого из клапанов. На фиг. 3 показаны типовые характеристики двух таких клапанов автоматического переключения, соответствующие трехступенчатой трансмиссии (I квадрант), а также характеристики датчика скорости (II квадрант) и нагрузки (111 квадрант).
Переключения происходят след.эщим образом. В процессе разгона с произвольным положением педали 12 давление датчика скорости возрастает ив точке Aj (фиг. 3) достигает величины, при которой создаваемое им усилие на плунжере 33 клапана 28 переключения I и II ступеней превысит усилие пружины 34 и давление Р на золотнике 29. При этом золотник 29 сместится до упора влево, гидроцилиндр 38 (фиг. 2) соединится со сливом, а гидроцилиндр 39 - с гидролинией 30, что соответствует включению в трансмиссии 11 ступени.
При достиженииточки А произойде срабатывание клапана 27, и включится высшая (на фиг. 3 - третья) ступень. При большем числе ступеней уст ройство имеет соответствующее число клапанов 27 и 28, а порядок их работы аналогичен описанному выше.
При возрастании давления датчика скорости в процессе разгона происходит также постепенная зарядка аккумулятора 13, поршень 23 перемещается вправо, сжимая пружину 24 до состояния равновесия; Полная зарядка происходит при давлении Р (см. ниже), при котором пружина полностью сжата, а поршень упирается в дно цилиндра 22. Положение поршня на фиг. 2 соответствует частичной зарядке.
При возрастании сопротивления движению транспортного средства,например, при движении на подъем, скорость его постепенно уменьшается, а вместе с ней и давление Ру. При подаче топлива, соответствующей , в точке Aj произойдет автоматическое переключение с 111 ступени на II, а при дальнейшем падении скорости - в точке А 1 ступени (фиг. 3). Клапаны 27 и 28 возвратятся в исходное положение (фиг. 2). Время, необходимое для эти переключений, определяется тяговыми качествами транспортного средства и
на подъеме обычно составляет несколько десятков секунд.
Замедление с переключениями на нишие ступени имеет также место при уменьшении подачи топлива на ровной дороге, при служебных торможениях, связанных с проездом перекрестков, поворотами и т.д.
Однако во всех указанных случаях время замедления транспортного средства от исходной скорости до требуемой в изменившейся дорожной обстановке достаточно велико и заведомо превышает минимальное время t , требуемое для последовательного переключения трансмиссии от высшей ступени до низшей. Время t определяется как сумма времен переключения всех ступеней.
Как известно, в многоступенчатых . трансмиссиях запрещается переключение с высших ступеней на низшие с пропуском промежуточных, а; также переключение за время, недостаточное для синхронизации ее элементов и чистого выключения фрикционных муфт предыдущей ступени. Нарушение этих требований ведет к повышенному износу, Г-ЫВ.кам или поломкам деталей. Например, для трехступенчатой трансмиссии время i может составлять 3-5 секунд, для 5-ступенчатой - 8-10 секунд.Однако в описанных случаях замедления (а также и разгона) фактическое время переключений значительно превышает i, и опасные для трансмиссии ситуации не возникают.
Если при движении транспортного средства с максимальной скоростью, достижимой при подаче топлива уj Сточка Ап, фиг. 3), произойдет экстреное торможение вплоть до юза (блокировки колес), то давление Ру датчика скорости практически мгновенно упаде до нуля, и клапаны 27 и 28 также мгновенно установятся в положение фиг.2. В результате на максимальной скорости движения должно произойти аварийное переключение 111-11-1 ступень.
Однако аккумулятор 13 предотвращает возможность такого переключения. При пёщении давления Ру он начинает разряжаться, выталкивая жидкость из полости 25 через дроссель 14 в гидролинию 15 датчика. Время разрядки зависит от объема полости 25, усилия пружины 24 и сечения дросселя. 14. Эта зависимость показана на фиг. 4 как функция давления зарядки, т.е. давления Ру датчика скорости в момент перед торможением. Очевидно, что время разрядки является переменным До величины PV PV соответствукяцей упору поршня 23 в дно цилиндра 22, |т.е. полной зарядке. Максимальное.
ремя разрядки , выбирается нескольэ большим t , т.е. безопасного врегни переключений (см. выше), а давэние Р соответствует максимешьной 1асной скорости движения, при котоэй наступает опасность аварийного греключения ступеней. Нахождение это серости очевидно. На графике фиг.З, шример, она соответствует скорос, Вследствие постепенной разрядки
скумулятора давление в гидролиниях жду дросселем 14 и клапанами 27 28 равно давлению в полости 25 акмулятора, создаваемому пружиной 24 ЭТОМУ автоматические переключения юизойдут не в зависимости от скорои движения,, как на нормальном реме, а в соответствии с изменением вления в аккумуляторе. Протекание ого процесса во времени дано на г. 5 для случая тормол ения со сбром подачи топлива {педаль 12 отпуна) .
Экстренное торможение начинается момент времени Т, и скорость V дает до нуля в момент Т. При оттствии аккумулятора в соответствии графиком фиг. 2 переключение с III
11 ступень произошло бы в момент , соответствующий падению скорости
3-2
а со 11 на I - в
величиныV
тип ике Т. Для обеспечения безопасности эрое из них должно произойти в моijT т т + t . Фактическим - авааным - временем переключений было
ф - ф - ф у Х
овор- Т Т t .В действительности переключения эисходят следующим образом. Давлеэ в аккумуляторе падает по кривой с тем же темпом, что и скоростьV величины Р. Далее аккумулятор надает разряжаться, и Р падает мед1ней, чем V . В момент Т (при Рд лгт( произойдет включение II, а в leHT Т(при PC, ступеПри этом отрезок времени между
и Тд равен или более t благодасоответствующим размерам аккуму:ора и дросселя 14. Как видно из фиг. 5, последнее еключение - в момент Тд - может (ИЗОЙТИ уже при неподвижном транс тном средстве, скорость которого 1ла до нуля в точке Т, причем данI переключение, как и предыдущее, (Изойдет без участия водителя.Од:о оно уже не представляет опасностак как при использовании гидро:анических трансмиссий отсутствуют ;аль сцепления, и свойства гидро.нсформатора позволяют при сброшенI газе вьшолнять на стоянке любые включения.
Полная разрядка аккумулятора пройдет также после остановки в точтЖ
.
Аналогичный образом трансмиссия
стает при ином соотноше.кии темпов тор-южения и разрядки аккумуля- тора, а также при большем числе ступеней.
На фиг. 6 отдельно показано измерение давления аккумулятора при давлении датчика скорости, равном нулю (кривая БС, ) . Момент с 1 соответствует упору поршня 23 в левую крышку цилиндра 22 при установке пружины с преднатягом.
В большинстве случаев экстренное торможение происходит без юза, а при наличии противоблокировочных тормозных устройств он вообще исключен. Поэтому скорость движения падает Н(г мгновенно, и темп падения давления Ру соизмерим с темпом разрядки аккумулятора по кривой БД.. Очевидно, что если Ру падает медленней (кривая Б), то аккумулятор успевает разрядиться до текущего значения Р, и результирующее значение давления перед дросселем 14 практически совпадает с Ру. Если Ру падает быстрей (кривая Bj) , то разрядка аккумулятора запаздывает относительно Ру, и падение давления в гидролинии 15 будет медленней, чем падение Ру. Время разрядки возрастет и будет зависеть от давления Ру, являющегося в этом случае противодавлением за дросселем 14, препятствующим истечению жидкости из аккумулятора. Тем самым время между переключениями (точки Т и Тд) будет увеличено и заведомо превысит требуемую величину.
Поскольку повреждение датчика возможно только в результате внешних механических воздействий, оно происходит в движении и потому весьма опасно. Однако за счет действия аккумулятора 13 аварийные ситуации и в данном случае также исключаются. При это устройство работает аналогично режимам экстренного торможения. Давление датчика падает мгновенно, и кривая Р на фиг. 5, начиная от точки Р, в точности соответствует кривой Б на фиг.б
Однако отличие от режимов торможения здесь заключается в том, что тран спортное средство продолжает некоторое время двигаться с прежней скоростью, и автоматические переключения на низшие ступени, хотя и замедленные действием аккумулятора, как описано выше, происходят помимо воли водителя. Для подачи ему сигнала о неисправ ности датчика и о необходимости принятия мер к остановке может использоваться сигнализатор 40 с электрическим указателем (например, лампочкой 41). При работе аккумулятора 13 на дросселе 14 появится перепад давления, обусловленный истечением жидкости через дроссель и поврежденный датчик 3 Этот перепад преобразуется сигнализатором 40 в электрический
ригнал с помощью любого из известных машиностроении методов, а последни подается на лампочку 41, расположенную в поле зрения водителя.
Сигнализатор может также срабатывать при экстренном торможении,указывая на неблагоприятный режим трансмиссии.
Из изложенного видно, что аккумулятор может на некоторых режимах создавать запаздывание сигнала скорости. Так, при быстром ее падении давление Р без аккумулятора изменялось бы по кривой В, а фактически изменяется по кривой Г (фиг. 6). Как показано выше, такое запаздывание при замедлении улучшает условия работы трансмиссии.
Однако при разгоне указанное запаздывание может ухудшить динамику разгона транспортного средства, так как переключение на высшие ступени произойдет позже, чем допустимо по тяговым свойствам, на время, необходимое для зарядки аккумулятора через дроссель 14. Для ускорения зарядки параллельно дросселю 14 может подключаться обратный клапан 16, проходное сечение которого больше дросселя. В этом случае зарядка через клапан 16 и дроссель 14 произойдет за время, пренебрезкимо малое по сравнению со временем разгона, а время разрядки не изменится.
В конкретных трансмиссиях диаметр дросселя 14 может составлять, например, 2-3 мм, а рабочий объем аккумулятора (полости 25} - 100 - 150 см. Эти размеры невелики и позволяют устанавливать аккумулятор непосредственно в механизмы гидравлической темы. Кроме описанного, могут применяться и другие типы аккумуляторов - мембранные, пневмогидравлические и др. Величина давления полной зарядки может быт1 больше РугпогС тирная часть кривой на фиг. 4),
Очевидно также, что могут применяться другие типы клапанов автоматического переключения 27 и 28,а точка Ру в трансмиссиях с иным числом ступеней, чем на фиг. 3, будет лежать в зоне, близкой к высшим ступеням, и т.д.
Однако во всех этих случаях.преимуществом предлагаемой трансмиссии является повышение ее надежности за счет предотвращения поломок при экстренных торможениях и повреждениях датчика. Наибольшее значение это имеет для тяжелых транспортных средствсамосвалов, скреперов, .тягачей и т.д., у которых автоматические трансмиссии имеют 5-6 ступеней. Поскольку аккумулятор, ввиду простоты, имеет высокую надежность, его применение повышает безопасность трансмиссии в эксплуатации.
Формула изобретения
o
Автоматическая трансмиссия транспортного средства, содержащая механизм ручного и автоматического управления, связанный гидролиниями с источником
5 рабочей жидкости через фильтр, с регулятором давления, с гидре/ рансформатором, с многоступенчатой коробкой передач с фрикционными муфТс1ми и тормозами, с датчиком угловой скорости
0 выходного вала и с датчиком нагрузки, связанным тягой с педалью акселератора транспортного средства, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и безопасности трансмиссии в эксплуатации за
5 счет предотвращения быстрого падения выходного давления датчика скорости при его повреждениях и при экстренных торможениях транспортного средства, она снабжена дросселем постоянного се0чения, гидравлическим аккумулятором, установленным в гидролинии, соединяющей механизм ручного и автоматического управления с датчиком угловой . скорости выходного вала, обратным
5 клапаном, подключенным к выходной гидролинии датчика скорости параллельно дросселю постоянного сечения, и сигнализаторам неисправности датчика скорости, состоящим из преобразователя
0 перепада давления на упомянутом дросселе в электрический сигнал и электрического указателя, подключенного параллельно дросселю постоянного сечения к выходной гидролинии датчика скорости.
5
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
0
5 по заявке №2357902/27-11,
кл. В 60 К 41/10, 10,05.76.
1 Н 3
9
16
ts
33
v
Фиь. I
