Гидромеханическая передача транспортного средства Советский патент 1980 года по МПК B60K17/10 

(54) ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к гидромехаьшческим передачам, входящим, как составная часть, в трансмиссии преимуществещю наземных транспортных средств, таких как автомобили, тракторы, тягачи и иные подобные Колесные или гусеничные машины, и может быть использовано для рельсового транспорта, например железнодорожных локомотивов. По основному авт. св. № 667424 известна гидромеханическая передача транспортного средства, содержащая неподвижный корпус, в котором размещен комплексный гидротрансформа тор, насосное и турбинное колеса которого связаны соответственно с ведущим и выходным валами передачи, а реактивное колесо связано с указанным корпусом через муфту свободного хода. Гидротрансформатор может быть снабжен управляемой фрикционной муфтой блокировки его насосного и турбинного колес. Передача содержит также трехзйенный планетарный редуктор, i№a звена которого связаны соответственно с насосным и трубинным колесами гидротрансформатора, а третье звено связано С неподвижным корпусом, причем по крайней мере одна из указанных связей звеньев редуктора снабжена подключающим (или разъединительным) устройством, которое в одном из вариантов конструкции вьшолнено в виде управляемых фрикционных тормоза или муфтьь Редуктор может быть вьшолнен в обычном, непланетарном исполнении 1. Принцип работы известной передачи основам на шунтировании насосного и турбинного колес гидротрансформатора на том или 1шом режиме его работы посредством осуществления механической связи между названными колесами с помощью указанного, редуктора вьшопняющего роль щунтирующёго устройства. С учетом постоянства передаточного числа редуктора его подключение на том или ином режиме к колесам гидротрансформатора обеспечивает фиксирование, т.е. неизменность той или иной величины передатошого отношения (или скольжения) гидротрансформатора без изменения направления вращения его колес. Иными словами, шунтирование обеспечивает наперед заданное и не378

изме1шой соотношение между скоростями вращения насосного и турбинного колес.

При работе известной нередачи в тяговом режиме в диапазоне от максимальных до некоторых минимальных значений передаточного отношения гидротрансформатора, последние из которых определяются минимально допустимыми значениями КПД в его рабочем диапазоне, шунтирующее устройство отключено и передача работает как обычный гидротрансформатор.При стремлении к дальнейшему уменьшению передаточного отношения или скорости враше,ния турбинного колеса под влиянием внешней нагрузки со стороны выходного вала и стремлении тем самым к падению КПД ниже у становленного минимального его значения в рабочем диапазоне, автоматически включается шунтирующее устройство, фиксируя тем самым передатЬчное отношение и КПД гидротрансформатора на указанных выше крайних значениях. Этим обеспечивается расширение рабочего диапазона передачи за счет повышения ее КПД при дальнейшем возрастании ънситек нагрузки на выходном валу и замедлении турби шого колеса, что происходит из-за возникновения параллельного гидротрансформатору механического потока мощности через шунтирующее устройство при соответствующем снижении части мощности передаваемой череч гидротрансформатор.

При работе данной передаш в режиме торможения используется как тормозной эффект двигателя, так и тормозной эффект самой передачи, причем последний может быть обеспечен с любой степенью интенсивности в зависимости от принудительного илунтирования колес на том или ином передаточном отношении гидротрансформатора. Это обеспечивается мощностью, нашшающей ш{ркулировать в контуре, образованном гидротрансформатором и шунтирующим устройством (редуктором), при этом потери (тормозная мощность) тем яыш$, чем больще величина циркулирующей мощности в контуре и шже КПД гидротрансформатора на том или ином режиме шунтирования.

Недостаток известной передачи связан с перехощ1ым процессом ее перевода в режим торможения и заключается он в том, что данный переход, как правило, осуществляется с больших значе1щй передаточного отношения гидротрансформатора при выключенном вначале механизме шунтирования к малым его значениям когда этот механизм полностью включен в конце переходного процесса. Перевод колес гидротрансформатора на новый режим относительного вращения производится принудительно посредством буксова1шя фрикционных тормоза или муфты шунтирующего устройства. При растягивании времени включения указанных тормоза или муфты тормозной эффект передачи

первоначально обеспечивается за счет буксования этих элементов при минимальной доле участия гидротрансформатора с последуюищм нарастанием роли последнего и убыванием роли буксования указанных элементов до полного ее исчезновения. Такой процесс связан с повышенным износом фрикционных элементов. При кратковременном же включении, связанным с минимальной работой тормоза или муфты, наблюдается резкое возрастание скорости вращения насосного колеса гидротрансформатора, влекущее возрастание скорости связанного с ним вала двигателя и мошностной нагрузки на гидротрансформатор до величин, могущих превышать номинальные значения.

Цель изобретения - повышение моторесурса передачи путем предотвращения возрастания мошностной нагрузки гидротрансформатора сверх допустимых значений при переводе в режим торможе шя.

Указанная цель достигается тем, что передача снабжена управляемым тормозом, соединенным с реактивным колесом гидротрансформатора . Предполагается при этом, что гидротрасформатор содержит фрикционную муфту блокировки его насосного и турбинного колес.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой гидромеханической; передачи; на фиг. 2 - графики, иллюстрирующие тормозные свойства передачи и мощностную нагрузку на гидротрансформатор при работе гидромеханической передачи в режиме торможения; на фиг. 3 - графики, иллюстрирующие скорости вращения колес гидротрансформатора при работе гидромеханической передачи в режиме торможения; на фиг. 4 - вариант схемы гидромеханической переда1ш с изменением связей звеньев планетарного редуктора с элементами передачи; на фиг. 5 - то же, тормоз шунтирующего .устройства заменен на фрикционную муфту, размещенную на одном из смежных звеньев планетарного редуктора; на фиг. 6 - то же, вариант . с обычным, непланетарным исполнением редуктора шунтирующего устройства.

Передача (фиг. 1) содержит комплексный гидротрансформатор, насосное колеСо 1 которого связано с ведущим валом 2 передачи, который, в свою очере.дь, присоединяется к валу двигателя транспортного средства, как правило, через согласующий редуктор (гитару) или непосредственно. Турбинное колесо 3 гидротрансформатора связано с выходным валом 4 гидромеханической передачи, который, как правило, соединяется со ступенчатой коробкой передач трансмисаш транспортного средства. Реактивное колесо 5 через муфту 6 свободного хода установлено на опоре 7, связанной с неподвижным корпусом, показанном штриховкой Гидротрансформатор снабжен фрикционной управляемой муфтой 8 блокировки его насосного и турбинного колес 1 и 3, а реактивное ко лесо 5 через вал 9 связано с правляемым тормозом 10, который обеспечивает связь этого колеса с неподвижным корпусом (показан штриховкой). Гидромеханическая передача содержит также устройство для шунтирования насосного и турбинного колес гидротрансформ тора, которое выполнено в виде трехзвенного планетарного редуктора одно звено 11 которого (в данном случае - водлло) связано с насосным колесом 1 гидротрансформатора и, следовательно, также и с ведущим валом 2 передачи; другое звено 12 этого редуктора (эпициклическое колесо) связано с турбинныМ колесом 3 гидротрансформатора и, следователь но, также и с выходным валом 4 передачи; третье звено 13 (солнечное колесо) снабжено управляемым тормозом 14, связывающим это звено с неподвижным корпусом (показано - штриховкой). Перечисленные звенья планетарного редуктора взаимодействуют между собой через две группы сателлитов 15, находящихся в зацеплении друг с другом, оси вращения которых укреплены на водила. В тяговом режиме работа предлагаемой передачи осуществляется следующим образом. Система управлега я обеспечивает вькпюченное состояние тормоза 10, и гидротрансфсрматор работает, как обычный комплексный с освобождением реактивного колеса с помощью муфты свободного хода в режиме гидромуфты и остановкой этого колеса в режиме трансфор мации. Тяговый режим делится на два этапа. На первом этапе система управления обеспечивает выключенное состояние .тормоза 14, и планетар ный редуктор, лищенный опорь. реактивного звена 13, вращается вхолостую без нагрузки, не оказывая влияния на работу гидротрансформатора. Свойства передачи на этом этапе тождественны свойствам самого гидротрансформатора. Мощность от двигателя передается валу 2 далее через звено И - к насосному колесу 1, преобразуется гидротрансформатором и передается на турбинное колесо 3 и выходной вал 4 Первый этап охватывает диапазон от максимал ного значения передаточного отнощения гидротрансформатора (лод которым понимается переменное отношение скоростей вращения турби ного колеса к колесу наносному) до некоторого минимального значения указанного передаточ ного отношения, определяемого минимально до пустимыму значением КПД. Таким образом первый этап работы передачи соответствует заранее рабочему диапазону гидротрансформатора. Второй этап работы передачи, характеризуется шунтироваш1ым состоянием колес гидротрансформатора. Передаточное число планетарного редуктора подобрано таким образом, что, при возрастании внешней нагрузки со стороны выходного вала 4 и стремлении гидротрансформатора к дальнейшему уменьшению передаточного отноше1шя с выходом за пределы у1сазанного рабочего диапазона, звено 13 редуктора на границе зтого диапазона останавливается и далее струемится вращаться в противоположную сторону относительно первоначального направления холостого вращения. Но в момент остановки звена 13 или вблизи этого момента система управления обеспечивает включение тормоза 14 практически при отсутствии буксования его фрикционных элементов. С учетом постоянства передатошого числа редуктора, передаточное отношение и КПД пшротрансформатора фиксируются на достигн}том значении и остаются неизменными при дальнейшем возрастании внешней нагрузки на валу 4 и пропор1шональном друг другу замедяеш1и турбинного и насосного колес. Возрастание внешней нагрузки на этом этапе приводит к возт1кновению и последовательному возрастанию механического потока , параллельного гидротрансформатору при соответствующем С1шжении мощности, передаваемой через гидротрансформатор: мощность от двигателя через ведущий вал 2 и звено 11 передается к насосному 1 и далее к турбинному 3 колесу и от него - к выходному валу 4 с прогрессивным уменьшением своей величины, б то время, как второй поток от вала 2 и через звено 11 передается (через сателлиты 15)к звену 12 и далее к валу 4 с прогрессивным возрастанием своей величины. Отсюда следует повь щет1е общего КПД передачи и расщире1ше ее рабочего диапазона по сравнению с рабочим диапазоном гидротрансформатора, проявляемым особенно при работе двигателя На частичных нагрузках. При уменьшении внешней нагрузки и возрастании скорости вращения выходного вала процесс происходит в обратном порядке: работа передачи с защунтированнь м гидротрансформатором, затем отключение механизма шунтирования путем вьпслючения тормоза 14 и переход на этап работы обычного гидротрансформатора. Для повышения КПД в зоне максимальных скоростей вращения выходного вала и турбинного колеса может использоваться режим блокировки с помошью муфты 8. В последнем случае работа передачи в тяговом режиме будет разделяться, чевидно, на три этапа. Трогание с места осуествляется принудительным отсоединением шунирующего устройства путем выключе}шя тормоза 14, что дает возможность вьгхода гидротранформатора на обычньш стоп-режим. Передача,

при необходимости, обеспечивает также надежную заводку двигателя при движении транспортного средства на буксире или под уклон.

Особенностью работы предлагаемой передачи является режим торможения, который обеспечивается сокращением до минимума подачи топлива в двигатель и принудительным включе1шем тормоза 14 шунтирующего устройства. В отличие от известного включению тормоза 14 предшествует блокирование с помощью муфты 8 насоского и турбинного колес гидротрансформатора при одновременном включе ши тормоза 10 реакгавного колеса гидротрансформатора, что является первым этапом торможения. Таким образом, включение тормоза 14 являтся вторым этапом торможения, которому предшествует выключение блокирующей муфты 8 и, при необходимости, тормоза 10.

Для наглядного пояснения укаэа1шого. отличия рассмотрим прежде процесс работы в режиме торможе шя известной передачи, когда не используется муфта 8 и отсутствует тормоз 10.

При включении тормоза 14 передаточное отношение гидротрансформатора, установившееся перед этим, принудительно переводят на новое значение, диктуемое планетарным редуктором.. Например, с передаточного отношения, близкого к единице, гидротрансформатор переводят на передатошое отношение 0,61 путем некоторого скорости вpaшe шя турбинного колеса 3 и более знаштельного возраста тя скорости насосного колеса 1 вместе с валом 2 и двигателем. При полностью включенном тормозе 14 турбинное колесо 3, будучи механически через планетарный редуктор связанным с насосным колесом 1, вращается в ту же сторону и строго пропорционально ему с некоторым отставанием по скорости, как и обычно при работе гидротрансформатора в тяговом режиме, однако с фиксированным скольжением межд.у колесами.

Другой особе1шостью является появление механической связи турбинного колеса 3 через звено 12, сателлиты 15, звено 11 и вал 2 с двигателем, как и в случае шунтирования в тяговом режиме работы передачи. Тормозной эффект в данном случае складывается и использования тормозных возможностей двигателя и тормозных возможностей передачи следующим образом.

Тормозная мощность (энергия движу1Д {Хся масс) от ведущих колес транспортного средства через трансмиссию передается валу 4 гидромеханической передачи и далее к звену 12 планетарного редуктора. Далее эта мощность делится на два потока. Первый из них через сателлиты 15 и звено 11 направляется к валу 2 и дапее поглощается двигателем, находящемся в тормозном режиме работы. Второй поток от звена 12 через сателлиты 15 направляется к насосному

колесу 1 гидротрансформатора, от которого с потерями, определяемыми КПД последнего, передается к турбинному колесу 3 и далее к звену 12 и вновь к насосному колесу 1 (суммируясь перед этим с мощностью на валу 4), образуя таким образом замкнутый циркулирующий поток мощности в гидромеханической передаче. Очевидно, что чем меньше КПД гидротрансформатора и чем больще поток циркулирующей мощности, проходящей через него, тем больше потери мощности и тем эффективнее торможение, создаваемое гидромеханической передачей. Это происходит при уменьшении величины фиксированного передаточного отношения гидротрансформатора путем выбора соответствующего значеш1я передаточного числа планетарного редуктора. Однако при выбранной суммарной (двигатель + передача) тормозной характеристике, которой соответствует, например кривая оа (фиг. 2), где по оси абсцисс дана скорость вращения п выходного вала 4, а по оси ординат - суммарная тормозная мощность N4 на этом валу, выход на данную характеристику, начиная, например, с максимальной скорости (точка Ь) может быть осуществлен за счет буксования тормоза 14 (фиг. 1) по характеристике be (фиг. 2), где точка с соответствует полностью включенному состоянию тормоза 14 и максимально допустимой скорости HI насосного колеса в точке d (фиг. 3), а также максимально допустимой мощностной нагрузке Nj на этом колесе в точке е (фиг. 2).

Таким образом, первь Й этап торможения известной передачи обеспечивается за счет буксоваш{Я тормоза 14 (точка b на фиг. 2) с последующим уменьшением и исчезновением его роли в точке с, где торможение уже целиком обеспечивается за счет гидромеха1шческой передачи и двигателя по кривой со, которая соответствует второму этапу торможения. Очевидно, что первый этап в диапазоне bf характерен недостатоадым средним тормозным эффектам (характеристика be) и износом тормоза 14 (фиг. 1) при буксовшши его фрикционных элементов. Сужение диапазона bf (фиг. 2) смещением точки f вправо путем более кратковременного процесса включения тормоза 14 приводит к переходу от характеристики bd (фиг. 3) к характеристике с более крутым подъемом, что в теоретическом пределе изображено вертикальн Ь д, когда турбинное колесо не успело отреагировать изменеггием скорости своего вращения. В этом случае скорость насосного колеса в точке g становится выше допустимой (точка d), что одновременно влечет за собой повышение мощностной нагрузки на этом колесе с допустимых значений в точке е (фиг. 2) до значений сверху допустимых в точке h и, одновременно. 97 к чрезмерной тормозной мощности гидромехани ческой передачи (точка а на фнг. 2). Первьш этам торможения предлагаемой передачи осуществляется одновременным включением муфты 8 блокировки (фиг. 1) и тормо за 10. При этом гидротрансформатор обращается в гидродинамический тормоз за счет того, что насосное 1 и турбинное 3 колеса вращаются с одинаковой скоростью, а в их круге Щ1ркуля ции установлено сопротивление в виде, неподвиж ного реактивного колеса 5. Поглощение энергии поступающей на вал 4 со стороны ведущих колес обеспечивается потерями в гидротрансформа торе При подводе мощности к турбинному колесу 3 и насосному колесу 1 (через муфту 8), а также двигателем через муфту 8, звено 11 н вал 2. При этом суммарный тормозной эффект характеризуется кривой ko на фиг. 2, где его величина в точке k не превышает максимально установленной (см. точку с). Скорость вращения колеса в точке / (фиг.З и мощностная нагрузка на этом колесе в точке m (фиг. 2) также не превышают допустимых значений, характеризуемых соответственно точками d и е на этих графиках, з противоположность сверх допустимых значениям в точках g и h для известной 1ередачи. Замедление вала 4 (фиг. 1) и машины в целом на рассматриваемо этапе торможешш осуществляется от максимальной скорости в точке b (фиг. 2) до некоторой средней скорости в точке f, после чего систем управления обеспечивает выключега1е муфты 8 (фиг. 1) и, при необходимости, тормоза 10 (что не обязательно), а также включение тормо за 14 шунтирующего устройства. Это приводит к переходу от первого этапа торможения по кри вой kp (фиг. 6) ко второму эталу по кривой сх, характерной, для известной передачи при этом данный переход даже при теоретически мгновенном переключении (вертикаль рс) не приводит к возрастанию установленного максимального тормозного усилия значеш{я в точке с, а также к возрастанию скорости вращения насосного колеса и его мощностной нагрузки сверх допустимых значений при соответствующих переходах с характеристики tg и mr На фиг. 2 и 3 на характеристики do и ео, Средняя величина тормозного эффекта на первом этапе для предлагаемой гидромеха1шческой передачи выше, чем у известной передачи, если нить соответствующие им площади под характеристиками kp и be (фиг. 2), а также учесть, что торможение для предлагаемой передачи на данном этапе обеспечивается за счет гидротрансформатора, а не частичного буксования тормоза 14 (фиг. 1), являющегося недостатком известной передачи. Связи звеньев предлагаемой гидромеханичес кой передачи не исчерпываются схемой, изобра1же1шой на фиг, 1. Например, на схеме по фиг.4 роль звеньев 11 и 12 планетарного ред тстора, связанными соответственно с насосКыЕм 1 и турбинным 3 колесами гидротрансформатора, вьгаолняют (в отлнше от схемы по фиг. ) соответственно эпициклическое колесо н водило. При этом сателлиты 15, вместо двух, образуют одну группу. При1щип работы гидромеханической передачи при такой перестановке звеньев планетарного редуктора остается неизменным, при этом тормоз И на показанных схемах передачи может быть заменен фрикционной муфтой, расположенной на любом из двух др)тих звеньев планетарного редуктора, как, например. показано на фиг. 5 применительно к схеме на фиг. 4. В этом сл)ае реактивное звено 13 (фиг. 5) постоянно замкнуто на неподвижньй корпус, а подключение шунтирующего устройства обеспечивается муфтой 14. Принщп работы передачи при этом остается неизменным, отличаясь лишь тем, что в тяговом режиме шунтиров.гнис колес гидротрансформатора путем включения муфты 14 осутцествляется после достижения естественной синхронизации скоростей ее ведущей и ведомой частей, в то время, как для схем по фиг. I и 4 включеш1е тормоза 14 в тяговом режиме осуществляется после естественной остановки звена 13 планетарного . Наконец, редуктор игунтирующего У РОЙства может быть представлен не только в планетарном, но и в обычном исполнении, как, например, показано на фиг. 6. Здесь дая наглядности номера позищ{й совпадают с номерами позиций тех элементов планетарного редуктора на предьщущих схемах, которые эквивалентны аналогичным связям и вьшолняют одинаковую роль. Шунтирование колес гидротрансформатора в случае (фиг. 6) обеспспшается включением фрикционной муфты 14, чем осуществляется фиксирование передаточного отношения гидротрансформатора на заданном значении путем подключения соответствующей мехаш ческой связи между насосным и турбинным колесами с помощью редуктора, образованного парами зацепляющихся зубчатых колес 11, 15 и 12, 15 и связи 13 между ними, которая одновременно вьшолняет роль реактивного звена, будучи через подшипники установленной в неподвижном корпусе передачи, показанном на фиг. 6 штриховкой. При выходе предлагаемой передачи в режим торможения с максимальной скорости вращения выходного вала при кратковременном включешш муфты 8 и тормоза 10 (фиг. 1) скорость вращения насосного колеса изменяется от значения b до значения 6 (фиг. 3), не превьпиающего максимально допустимой скорости в точке d. При этом максимальная мощностная нагрузка на насосном колесе (т на фиг. 2) и

и78

тормоэнал мощность на выходе (k на фиг. 2) также не превышают установленных значений соответственно в точках е и с. Торможение на данной ступени по кривой kp (фиг. 2) осуществляется при снижении скорости выходного вала до точки f настолько, обы даже при теоретически мгновенном переходе на второй этап торможения вклю юнием тормоза шунтирующего устройства обеспечить возрастание скорости насосного колеса от точки q (фиг. 3) по вертикали не свыще, чем максимально допустимая скорость в точке d. При этом переходы re и рс (фиг. 2) осуществляются до значений не свыще первоначально заданных.

Предлагаемая передача устраияст недостаток известной передачи при кратковременном включении тормоза или муфты щунтирующего устройства, что повышает, срок службы передачи. Одновременно достигается уменьшение степени возрастания скорости вращения насосного колеса и вала двигателя, при этом в тяговом режиме работы сохраняется расигаренный диапазон высоких значений КПД. Кроме того, передача обеспечивает высокую среднюю тормозную мощ12

ность на первом этапе торможения в дипазоне bf (фиг. 2), что видно из сопротивления площадей под характеристиками be для: известной передачи и kp для предлагаемой передачи, последняя из которых вьпие на 10-15%.

Формула изобретения

Гидромеханическая передача транспортного средства по авт. ев, N 667424, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения моторесурса путем предотвращения возрастания мощностей нагрузки гидротрансформатора сверх допустимых значений при переводе, передачи в режим торможения, она снабжена управляемым тормозом, coeдииeJнным с реактивным колесом гидротрансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 667424 по заявке N 2031257/27-11, кл. В 60 К 17/10, 03.06.74.

NI

/I

/I / I

/1

/I

/

/

0

/

4г./

11

6 Т , jT

1 15

15

иг.Ь