Результат интеллектуальной деятельности: Гидромеханическая передача транспортного средства

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях самоходных машин.

Известна гидромеханическая передача шведской компании SRM, предназначенная для тяжелых самоходных машин, которая содержит гидродинамический трансформатор с реактором зависимого вращения, насосным и турбинным колесами, соединенными соответственно с входным и выходными валами передачи, трехзвенный планетарный зубчатый механизм, состоящий из водила с сателлитами, солнечной и коронной шестернями и два тормоза, позволяющих затормаживать или отпускать водило планетарного механизма или реактор (патент США №2853855, 1958 г.). Данная передача характеризуется высоким максимальным значением коэффициента трансформации К вращающего момента двигателя (К≈8-10), высоким тяговым усилием на режиме малых передаточных отношений (i=0-0,4). Недостатком такой передачи является отсутствие передачи заднего хода, что требует ее сопряжения с механизмом, обеспечивающим движение самоходной машины задним ходом.

Известен гидротрансформатор с принудительным вращением реактора, содержащий насосное колесо центробежного типа, турбинное колесо центростремительного типа, колесо реактора осевого типа, планетарный редуктор, связывающий колесо реактора и колесо турбины с возможностью вращения колеса реактора в сторону, противоположную в сторону вращения колеса турбины, тормоз водила планетарного редуктора и тормоз реактора (патент РФ №2456492, МПК⁸ F16H 47/08, 2012 г.). В отличие от передачи SRM данный гидротрансформатор обладает более широким рабочим диапазоном благодаря режиму гидромуфты, однако для его использования в трансмиссиях самоходных транспортных машин необходимо устройство, обеспечивающее режим заднего хода (например, реверс-редуктор).

В качестве прототипа выбрана гидромеханическая передача транспортного средства по а.с. №1756179, МПК⁵ В60K 17/10, 1992 г., содержащая гидротрансформатор с реактором зависимого вращения, насосным и турбинным колесами, соединенными соответственно с входным и выходными валами передачи, трехзвенный планетарный механизм, состоящий из водила с сателлитами, солнечной и коронной шестерен, тормозные устройства водила, реактора, коронной шестерни и турбинного колеса, снабженная тремя муфтами свободного хода, соединяющими соответственно турбинное колесо, водило и коронную шестерню с выходным валом, тормозом турбины и тормозным механизмом. Данная гидромеханическая передача обеспечивает возможность движения самоходного транспортного средства задним ходом. Однако конструкция указанной гидромеханической передачи обладает существенными недостатками. Во-первых, наличие муфт трех свободного хода, установленных на выходном валу передачи и воспринимающих высокую нагрузку, в определенной мере снижает надежность передачи вследствие интенсивного износа фрикционных элементов муфт свободного хода в процессе их многократного заклинивания и расклинивания. Во-вторых, недостатком такой гидромеханической передачи также является отсутствие разрыва движения от приводного двигателя самоходной машины при заполненном рабочей жидкостью гидротрансформаторе, поскольку существует постоянная механическая связь турбинного колеса и реактора гидротрансформатора с выходным валом передачи через соответствующие муфты свободного хода. Опорожнение гидротрансформатора для разрыва движения от двигателя к выходному валу передачи не является рациональным решением, поскольку на опорожнение рабочей полости гидротрансформатора и заполнение ее рабочей жидкостью затрачивается определенное время, что ухудшает динамические свойства гидромеханической передачи и транспортного средства в целом.

Задача заявляемого технического решения состоит в расширении эксплуатационных возможностей и повышения надежности гидромеханической передачи транспортного средства, обеспечивающей режимы переднего и заднего хода, использующей гидротрансформатор с реактором зависимого вращения, трехзвенный планетарный механизм и элементы управления в виде тормозов и соединительных муфт, путем обеспечения режима разъединения входного и выходных валов без принудительного опорожнения гидротрансформатора.

Указанная задача решается тем, что гидромеханическая передача транспортного средства, содержащая гидротрансформатор с реактором зависимого вращения, насосным и турбинными колесами, соединенными соответственно с входным и выходными валами передачи, трехзвенный планетарный механизм, состоящий из водила с сателлитами, солнечной и коронной шестерен, тормозные механизмы реактора, водила, турбинного колеса и коронной шестерни, три сцепные муфты, соединяющие соответственно турбинное колесо, водило и коронную шестерню с выходным валом, причем, сцепные муфты выполнены управляемыми и расположенными вне гидротрансформатора и с ним соосно со стороны входного вала и со стороны выходного вала.

На Фиг. 1 изображена кинематическая схема первого варианта гидромеханической передачи транспортного средства, оснащенной унифицированным четырехколесным одноступенчатым комплексным гидротрансформатором, в которой тормоз турбины гидротрансформатора установлен со стороны входного вала. На Фиг. 2 изображена кинематическая схемы второго варианта гидромеханической передачи транспортного средства, оснащенной унифицированным четырехколесным одноступенчатым комплексным гидротрансформатором, в которой тормоз турбины гидротрансформатора установлен со стороны выходного вала.

Гидромеханическая передача содержит корпус 1, гидротрансформатор 2 с реактором 3 зависимого вращения, насосным и турбинным колесами 4 и 5, соединенных соответственно с входным и выходным валами 6 и 7, трехзвенный планетарный механизм 8, состоящий из водила 9 с сателлитами 10, солнечной шестерни 11 и коронной шестерни 12, причем реактор 3 соединен с солнечной шестерней 11 посредством полого вала 13. Управление гидромеханической передачей осуществляется с помощью тормозных механизмов и управляемых сцепных муфт. Тормозные механизмы 14, 15, 16 и 17 предназначены соответственно для турбинного колеса 5, вала 13, водила 9 коронной шестерни 12. Сцепные муфты 18, 19 и 20 связывают выходной вал 7 соответственно с турбинным колесом 5, водилом 9 и короной шестерней 12. Реактор 2 установлен на муфте свободного хода 21. В четырехколесном исполнении гидротрансформатор 1 может быть оснащен вторым реактором 22, установленным на муфте свободного хода 23.

Работает гидромеханическая передача следующим образом.

В исходном состоянии все тормозные механизмы и сцепные муфты выключены. На первом режиме переднего хода включены сцепные муфты 18 и 20, соединяющие турбинное колесо 5 и коронную шестерню 12 трехзвенного планетарного механизма 8 с выходным валом 7, и включен тормозной механизм 16, останавливающий водило 9. Сцепная муфта 19 выключена. Вращение от двигателя через входной вал 6 передается насосному колесу 4, которое создает поток и напор рабочей жидкости в гидротрансформаторе. Турбинное колесо 5 приводит во вращение выходной вал 7. Выходной вал 7 через включенную муфту 20 также приводит во вращение коронную шестерню 12. Вращение от коронной шестерни 12 через сателлиты 10 передается солнечной шестерне 11, которая через вал 13 вращает реактор 2 в сторону, обратную направлениям вращения насосного и турбинного колес 4 и 5 соответственно. Муфта свободного хода 21 при этом заклинена. При наличии в гидротрансформаторе 2 второго реактора 22 этот реактор неподвижен благодаря заклиненной муфте свободного хода 23. Данный режим движения самоходной машины имеет место при разгоне в диапазоне передаточных отношений гидротрансформатора от 0 до 0,4.

На втором режиме переднего хода сцепная муфта 18 включена, сцепные муфты 19 и 20 выключены. Тормозные механизмы 14, 16 и 17 выключены. Тормозной механизм 15 включен и останавливает вал 13. Гидротрансформатор 2 начинает работать в одноступенчатом режиме с неподвижным реактором 3 (или реакторами 3 и 22). Турбинное колесо 5 через включенную муфту 18 вращает выходной вал 7. Трехзвенный планетарный механизм 8 в этом режиме не задействован. Переход гидротрансформатора 2 на режим гидромуфты в зоне больших передаточных отношений (более 0,8) осуществляется после расклинивания муфт свободного хода 21 и 23.

На режиме заднего хода сцепные муфты 18 и 20 выключены, сцепная муфта 19 включена, соединяя водило 9 с выходным валом 7. Тормозные устройства 15 и 16 выключены, а тормозные устройства 14 и 17 включены, останавливая соответственно турбинное колесо 5 и коронную шестерню 12. Под действием потока рабочей жидкости, выходящей из неподвижного турбинного колеса 5, реактор 3, вращается в сторону, обратную направлению вращения насосного колеса 4. Реактор 3 через заклиненную муфту свободного хода 21 и вал 13 приводит во вращение солнечную шестерню 11. Трезвенный планетарный механизм 8 при неподвижной коронной шестерне 12 и ведомом водиле 9 работает как понижающий редуктор прямого хода, компенсируя снижение коэффициента трансформации гидротрансформатора 2 на 1 при обратном ходе. Если гидротрансформатор оснащен вторым реактором 22, то реактор 22 неподвижен, так как муфта свободного хода 23 заклинена.

Режим динамического тормоза осуществляется при включенных сцепных муфтах 18 и 19, сцепная муфта 20 при этом выключена. Тормозное устройство 17 включено, а тормозные устройства 14, 15 и 16 выключены. Трехзвенный планетарный механизм 8 работает как повышающий редуктор, ведущим звеном которого является водило 9, ведомым звеном - солнечная шестерня 10, а неподвижным звеном -коронная шестерня 12. Солнечная шестерня 10 через вал 13 и заклиненную муфту свободного хода 21 приводит во вращение реактор 3. Выходящий из турбинного колеса 5 поток рабочей жидкости и реактор 3 имеют противоположные направления движения, что создает тормозной момент на выходном валу 7.

При одновременном попарном включении сцепных муфт 18, 19, 20 и соответствующих им тормозных механизмов 14, 16, 17 (либо всех указанных сцепных муфт и тормозных механизмов одновременно) осуществляется режим торможения выходного вала 7 и, соответственно, трансмиссии самоходной машины.

Для автоматического управления всеми муфтами и тормозными устройствами гидромеханической передачи может быть задействована ее гидравлическая система.

Применение предлагаемого изобретения позволяет расширить эксплуатационные возможности и повышения надежности трансмиссии транспортного средства за счет дополнительных режимов работы по сравнению с прототипом.