механизм поворота транспортного средства

Формула изобретения

МЕХАНИЗМ ПОВОРОТА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащий неподвижный корпус, входной и выходной валы, зубчатую передачу, муфты поворота, тормоза и гидросистему управления, отличающийся тем, что каждая муфта поворота представляет собой гидрообъемную муфту, включающую в себя внутренний корпус и охватывающий его наружный подвижный корпус, при этом гидрообъемные муфты соединены между собой посредством неподвижного корпуса, концевые части которого размещены внутри наружного подвижного корпуса каждой гидрообъемной муфты с образованием жидкостью промежуточного звена в кинематической цепи механизма поворота, связывающего входной и выходной валы, с выполнением функции звена управления гидрообъемных муфт в гидросистеме, смонтированной из идентичных независимых замкнутых контуров, включающий в себя 3-позиционный 7-линейный золотниковый распределитель, напорную магистраль, сообщенную с гидроаккумулятором, регулируемый дроссель, переливной защитный клапан, фильтрующий элемент и обратные клапаны, встроенные в магистрали контура, сообщенные с баком подпитки через обратные клапаны и с параллельным управлением, обеспечивающим периодическое функционирование гидрообъемных муфт в качестве гидротормоза, гидронасоса и гидромотора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трансмиссиям транспортных средств, в частности к механизмам поворота, и предназначено для использования в быстроходных машинах.

Известны традиционные гидромеханические трансмиссии гусенечных тракторов, например тракторов 31 и 41В фирмы "Фиат Аллис". Трансмиссии этих тракторов имеют моделирующую муфту сцепления, установленную между двигателем и гидротрансформатором, коробку передач с неподвижными осями валов, быстродействующий реверсивный механизм и механизм поворота, состоящий из бортового фрикционного механизма, в котором управление фрикционными муфтами осуществляется с помощью гидросистемы, тормозов к фрикционным муфтам, двухступенчатую комбинированную конечную передачу, первая ступень которой имеет валы с неподвижными осями, а вторая планетарный механизм.

Недостатками механизма поворота этой трансмиссии являются невозможность получить фиксированное значение текущего радиуса поворота;

большая часть энергии переводится в тепло, так как буксование пар трения приводит к повышенному нагреву;

значительный износ пар трения.

Известна трансмиссия гусеничной машины, в которой имеется механизм поворота. Механизм поворота известной гусеничной машины состоит из бортовых редукторов, ведущих колес. При этом каждый редуктор связан с водилом, имеющим тормоз, солнечные шестерни, а также гидронасос и гидротормоз, необходимые для работы трансмиссии гусеничной машины.

Недостатками механизма поворота являются

сложность компановочной схемы, т.к. наличие в ней фрикционов и гидрообъемной передачи усложняет конструкцию;

фрикционный механизм работает за счет сил трения, что сопровождается значительным износом контактирующих пар трения и повышенным их нагревом.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является механизм поворота принятый за прототип.

Он содержит входной вал, с размещенной на нем конической шестерней, помещенной на другой вал, на котором размещены фрикционные муфты поворота, тормоза муфт, шестерни конечных передач, связывающих полуоси с установленными на них ведущими колесами транспортного средства. Тормоза размещены и входят во взаимодействие с наружным корпусом фрикционных муфт, причем внутри корпусов размещены фрикционные диски. Фрикционные муфты поворота управляются с помощью гидросистемы, в которую входят гидролинии и необходимые органы управления гидросистемой.

Достоинствами вышеописанного механизма поворота трактора является простота устройства и невысокая себестоимость.

Недостатками прототипа являются

интенсивный износ фрикционных муфт, работающих в условиях повышенного трения;

невозможность получения необходимого зазора в парах трения муфт, что затрудняет обеспечение плавности движения при повороте;

недостаточный обмен и отвод тепла, возникающего в сопрягаемых частях фрикционных муфт, что снижает долговечность и надежность механизма поворота, а также ограничивает использование механизма в транспортных средствах с тяжелыми условиями работы;

тормозной момент, возникающий при эксплуатации механизма поворота реализуется непосредственно на корпусе самой машины, что приводит к нерациональному использованию энергии двигателя и снижает эффективность работы, при этом конструктивное исполнение известного устройства не обеспечивает долговременное ходоуменьшение транспортного средства или при движении по кривой с фиксированным значением текущего радиуса;

гидравлическая схема управления фрикционными муфтами требует дополнительного источника энергии в виде гидронасоса, что способствует нерациональному использованию энергии двигателя транспортного средства;

жидкость, циркулирующая в гидросистеме управления, используется только для сжатия пружин фрикционных муфт, при этом потенциальная возможность жидкости как рабочего тела с применением всех ее свойств используется неполностью.

Задачей, решаемой изобретением, является расширение функциональных возможностей механизма поворота транспортного средства за счет замены фрикционных муфт поворота гидрообъемными муфтами и повышением надежности и долговечности механизма поворота. Это обеспечивается тем, что механизм поворота транспортного средства, содержащий входной и выходной валы, зубчатую передачу, муфты поворота, тормоза и гидросистему управления, оборудован гидрообъемными муфтами, соединенными между собой неподвижным корпусом, концевые части которого размещены внутри наружного подвижного корпуса каждой гидрообъемной муфты, при этом в наружном подвижном корпусе также установлен еще и внутренний подвижный корпус, гидрообъемные муфты выполнены с возможностью дополнительного использования циркулирующей в них рабочей жидкости в виде промежуточного звена в кинематической цепи механизма поворота, а гидросистема управления смонтирована из идентичных независимых замкнутых контуров при заданных режимах, обеспечивающих периодическое функционирование гидрообъемных муфт в виде гидротормоза или гидронасоса, или гидромотора без дополнительного источника энергии.

Указанная совокупность отличительных признаков, заявляемых в формуле изобретения, заключающаяся в наличии новых элементов, а именно гидрообъемных муфт, используемых вместо фрикционных, взаимосвязи между ними в виде общего неподвижного корпуса, соединяющего обе гидрообъемные муфты в единичный механизм, а также наличие дополнительного промежуточного звена в виде жидкости с использованием ее в гидрообъемных муфтах в качестве рабочего тела в кинематической цепи механизма поворота, а также оборудование гидросистемы управления независимыми замкнутыми идентичными контурами, обеспечивающими при определенных заданных режимах периодическое функционирование гидрообъемных муфт механизма поворота в виде гидротормоза, или гидронасоса, или гидромотора без использования дополнительного источника энергии, позволяет расширить функциональные возможности помимо его прямого назначения, т.е. бесступенчатого регулирования радиуса кривизны поворота. Механизм поворота обеспечивает повышение надежности и долговечности трансмиссии.

Помимо этого механизм обладает рядом дополнительных достоинств:

появляется возможность плавного регулирования скоростей, получения "ползучей" скорости (ходоуменьшения) и длительной работы в этом режиме благодаря наличию гидрообъемных муфт и регулированию в них расхода жидкости;

появляется возможность периодической работы гидрообъемных муфт механизма поворота в качестве гидротормоза, гидромотора, гидронасоса благодаря оборудованию гидросистемы управления отдельными, независимыми, идентичными замкнутыми контурами, связанными с роторам и статорами гидрообъемных муфт с использованием в них жидкости в качестве рабочего тела и являющегося промежуточным звеном в кинематической цепи механизма поворота;

возможна длительная работа при относительном крутящем моменте по валам, а также длительная работа при заданном крутящем моменте по валам механизма поворота, возможность длительно воспринимать перегрузки по крутящему моменту;

обеспечивается минимальный износ сопрягаемых деталей гидрообъемных муфт, благодаря их конструкции, в которой наличие гидроклина между контактирующими поверхностями создает благоприятные условия работы, надежность и долговечность устройства;

обеспечивается хороший теплообмен в гидрообъемных муфтах механизма в виде наличия циркуляции жидкости в корпусах гидрообъемных муфт, что также увеличивает надежность и долговечность механизма, этому способствует и возможность удаления продуктов износа через имеющиеся в гидросистеме управления муфтами фильтрующие элементы.

Достоинством механизма является также и то, что механизм поворота может найти широкое применение в различных областях техники, например в судостроении, робототехнике, в области вооружения и т.д.

На фиг. 1 показан общий вид механизма поворота; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Механизм поворота транспортного средства для однопоточной схемы содержит две гидрообъемные муфты 1, 2, каждая из которых имеет наружный подвижный корпус, выполненный в виде статора 3(4). Внутри статоров 3,4 установлены внутренние подвижные корпуса, выполненные в виде роторов 5,6. Гидрообъемные муфты 1,2 соединены между собой общим неподвижным корпусом 7, торцевые части которого размещены в подвижных статорах 3,4 и выполнены также в виде роторов 8, 9. Входной вал 10 механизма поворота соединяет коробку передач (КП) с конической шестерней 11, находящейся внутри неподвижного корпуса 7. Коническая шестерня 11 входит в зацепление с конической шестерней 12, установленной на валу 13, размещенном коаксиально в корпусе 7. Ведущие колеса 14,15 через бортовые редукторы 16,17 жестко соединены с торцами подвижных корпусов, т.е. статоров 3,4 гидрообъемных муфт, выходными валами 18,19. Привод механизма осуществляется через коробку передач от двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Гидравлическая схема управления механизмом поворота содержит три независимых замкнутых контура 20,21,22, связанных с баком подпитки 23 через обратные клапаны 24-29. Гидравлический контур 20 управления гидрообъемной муфтой 1 идентичен гидравлическому контуру 22 управления гидрообъемной муфтой 2.

Гидравлический контур 20 содержит золотниковый распределитель 30, напорную магистраль 31, систему контрольно-измерительных приборов 32, гидроаккумулятор 33, дроссель 34, переливной защитный клапан 35, фильтрующий элемент 36, обратные клапаны 37, 38, магистрали контура 39,40.

Гидравлический контур 21, содержащий аналогичную схему, является связующим гидравлическим контуром гидрообъемных муфт 1,2 и представляет классическую схему гидравлического замкнутого контура с параллельным управлением. Гидравлический контур 21 содержит золотниковый распределитель 41, напорную магистраль 42, систему контрольно-измерительных приборов 43, гидроаккумулятор 44, дроссель 45, переливной защитный клапан 46, фильтрующий элемент 47, обратные клапаны 48, 49, магистрали контура 50, 51.

Гидравлический контур 22 содержит золотниковый распределитель 52, напорную магистраль 53, систему контрольно-измерительных приборов 54, гидроаккумулятор 55, дроссель 56, переливной защитный клапан 57, фильтрующий элемент 58, обратные клапаны 59,60, магистрали контура 61,62. Подпитка всех указанных магистралей гидравлических контуров 20,21 и 22 осуществляется из бака 23 жидкостью 63, при этом жидкость служит в качестве рабочего тела в гидрообъемных муфтах 1,2 и является промежуточным звеном в кинематической цепи механизма поворота транспортного средства.

Механизм поворота работает следующим образом. I режим полное торможение.

При стоянке на месте двигатель не запущен, коническая пара 11, 12, связанная с коробкой передач валом 10, не вращается. Вал 13, на котором жестко закреплена шестерня 12, остановлен и находится в свободном состоянии, т.к. передача в коробке передач не включена, дроссели 34 и 56 независимых замкнутых гидравлических контуров 20 и 22 управления гидрообъемными муфтами 1,2 полностью открыты, жидкость имеет возможность свободно циркулировать в этих контурах. Цепь ведущих элементов разобщена с ведомыми. При наличии приведенного момента со стороны ведомых элементов (транспортное средство находится на уклоне) статор 3 и статор 4, жестко связанные с ведущими колесами 14,15 через бортовые редукторы 16,17 и выходные валы 18,19, проворачиваются, чем заставляют двигаться жидкость в магистрали 50 встречными потоками. С повышением давления золотниковый распределитель 41, срабатывающий по давлению, соединяет магистраль 50 при движении транспортного средства вперед и напорную магистраль 42. Жидкость наполняет гидроаккумулятор 44, служащий демпфером, и поступает к системе контрольно-измерительных приборов 43. Дальнейшее продвижение жидкости невозможно, т.к. дроссель 45 закрыт полностью. В гидрообъемных муфтах 1,2, жидкостью создается гидравлический клин, который замыкает приведенный момент со статоров 3 и 4 через роторы 8 и 9 на неподвижный корпус 7 механизма поворота. Данный режим можно назвать режимом полного торможения или стоповым режимом механизма поворота, при этом гидромуфты 1,2, работают в режиме гидротормоза. II режим накат.

Неполное открытие дросселя 45 приводит к падению давления в напорной магистрали 50. Статоры 3 и 4 получают некоторую свободу и проворачиваются относительно неподвижных роторов 8 и 9. Жидкость поступает из магистрали 50 через золотниковый распределитель 41, срабатывающий по давлению, в напорную магистраль 42, далее через дроссель 45 частично через параллельно включенный фильтрующий элемент 47 и включенный последовательно обратный клапан 49 в сливную магистраль 51, являющуюся всасывающей магистралью для гидрообъемных муфт 1и 2 при движении транспортного средства вперед накатом или на буксире. III режим прогрев.

Механизм поворота находится в режиме полного торможения, т.е. в первом режиме. Двигатель запущен, передача в коробке передач включена. Вал 10 через коническую пару 11, 12 приводит во вращение вал 13, который вращает роторы 5 и 6 гидрообъемных муфт 1,2, работающих в режиме насосов. Жидкость в независимом замкнутом гидравлическом контуре 20 поступает к золотниковому распределителю 30, срабатывающему по давлению, и попадает в напорную магистраль 31, частично расходуясь на заполнение гидроаккумулятора 33, служащего демпфером, в систему контрольно-измерительных приборов 32. Далее жидкость проходит через неполностью закрытый дроссель 34 и далее по магистрали в параллельно включенный фильтрующий элемент 36 к обратному клапану 37, соединяющему эту магистраль со сливной магистралью гидрообъемной муфты 1. Движение жидкости в независимом замкнутом контуре 22 абсолютно идентично. Из магистрали 62 жидкость через золотниковый распределитель 52 и напорную магистраль 53 поступает в магистраль 61. Мятие жидкости при высоких давлениях приводит к нагреву ее объема в контурах 20,22. Такой режим можно назвать "режим прогрева" контуров 20 и 22. IV режим трогание и продолжение прогрева.

Двигатель запущен, передача в коробке передач включена, механизм поворота находится в режиме прогрева жидкости в независимых гидравлических контурах 20,22. При плавном открытии дросселя 45 транспортное средство плавно трогается с места. Двигаясь с небольшой скоростью, некоторое время удерживают дроссельные клапаны 34, 45, 56 в одном положении (поворот в этом режиме возможен) до достижения оптимальной температуры в гидравлическом контуре 21, где жидкость от гидромуфт 1 и 2, поступая встречно в магистрали 50, попадает к золотниковому распределителю 41, который срабатывая по давлению, пропускает жидкость в напорную магистраль 42, далее, расходуясь на систему контрольно-измерительных приборов 43 и гидроаккумулятор 44, служащий демпфером, проходит через дроссель 45 и попадает в сливную магистраль 51 через обратный клапан 49, частично пройдя через параллельно включенный в гидравлический контур фильтрующий элемент 47. Механизм поворота работает в режиме трогания с места и продолжает режим прогрева для контура 21. V режим ходоуменьшение.

При переходе механизма поворота из режима трогания с места и продолжения режима прогрева полностью открывают дроссель 45, в то время как дроссель 34 и 56 закрыты не полностью. Продолжается движение вперед с неполной передачей потока мощности от двигателя к ведущим колесам 14,15. Механизм поворота выполняет функции ходоуменьшителя, где частоту вращения ведущих колес можно регулировать от ноля до максимально возможной величины на данной передаче, синхронно управляя дросселями 34,56. VI режим блокировка и движение прямо.

Полностью закрытые дроссели 34,56 обеспечивают движение прямо с заблокированными между собой ведомыми элементами по бортам, что исключает эффект "рыскания" корпуса. VII режим поворот с радиусом текущим, большим или равным радиусу свободному.

Из режима работы "движение прямо" дроссели 34 и 56 закрыты полностью и жидкость в замкнутых независимых контурах 20, 22 не циркулирует. Дроссель 45 открыт и осуществляется переход к режиму работы, при котором механизм поворота осуществляет плавный поворот в сторону отключаемого контура 20 с текущим радиусом, большим или равным радиусу свободному. Для этого управляют дросселем 34, регулируя расход жидкости в независимом замкнутом гидравлическом контуре 20. Движение жидкости осуществляется в "режиме прогрева". VIII режим поворот с радиусом, меньшим или равным радиусу свободному.

Движение по кривой с радиусом, меньшим или равным свободному радиусу поворота, осуществляется управлением дросселем 45, когда дроссель 34 открыт полностью, а дроссель 56 полностью закрыт. Жидкость в гидравлическом контуре 20 циркулирует по схеме, описанной в разделе "режим прогрева", но без давления, т. к. дроссель 34 открыт полностью. В гидравлическом контуре 21 по достижении приведенного момента сопротивление величины, большей момента подведенного со стороны двигателя через ротор 5, машина осуществляет поворот с текущим радиусом. IХ режим поворот с радиусом, большим или равным половине ширины колеи.

Дальнейшее закрытие дросселя 45 приводит к тому, что гидромуфта 2 начинает работать в режиме гидронасоса и жидкость устремляется по магистрали 50 к гидромуфте 1, которая работает в режиме гидромотора и магистраль 51 становится сливной магистралью для гидромотора (гидромуфта 1) и всасывающей для гидронасоса (гидромуфты 2). Включенные последовательно гидромуфты 1 и 2 образуют классический вариант гидрообъемной передачи с замкнутым контуром. В этом режиме осуществляется вращение ведомых частей механизма по левому борту, связанных с ведущим колесом 14 в противоположную сторону. Полное закрытие дросселя 45 обеспечивает режим работы механизма поворота, при котором транспортное средство осуществляет поворот с радиусом, равным половине ширины колеи. Х режим перегрузка.

С увеличением момента сопротивления до величины, превышающей максимально допустимый момент, передаваемый механизмом поворота, жидкость из гидрообъемных муфт под высоким давлением поступает к золотниковым распределителям 30,52, находящимся в положении, при котором магистрали с высоким давлением сообщаются с напорными магистралями 31, 53. При движении машины вперед с полностью закрытыми дросселями 34, 56 давление, превышающее максимально допустимое, воздействует на регулируемые пружины переливных защитных клапанов 35, 57 и открывает перепускные окна из напорных магистралей 31, 53 к обратным клапанам 37,59. При этом частично проходя через фильтрующие элементы 36,58, жидкость попадает в сливные магистрали с низким давлением 39,61, являющиеся всасывающими магистралями гидрообъемных муфт 1,2. Жидкость, являющаяся следующим звеном, отвечает требованиям, при которых механизм имеет возможность долговременно воспринимать нагрузки.

Подпитка гидравлических контуров 20, 21, 22 при изменении объема циркулирующей жидкости в связи с утечками и измерением температурного режима работы осуществляется через обратные клапаны 24-29 из бака 23 независимо от положения органов управления.

Механизм реверсивен в виду симметричности гидравлических контуров 20,21,22, где с изменением вращения (его направления) со стороны вала 13 меняются назначением гидравлические магистрали 39 и 40, 50 и 51, 61 и 62. Магистраль высокого давления становится сливной и наоборот, сливная магистралью высокого давления.

Однопоточная схема механизма поворота скомпанована для дальнейшего использования ее в многопоточных конструкциях совместно с коробкой передач.

Таким образом благодаря взаимосвязи всех указанных в формуле изобретения отличительных признаков применение заявляемого механизма поворота транспортного средства позволяет

получить плавное регулирование радиуса кривизны поворота, обеспечить "ползучую" скорость, достигая необходимое ходоуменьшение в заданном режиме работы;

расширить диапазон изменения величины крутящего момента от положительного до отрицательного;

обеспечить длительную работу при относительном крутящем моменте по валам, а также длительную работу при заданном крутящем моменте;

увеличить число радиусов поворота до пяти;

создать условия для минимального износа контактирующих пар благодаря применению гидрообъемных муфт в механизме поворота;

улучшить теплообмен в трущихся парах и обеспечить удаление продуктов износа от трения из жидкости (рабочего тела гидрообъемных муфт) через фильтрующие элементы независимых замкнутых контуров гидросистемы управления;

снизить энергоемкость механизма поворота;

расширить сферу применения заявляемого механизма поворота в других областях техники, например, в судостроении, работотехники, военной технике и т.п.

обеспечить потенциальную возможность рекуперации приведенного крутящего момента не только в механизме поворота, но и с выносом на любой заданный объект.