Гидрообъемная трансмиссия для многоприводного транспортного средства
HYDROSTATIC TRANSMISSION FOR MULTI-DRIVE VEHICLE

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к гидравлическим объемным трансмиссиям, и может быть использовано в многоприводных транспортных средствах.
Известна гидрообъемная трансмиссия транспортной машины [1], содержащая насосную станцию, состоящую из основного и подпиточного насосов, имеющих привод от двигателя машины, гидромоторы, связанные с насосной станцией магистральными гидролиниями, образующими циркуляционный гидравлический контур, и автономный насос с электрическим приводом, полость нагнетания которого соединена с гидравлическим контуром, образованным магистральными гидролиниями, дополнительно снабженная герметичным гидробаком с устройством наполнения его воздушной полости сжатым воздухом из пневматической системы машины, содержащим запорный кран, регулятор давления сжатого воздуха в герметичном гидробаке с предохранительным клапаном и вакуумный клапан с ручным управлением для выпуска сжатого воздуха из герметичного гидробака, двухпозиционным клапаном с ручным управлением для попеременной гидравлической связи полости всасывания автономного насоса, имеющего электрический привод, с герметичным гидробаком и с устройством его заправки рабочей жидкостью, обратным клапаном, расположенным в сливной гидролинии на входе г герметичный гидробак, и запорным клапаном с ручным управлением, расположенным во всасывающей гидролинии на выходе из герметичного гидробака.
Наиболее близким к заявленному техническому решению, прототипом, является гидрообъемная трансмиссия [2], содержащая насосную станцию, состоящую из насосов высокого давления и подпиточных насосов, гидромоторы с регулируемым рабочим объемом для привода колес машины, связанные с насосами высокого давления магистральными гидролиниями, образующими циркуляционные гидравлические контуры, клапаны с принудительным управлением для сообщения гидравлических контуров привода крайних колес машины с гидравлическим контуром привода средних колес, причем в каждом гидравлическом контуре с магистральными гидролиниями соединены перепускные гидролинии, в которых расположены разгрузочные клапаны, у которых полость перед запорным элементом сообщена с одной из магистральных гидролиний, а полость сзади запорного элемента соединена через дроссель с той же магистральной гидролинией и через обратный клапан сообщена со сточной гидролинией, в которой расположен пилотный клапан, управляемый электрическими средствами, соединенными с источником электрического тока электрической цепью, в которой расположен коммутирующий элемент реле, соединенного с электрической цепью управления пневмоклапаном, сообщающим пневмокамеры выключения стояночного тормоза с источником сжатого воздуха, и с которой через диод соединены электрические средства изменения рабочего объема гидромоторов всех гидравлических контуров.
Недостатками прототипа [2], как и в случае аналога [1], является то, что осуществление процесса «гидравлического» торможения за счет полнопоточного дросселирования жидкости через предохранительные клапаны при максимальном объеме регулируемых гидромоторов невозможно, так как суммарный расход через гидромоторы будет больше, чем максимальная подача насоса, указанное обстоятельство не обеспечивает плавность и большую мощность торможения для экстренной остановки транспортного средства большой массы, задействовав для этого все имеющиеся технические возможности гидромоторов в полном объеме.
Возможное нарушение целостности магистральных гидролиний и гидролиний контура привода регулируемых радиально-плунжерных гидравлических мотор-колес вследствие внешнего воздействия полностью выводит из строя гидрообъемную трансмиссию по причине утечки рабочей жидкости, что ограничивает области эксплуатации многоприводного транспортного средства.
Целью заявляемого изобретения является разработка гидрообъемной трансмиссии, обеспечивающей плавность и большую мощность торможения для экстренной остановки транспортного средства большой массы, задействовав для этого все имеющиеся технические возможности гидромоторов в полном объеме, защищенной от утечек при нарушении целостности магистральных гидролиний и гидравлических контуров привода регулируемых плунжерных радиальных гидравлических мотор-колес.
Цель достигается тем, что в гидрообъемной трансмиссии многоприводного транспортного средства, оборудованного стояночными тормозами, включаемыми пружинами и выключаемыми пневмокамерами, содержащая насосную станцию, состоящую из групп регулируемых насосов высокого давления и регулируемых подпиточных насосов, имеющих привод от теплового двигателя, предохранительные клапаны, фильтры, клапаны торможения и теплообменные аппараты, регулируемые радиально-плунжерные гидравлические мотор-колеса с регуляторами направления вращения, связанные с регулируемыми насосами высокого давления магистральными гидролиниями для подвода и отвода рабочей жидкости и образующие несколько циркуляционных гидравлических контуров, согласно настоящему изобретению, подающие магистральные гидролинии каждого циркуляционного контура соединены между собой перепускными гидролиниями через обратные клапаны и с распределителем, управляемым давлением этих магистральных гидролиний, одна исполнительная гидролиния упомянутого распределителя соединена гидравлически с регуляторами подач первой группы регулируемых насосов высокого давления, а другая исполнительная гидролиния соединена гидравлически с регуляторами подач второй группы регулируемых насосов высокого давления, каждый гидравлический контур привода регулируемых плунжерных радиальных мотор-колес содержит клапан отсечки подачи жидкости, через одну часть которого проходит подающая гидролиния, а через другую сливная гидролиния, при этом клапан управляется давлением сливной гидролинии, в каждом гидравлическом контуре групп регулируемых насосов высокого давления, подающая и всасывающая магистральные гидролинии соединены между собой переливной гидролинией содержащей обратный клапан, позволяющий жидкости перетекать только из всасывающей магистральной гидролинии в подающую, при этом совокупность переливной гидролинии и всасывающей магистральной гидролинии с установленными в ней клапаном торможения и теплообменным аппаратом, образуют дополнительный циркуляционный контур торможения.
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенная гидрообъемная трансмиссия для многоприводного транспортного средства имеет отличительные признаки, которые отсутствуют в аналогах. В совокупности, перечисленные отличительные существенные признаки позволяют получить новый технический результат: обеспечить большую мощность торможения для экстренной остановки транспортного средства большой массы, задействовав для этого все имеющиеся технические возможности гидромоторов в полном объеме, защитить гидротрансмиссию, от утечки рабочей жидкости при нарушении целостности магистральных гидролиний и гидравлических контуров привода регулируемых плунжерных радиальных гидравлических мотор-колес.
Сущность изобретения поясняется гидравлической принципиальной схемой гидросистемы гидрообъемной трансмиссии (фиг. 1).
Цифрами на схеме обозначены:
1 - первая группа регулируемых насосов,
2 - вторая группа регулируемых насосов,
3,4 - подпиточные насосы,
5-10 - предохранительные клапаны,
11, 12 - всасывающие фильтры,
13, 14 - сливные фильтры,
15, 16 - теплообменные аппараты,
17-22 - обратные клапаны,
23-30 - регулируемые радиально-плунжерные гидромоторы,
31-38 - регуляторы направления вращения гидромоторов,
39, 40 - подающие магистральные гидролинии,
41, 42 - сливные магистральные гидролинии,
43-50 - клапаны отсечки подачи жидкости,
51, 52 - перепускные гидролинии,
53, 54 - обратные клапаны,
55 - гидрораспределитель,
56, 57 - исполнительные гидролинии гидрораспределителя,
58, 59 - нерегулируемые гидродроссели,
60, 61 - всасывающие магистральные гидролинии,
62, 63 - переливные гидролинии,
64, 65 - гидроаккумуляторы,
66, 67 - гидравлические клапаны торможения,
68-75 - дисковые стояночные тормоза,
76-83 - пружины,
84-91 - пневмокамеры,
92 - двухпозиционный пневмоклапан,
93 - пневматическая магистраль,
94 - источник сжатого воздуха,
95-102 - подающие гидролинии гидромоторов,
103-110 - сливные гидролинии гидромоторов.
Предлагаемая гидрообъемная трансмиссия содержит насосную станцию, состоящую из двух групп 1, 2 насосов высокого давления с регулируемым рабочим объемом (фигура 1) и регулируемых подпиточных насосов 3, 4, имеющих привод от теплового двигателя, предохранительных клапанов 5-10, всасывающих фильтров 11, 12, сливных фильтров 13, 14, теплообменных аппаратов 15, 16, обратных клапанов 17-22.
Регулируемые радиально-плунжерные гидромоторы 23-30 со встроенными регуляторами направления вращения 31-38 связаны с группами регулируемых насосов высокого давления 1, 2 подающими 39, 40 и сливными 41, 42 магистральными гидролиниями, а так же подающими 95-102 и сливными 103-110 гидролиниями гидромоторов через клапаны отсечки подачи жидкости 43-50, при этом все они в совокупности образуют несколько циркуляционных гидравлических контуров.
Например, для транспортного средства с колесной формулой 8×8, гидромоторы 23, 27 предназначены для привода 1-й оси, гидромоторы 24, 28 - 2-й оси, гидромоторы 25, 29 - 3-й оси, гидромоторы 26, 30 - 4-й оси транспортного средства в порядке указанном на фигуре 2.
Подающие магистральные гидролинии 39, 40 соединены между собой перепускными гидролиниями 51, 52 с установленными в них обратными клапанами 53, 54, а также соединены с гидрораспределителем 55, управляемым давлением жидкости этих же подающих магистральных гидролиний 39, 40. Исполнительные гидролинии 56, 57 гидрораспределителя 55 связаны с соответствующими регуляторами подач групп насосов высокого давления 1, 2, подпиточных насосов 3, 4 и параллельно с гидробаком через нерегулируемые гидродроссели 58, 59.
Обратные клапаны 21, 22 позволяют жидкости при необходимости перетекать по переливным гидролиниям 62, 63 из всасывающих магистральных гидролиний 60, 61 в подающие магистральные гидролинии 39, 40 соответственно.
Для компенсации утечек в гидравлических контурах и предотвращения кавитации, жидкость от подпиточных насосов 3,4 может подаваться либо в подающие магистральные гидролинии 39, 40 через обратные клапаны 17, 18, либо во всасывающие магистральные гидролинии 60, 61 через обратные клапаны 19, 20 соответственно.
Предохранительные клапаны 5, 6 ограничивают максимальное давление нагнетания подпиточных насосов 3, 4, предохранительные клапаны 7, 8 защищают от перегрузки подающие магистральные гидролинии 39, 40, а предохранительные клапаны 9, 10 защищают от перегрузки всасывающие магистральные гидролинии 60, 61.
К подающим магистральным гидролиниям 39, 40 подключены гидроаккумуляторы 64, 65, предназначенные для демпфирования пульсаций давления в гидросистеме.
Между сливными магистральными гидролиниями 41, 42 и всасывающими магистральными гидролиниями 60, 61 расположены соответственно гидравлические клапаны торможения 66, 67 с дублируемым пневматическим и электрическим управлением, которые осуществляют торможение гидромоторов 23-30 за счет создания противодавления в сливных магистральных гидролиниях 41, 42 дросселированием жидкости.
В соединенных с гидромоторами механизмах привода колес расположены дисковые стояночные тормоза 68-75, замыкаемые пружинами 76-83 и размыкаемые пневмокамерами 84-91 соответственно. Воздушные полости указанных пневмокамер сообщены с двухпозиционным пневмоклапаном 92 пневматической магистралью 93 для их сообщения поочередно с источником 94 сжатого воздуха и с атмосферой.
Предлагаемая гидрообъемная трансмиссия работает следующим образом.
В исходном положении при отключенном тепловом двигателе электромагнит двухпозиционного пневмоклапана 92 отключен, и пневмокамеры 84-91 сообщены этим пневмоклапаном с атмосферой, вследствие чего стояночные тормоза 68-75 замкнуты пружинами 76-83, и транспортное средство не движется. Установлены максимальные значения рабочих объемов гидромоторов 23-30. Гидравлические клапаны торможения 66, 67 закрыты.
Перед пуском двигателя гидравлические краны торможения 66, 67 подачей электрического либо пневматического сигнала переводятся в положение «открыто», а насосные группы 1, 2 в положение «нулевого» рабочего объема.
После пуска двигателя рабочие объемы и, следовательно, подачи подпиточных насосов 3, 4 становятся максимальными. В то же время, установленные в положение «нулевого» рабочего объема группы регулируемых насосов 1, 2 высокого давления обеспечивают разгрузку двигателя. Рабочая жидкость нагнетается подпиточными насосами 3, 4 через обратные клапаны 17-20 в подающие 39, 40 и всасывающие 60, 61 магистральные гидролинии к гидроаккумуляторам 64, 65 и далее через открытые гидравлические краны торможения 66, 67 в сливные магистральные гидролинии 41, 42 к клапанам отсечки подачи жидкости 43-50 и регуляторам направления вращения 31-38 гидромоторов 23-30. При этом клапаны отсечки 43-50 остаются в закрытом положении, поскольку давления нагнетаемой жидкости в подающих 39, 40 и сливных 41, 42 магистральных гидролиниях, следовательно, на входе и выходе регуляторов направления вращения гидромоторов 31-38 одинаковые. При этом гидромоторы остаются заторможенными механически под действием стояночных тормозов 68-75. После достижения в гидросистеме давления, соответствующего настройке предохранительных клапанов 5, 6, подпиточные насосы 3, 4 сливают рабочую жидкость через данные клапаны в гидробак.
Перед началом движения сначала прекращается подача сигналов на гидравлические краны торможения 66, 67, и они переключаются в положение «закрыто», затем соответствующие электрический либо пневматический сигналы подаются на группы регулируемых насосов 1, 2 высокого давления, в которых при этом устанавливаются положения регуляторов, соответствующие их минимальному рабочему объему и соответственно минимальной подаче, при этом давление в системе повышается до максимального значения. Затем пневматическим сигналом включают двухпозиционный пневмоклапан 92. При этом пневмоклапан 92 сообщает пневмокамеры 84-91 с источником сжатого воздуха 94, то есть с пневматической системой транспортного средства, в результате чего происходит размыкание пневмокамерами дисковых стояночных тормозов 68-75. Параллельно с размыканием пневмокамер дисковых стояночных тормозов 68-75 управляющий электрический либо пневматический сигнал переводит гидравлические краны торможения 66, 67 в позицию «открыто», обеспечивая тем самым циркуляцию жидкости через гидравлические мотор-колеса 23-30, при этом в сливных гидролиниях гидромоторов 103-110 перед клапанами отсечки 43-50 давление становится больше, чем в сливных магистральных гидролиниях, и они переключаются в положение «открыто».
После начала движения транспортного средства соответствующий управляющий электрический или пневматический сигнал с регуляторов насосных групп 1, 2 снимается, что приводит к увеличению их подач. Насосы 1, 2 подают жидкость под давлением по подающим магистральным гидролиниям 39, 40 к клапанам отсечки подачи жидкости 43-50, регуляторам направления вращения 31-38 и гидромоторам 23-30. Тем самым, на валах гидромоторов создаются крутящие моменты, обеспечивающие привод колес транспортного средства. От гидромоторов 23-30 рабочая жидкость через клапаны отсечки 43-50, сливные магистральные гидролинии 41, 42, теплообменные аппараты 15, 16, сливные фильтры 13, 14, всасывающие магистральные гидролинии 60, 61 возвращается к насосам высокого давления 1, 2. Управление направлением вращения гидромоторов и, следовательно, направлением движения транспортного средства обеспечивается переключением позиций гидрораспределителей 31-38. Изменение скорости вращения валов гидромоторов и, следовательно, скорости движения транспортного средства, осуществляется путем изменения рабочих объемов групп насосов высокого давления 1, 2 и гидромоторов 23-30.
При движении транспортного средства по дорогам с твердым покрытием на каждое мотор-колесо приходится одинаковая нагрузка, поэтому рабочие объемы гидромоторов 23-30 остаются одинаковыми, и рабочая жидкость, поступающая от насосов высокого давления 1, 2 по подающим магистральным гидролиниям 39-40, пропорционально распределяется между гидравлическими контурами каждого гидромотора 23-30, тем самым равномерно распределяя между ними приводную мощность.
При движении транспортного средства по вязким грунтам и при поворотах за счет независимого управления изменением рабочих объемов гидромоторов 23-30 рабочая жидкость, поступающая от насосов высокого давления 1, 2, распределяется между гидравлическими контурами каждого гидромотора так, чтобы при изменении нагрузки на одном или нескольких мотор-колесах суммарная мощность распределялась на оставшиеся колеса.
При нарушении герметичности какой-либо из подающих или сливных гидролиний между регуляторами направления вращения гидромоторов 31-38 и соответствующими клапанами отсечки 43-50, например, гидролиний 95 или 103, падение давления в контуре гидромотора 23 приводит к закрытию клапана отсечки подачи жидкости 43, предотвращая дальнейшие потери рабочей жидкости через поврежденный контур гидросистемы.
При нарушении герметичности какой-либо из подающих магистральных гидролиний 39, 40, например, гидролинии 39, падение давления в ней и в соединенной с ней линии управления гидрораспределителя 55 приводит к переключению данного распределителя в левую позицию. При этом рабочая жидкость из подающей магистральной гидролинии 40 через перепускную гидролинию 52, обратный клапан 54, гидрораспределитель 55, исполнительную гидролинию 56 направляется под давлением к регуляторам подач первой группы регулируемых насосов 1 высокого давления и подпиточного насоса 3, а также параллельно в гидробак через нерегулируемый гидродроссель 58. Это приводит к уменьшению до нулевых значений рабочих объемов и подач первой группы насосов 1 высокого давления и подпиточного насоса 3, предотвращая дальнейшие потери рабочей жидкости через поврежденный контур гидросистемы. В этом случае, на валах гидромоторов 23-26 не создаются крутящие моменты, а привод транспортного средства осуществляется соответствующими гидромоторами 27-30 исправного контура гидросистемы.
При торможении транспортного средства уменьшается величина управляющего электрического либо пневматического сигнала с гидравлических клапанов торможения 66, 67, и они начинают постепенно закрываться, осуществляя процесс дросселирования жидкости, поступающей из сливных магистральных гидролиний 41, 42 в теплообменные аппараты 15, 16, сливные фильтры 13, 14, во всасывающие магистральные гидролинии 60, 61 насосных групп 1, 2. Параллельно с этим процессом меняется управляющий электрический либо пневматический сигнал на регуляторах подач групп насосов 1, 2, высокого давления пропорционально приводной мощности от теплового двигателя. Параллельно с этими процессами, устанавливаются максимальные значения рабочих объемов гидромоторов 23-30, и они начинают работать в режиме гидронасосов, перекачивая суммарно из подающих магистральных гидролиний 39, 40 значительно больший объем жидкости в сливные магистральные гидролинии 41, 42, чем перекачивают группы насосов 1, 2. В результате, давление жидкости во всасывающих магистральных гидролиниях 60, 61 становится больше, чем в подающих магистральных гидролиниях 39, 40, поэтому часть рабочей жидкости будет перетекать по переливным гидролиниям 62, 63, через обратные клапаны 21, 22 из всасывающих магистральных гидролиний 60, 61 в подающие магистральные гидролинии 39, 40, диссипируя  часть энергии рабочей жидкости в тепловую. При этом совокупность подающих 39, 40 магистральных гидролиний, клапанов торможения 66, 67, теплообменных аппаратов, переливных гидролиний 62, 63 с обратными клапанами образует соответствующие дополнительные циркуляционные контуры торможения. Таким образом, обеспечивается плавность и высокая мощность торможения транспортного средства.
Для удержания транспортного средства на месте приводят в действие стояночные тормоза 68-75, прекращая поступление пневматического сигнала к двухпозиционному пневмоклапану 92. Тогда пневмоклапан 92 разобщает пневмокамеры 84-91 с источником сжатого воздуха 94 и сообщает их с атмосферой по пневматической магистрали 93. Происходит замыкание стояночных тормозов посредством пружин 76-83, расположенных в каждой пневмокамере.
Главной особенностью предлагаемой гидрообъемной трансмиссии является то, что подающие магистральные гидролинии каждого циркуляционного контура соединены перепускными гидролиниями через обратные клапаны, которые также сообщены с распределителем, управляемым давлением этих магистральных гидролиний, причем исполнительные гидролинии упомянутого распределителя соединены гидравлически с регуляторами подач соответствующих групп регулируемых насосов высокого давления и подпиточных насосов, что обеспечивает защиту гидросистемы от утечек рабочей жидкости при нарушении целостности подающих магистральных гидролиний. Каждый гидравлический контур привода регулируемых плунжерных радиальных мотор-колес содержит управляемый давлением сливной гидролинии клапан отсечки подачи жидкости, через одну часть которого проходит сливная гидролиния, а через другую подающая гидролиния, что способствует защите гидросистемы от утечек рабочей жидкости при нарушении целостности гидравлического контура любого гидромотора трансмиссии. Кроме того, совместное использование в конструкции трансмиссии клапанов отсечки и регулируемых гидромоторов приводит к повышению проходимости многоприводного транспортного средства по вязким грунтам за счет перераспределения нагрузки между мотор-колесами. В каждом гидравлическом контуре групп регулируемых насосов высокого давления, подающая и всасывающая магистральные гидролинии соединены между собой переливной гидролинией содержащей обратный клапан, позволяющий жидкости перетекать только из всасывающей магистральной гидролинии в подающую. Образующийся при этом дополнительный циркуляционный контур торможения, содержащий указанные гидролинии, клапан торможения и теплообменный аппарат, обеспечивает плавность и высокую мощность торможения.
Таким образом, полностью решена техническая задача по разработке гидрообъемной трансмиссии, обеспечивающей плавность и большую мощность торможения для экстренной остановке транспортного средства большой массы, задействовав для этого все имеющиеся технические возможности гидромоторов в полном объеме, защищенную от утечек при нарушении целостности магистральных гидролиний и гидравлических контуров привода регулируемых плунжерных радиальных гидравлических мотор-колес.
Предложенная гидрообъемная трансмиссия для многоприводного транспортного средства соответствует условию промышленной применимости и может быть изготовлена на стандартном оборудовании с применением освоенных ранее технологий.
Использованные источники
1. Патент РФ №2256564, МПК B60K 17/10. Приоритет от 25.12.2003. Опубликовано 20.07.2005. Описание патента.
2. Патент РФ №2309056, МПК B60K 17/356. Приоритет от 06.03.2006. Опубликовано 27.10.2007. Описание патента.