МЕХАНИЗМ ПЕРЕДАЧ И ПОВОРОТА ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована в качестве механизма передач и поворота (МПП) в трансмиссиях гусеничных машин.
Наиболее близким к заявляемому решению (прототипом) является механизм передач и поворота гусеничной машины, содержащий две гидравлически связанные между собой гидромашины, одна из них регулируемая, ведущий, промежуточный и выходной валы, кинематически связанные с гидромашинами, коробку передач с управляемыми муфтами, два планетарных дифференциала, соединенные через коробку передач с ведущим валом, солнечные шестерни, кинематически связанные с нерегулируемой гидромашиной, эпициклическая шестерня первого планетарного дифференциала соединена с промежуточным валом, а его водило - с выходным валом, второй выходной вал, который соединен с водилом второго планетарного дифференциала, солнечная шестерня одного из планетарных дифференциалов связана с нерегулируемой гидромашиной через дополнительную шестерню, эпициклическая шестерня второго планетарного дифференциала - через промежуточный вал с эпициклической шестерней первого, а коробка передач снабжена дополнительным валом с шестерней, кинематически связанным с ведущим валом, два остановочных тормоза, состоящие из тормозных барабанов и тормозных лент плавающего типа, причем тормозной барабан первого остановочного тормоза соединен с одним выходным валом, тормозной барабан второго остановочного тормоза соединен с другим выходным валом, а тормозные ленты - с корпусом машины, коробка передач снабжена управляемой полумуфтой, блокирующей промежуточный вал коробки передач с ее корпусом, при этом кинематическая связь солнечных шестерен планетарных дифференциалов с нерегулируемой гидромашинной осуществляется через вал гидромашины с шестерней, передаточный вал с шестернями посредством управляемых полумуфт, установленных на передаточном валу на шлицах и представляющих собой инерционные синхронизаторы одностороннего действия [патент RU 128591 U1 B62D 11/18].
Недостатками прототипа являются отсутствие возможности осуществления поворота гусеничной машины в случае ее буксировки с неработающим двигателем, сложность конструкции, повышенная материалоемкость и ограничение компоновочных решений, обусловленные наличием в устройстве гидрообъемной передачи.
Технический результат полезной модели направлен на расширение эксплуатационных возможностей МПП за счет обеспечения поворота гусеничной машины при ее буксировке с неработающим двигателем, расширение компоновочных возможностей и упрощение конструкции, снижение материалоемкости и повышение КПД механизма поворота за счет применения электрического привода.
Технический результат достигается тем, что МПП, содержащий ведущий, промежуточный и выходной валы, коробку передач с управляемыми муфтами, два планетарных дифференциала, соединенных через коробку передач с ведущим валом, эпициклическая шестерня первого планетарного дифференциала соединена с промежуточным валом, а его водило - с выходным валом, второй выходной вал, который соединен с водилом второго планетарного дифференциала, эпициклическая шестерня второго планетарного дифференциала через промежуточный вал связана с эпициклической шестерней первого планетарного дифференциала, два остановочных тормоза, состоящих из тормозных барабанов и тормозных лент плавающего типа, причем тормозной барабан первого остановочного тормоза соединен с одним выходным валом, тормозной барабан второго остановочного тормоза соединен с другим выходным валом, а тормозные ленты - с корпусом машины, коробка передач снабжена управляемой полумуфтой, блокирующей промежуточный вал коробки передач с ее корпусом, включает в себя электрический двигатель, вал которого через установленную на нем ведущую коническую шестерню, входящую в зацепление с двумя ведомыми коническими шестернями, установленными на ведомых валах, кинематически связан с солнечными шестернями планетарных дифференциалов, блок управления, устройство контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа, устройство контроля включения режима буксировки гусеничной машины, устройство контроля включения нейтрали в коробке передач, устройство контроля включения режима разворота гусеничной машины, два дублирующих электрических стяжных механизма, установленных на тормозных лентах каждого остановочного тормоза, при этом электрический двигатель, устройство контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа, устройство контроля включения режима буксировки гусеничной машины, устройство контроля включения нейтрали в коробке передач, устройство контроля включения режима разворота гусеничной машины, два дублирующих электрических стяжных механизма остановочных тормозов имеют электрическую связь с блоком управления.
Отличительными признаками от прототипа является то, что в МПП установлены электрический двигатель, вал которого через установленную на нем ведущую коническую шестерню, входящую в зацепление с двумя ведомыми коническими шестернями, установленными на ведомых валах, кинематически связан с солнечными шестернями планетарных дифференциалов, блок управления, устройство контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа, устройство контроля включения режима буксировки гусеничной машины, устройство контроля включения нейтрали в коробке передач, устройство контроля включения режима разворота гусеничной машины, два дублирующих электрических стяжных механизма, установленных на тормозных лентах каждого остановочного тормоза, при этом электрический двигатель, устройство контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа, устройство контроля включения режима буксировки гусеничной машины, устройство контроля включения нейтрали в коробке передач, устройство контроля включения режима разворота гусеничной машины, два дублирующих электрических стяжных механизма остановочных тормозов имеют электрическую связь с блоком управления.
Предполагаемый МПП представлен на фиг. 1. Он содержит ведущий 1, промежуточный 2 и выходные 3 и 4 валы, коробку передач 5 с управляемыми муфтами 6, 7 и 8, два соединенных через коробку передач 5 с ведущим валом 1 планетарных дифференциала 9 и 10, солнечные шестерни 11 и 12 которых через промежуточные шестерни 13 и 14, ведомые конические шестерни 15 и 16, установленные соответственно на ведомых валах 17 и 18, ведущую коническую шестерню 19 кинематически связаны с валом 20 электрического двигателя 21. Эпициклическая шестерня 22 первого планетарного дифференциала 9 соединена с промежуточным валом 2, а его водило 23 -с выходным валом 3. Второй выходной вал 4 соединен с водилом 24 второго планетарного дифференциала 10. Эпициклическая шестерня 25 второго планетарного дифференциала 10 соединена через промежуточный вал 2 с эпициклической шестерней 22 первого 9 планетарного дифференциала. Остановочные тормоза 26 и 27 состоят соответственно из тормозных барабанов 28 и 29 и тормозных лент 30 и 31, причем тормозной барабан 28 первого остановочного тормоза 26 соединен с выходным валом 3, тормозной барабан 29 второго остановочного тормоза 27 соединен с выходным валом 4, а тормозные ленты 30 и 31 - с корпусом машины (не показан). Коробка передач 5 снабжена управляемой полумуфтой 32, блокирующей промежуточный вал 2 коробки передач 5 с ее корпусом 33. Для подвода крутящего момента к МПП от двигателя (не показан) в коробке передач 5 установлен входной вал 34 с ведущей конической шестерней 35. На ведущем валу 1 жестко установлены: ведомая коническая шестерня 36, ведущая шестерня 37 первой передачи, ведущая шестерня 38 передачи заднего хода, ведущая шестерня 39 второй передачи, ведущая шестерня 40 третьей передачи, установлены свободно: ведущая шестерня 41 четвертой передачи, ведущая шестерня 42 пятой передачи. Муфта 8 включения четвертой и пятой передач, представляющая собой инерционный синхронизатор двухстороннего действия, установлена на ведущем валу 1 на шлицах. На промежуточном валу 2 жестко установлены: ведомая шестерня 43 пятой передачи, ведомая шестерня 44 четвертой передачи, установлены свободно: ведомая шестерня 45 первой передачи, ведомая шестерня 46 передачи заднего хода, ведомая шестерня 47 второй передачи, ведомая шестерня 48 третьей передачи, установлены на шлицах: муфта 6 включения второй и третьей передач, представляющая собой инерционный синхронизатор двухстороннего действия, муфта 7 включения первой передачи и передачи заднего хода и полумуфта 32. Вращение от ведущей шестерни 38 передачи заднего хода на ведомую шестерню 46 передается через промежуточную шестерню 49. Эпициклические шестерни 22 и 25 планетарных дифференциалов 9 и 10 кинематически связаны с солнечными шестернями 11 и 12 через сателлиты 50 и 51, установленные на водилах 23 и 24 соответственно. Тормозные ленты 30 и 31 остановочных тормозов 26 и 27 имеют возможность обхватывать тормозные барабаны 28 и 29 за счет срабатывания дублирующих электрических стяжных механизмов 52 и 53, имеющих электрическую связь с блоком управления 54. При этом блок управления 54 имеет электрическую связь с электрическим двигателем 21, устройством 55 контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа, устройством 56 контроля включения режима буксировки гусеничной машины, устройством 57 контроля включения нейтрали в коробке передач и устройством 58 контроля включения режима разворота гусеничной машины. Включение режима разворота гусеничной машины в коробке передач обеспечивается исполнительным электрическим устройством 59, имеющим электрическую связь с блоком управления 54 и механическую связь с полумуфтой 32.
МПП работает следующим образом.
Работа МПП при включенной нейтрали в коробке передач.
При работающем двигателе (не показан) и включенной нейтрали в коробке передач 5 вращение от входного вала 34 передается через пару конических шестерен 35 и 36 на ведущий вал 1. При этом вращаются шестерни 37, 38, 39 и 40, а также шестерни 45, 46, 47, 49 и 48. От устройства 57 контроля включения нейтрали в коробке передач в блок управления 54 поступает соответствующий сигнал. При установке рулевого управляющего органа в нейтральном положении (для движения прямо), от устройства 55 контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа в блок управления 54 подается соответствующий сигнал о нейтральном положении рулевого управляющего органа. В блоке управления 54 поступающие данные анализируются, и в случае включения в коробке передач 5 нейтрали от блока управления 54 никаких сигналов на электродвигатель 21 не поступает, независимо от положения рулевого управляющего органа. Вал 20 электродвигателя 21 не вращается. Так как управляющие муфты 6, 7 и 8 находятся в нейтральном положении, то шестерни 41, 42, 43, 44 и промежуточный вал 2, а также эпициклические шестерни 22 и 25 не вращаются. Так как остановлены вал 20 с шестерней 19, то шестерни 15 и 16, валы 17 и 18 не вращаются. Остаются неподвижными шестерни 13 и 14, солнечные шестерни 11 и 12, сателлиты 50 и 51, установленные на водилах 23 и 24. Гусеничная машина остается в неподвижном положении. При воздействии на рулевой управляющий орган и переводе его из нейтрального положения (для движения прямо) в то или иное положение (для поворота), от устройства 55 контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа в блок управления 54 подается соответствующий сигнал. Но одновременно с этим при поступлении в блок управления 54 сигнала от устройства 57 контроля включения нейтрали в коробке передач, в соответствии с заданным алгоритмом на электродвигатель 21 сигналы не поступают, и его вал 20 находится в неподвижном положении. Гусеничная машина также остается в неподвижном положении.
Работа МПП при прямолинейном движении.
При включении какой-либо из передач в коробке передач 5, управляющая муфта, обеспечивающая включение выбранной передачи, вводится в зацепление с одной из шестерен данной передачи, а подача в блок управления 54 сигнала с устройства 57 контроля включения нейтрали в коробке передач прекращается.
Машина начинает движение на первой передаче. При включении первой передачи управляющая муфта 7 вводится в зацепление с шестерней 45 и блокирует ее с промежуточным валом. Крутящий момент, поступающий от двигателя на входной вал 34, передается через пару конических шестерен 35 и 36 на ведущий вал 1.
При установке рулевого управляющего органа в нейтральном положении от устройства 55 контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа в блок управления 54 подается соответствующий сигнал. При этом от блока управления 54 на электродвигатель 21 подается сигнал для обеспечения его работы в режиме электротормоза. Вал 20 электродвигателя 21 заторможен и не вращается. Так как остановлены вал 20 с шестерней 19, то шестерни 15 и 16, валы 17 и 18 не вращаются. Остаются неподвижными шестерни 13 и 14, солнечные шестерни 11 и 12.
Вращение, поступающее на ведущий вал 1, передается через жестко установленную на нем ведущую шестерню первой передачи 37, ведомую шестерню первой передачи 45 и управляющую муфту 7 на промежуточный вал 2. При вращении промежуточного вала 2 вращаются эпициклические шестерни 22 и 25 и сателлиты 50 и 51, которые, обкатываясь вокруг остановленных солнечных шестерен 11 и 12, увлекают за собой водила 23 и 24, приводящие во вращение выходные валы 3 и 4. Машина осуществляет прямолинейное движение.
При переходе на вторую передачу муфта 7 отключается и включается муфта 6, которая входит в зацепление с шестерней 47 и блокирует ее с промежуточным валом 2. Так как передаточное отношение шестерен 39 и 47 меньше, чем шестерен 37 и 45, то промежуточный вал 2, а, следовательно, и эпициклические шестерни 22 и 25 вращаются с большей скоростью. Остальное происходит, как описано выше.
При включении третьей передачи муфта 6 входит в зацепление с шестерней 48 и блокирует ее с промежуточным валом 2. При включении четвертой или пятой передач используется управляющая муфта 8, блокирующая с ведущим валом 1 шестерню 41 или шестерню 42. Для осуществления движения задним ходом включается муфта 7, блокирующая шестерню 46 с промежуточным валом 2.
Работа МПП при повороте.
При необходимости осуществить поворот при движении на одной из передач в коробке передач 5, управляющий рулевой орган переводится из нейтрального в то или иное положение. От устройства 55 контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа в блок управления 54 подается соответствующий сигнал. При этом с блока управления 54 на электродвигатель 21 подается сигнал для обеспечения его работы в режиме электродвигателя, вал 20 которого и шестерня 19 начинают вращаться в ту или иную сторону. При этом начинают вращаться с одинаковой скоростью, но в противоположном направлении шестерни 15 и 16, валы 17 и 18, шестерни 13 и 14, солнечные шестерни 11 и 12. Вследствие этого, водила 23 и 24 начинают вращаться с разными угловыми скоростями, а, следовательно, с разными угловыми скоростями будут вращаться и выходные валы 3 и 4, что приводит к повороту гусеничной машины. Причем, на какую величину увеличивается угловая скорость выходного вала с одной стороны, на такую же величину уменьшается угловая скорость выходного вала с другой стороны и наоборот, что позволяет центру масс машины сохранять линейную скорость при повороте.
Величина скорости вращения вала 20 электродвигателя 21 пропорциональна углу поворота рулевого управляющего органа. Таким образом обеспечивается зависимость радиуса поворота гусеничной машины от угла поворота рулевого управляющего органа. Указанная функциональная зависимость обеспечивается заданным алгоритмом в блоке управления 54 на основе сигналов, поступающих от устройства 55 контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа.
При этом на пониженных передачах в коробке передач при полном повороте рулевого управляющего органа вследствие выравнивания скоростей вращения эпицикла и солнечной шестерни планетарного дифференциала отстающей гусеницы и остановки в результате этого водила и выходного вала, возможен крутой поворот гусеничной машины вокруг остановленной гусеницы с радиусом, равным ширине колеи гусеничной машины.
Работа МПП при развороте машины вокруг вертикальной оси.
При необходимости осуществить разворот машины вокруг вертикальной оси (поворот с радиусом, равным половине ширины колеи гусеничной машины) в коробке передач 5 включается нейтраль и на панели управления выбирается режим разворота. В блок управления 54 подаются сигналы от устройства 55 контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа - о положении рулевого управляющего органа, от устройства 57 контроля включения нейтрали в коробке передач - о включении в коробке передач нейтрали, от устройства 58 контроля включения режима разворота гусеничной машины - о включенном режиме разворота в коробке передач. От блока управления 54 подается сигнал исполнительному устройству 59 для включения полумуфты 32, которая включается и блокирует промежуточный вал 2 с корпусом 33 коробки передач, а, следовательно, блокируются и эпициклические шестерни 22 и 25.
Рулевой управляющий орган переводится из нейтрального в то или иное положение. Процесс передачи вращения с вала 20 электродвигателя 21 на солнечные шестерни 11 и 12 происходит аналогично плавному повороту. Солнечные шестерни 11 и 12, вращающиеся в противоположных направлениях с одинаковой угловой скоростью, передают вращение на соответствующие сателлиты 50 и 51, которые, обкатываясь по неподвижным эпициклическим шестерням 22 и 25, увлекают водила 23 и 24, вращая последние так же с одинаковой угловой скоростью и в противоположных направлениях. Следовательно, с одинаковой угловой скоростью, но в противоположных направлениях будут вращаться и выходные валы 3 и 4, что приводит к развороту гусеничной машины.
При этом блоком управления 54 включение режима разворота гусеничной машины обеспечивается только при включенной нейтрали в коробке передач и выключенном режиме буксировки гусеничной машины.
При включении какой-либо передачи в коробке передач или включении режима буксировки гусеничной машины происходит автоматическое выключение режима разворота.
Работа МПП при буксировке гусеничной машины.
В случае буксировки гусеничной машины с неработающим двигателем для обеспечения ее управляемости на панели управления выбирается режим буксировки. При выборе режима буксировки от устройства 56 контроля включения режима буксировки гусеничной машины в блок управления 54 подается сигнал о включенном режиме.
При буксировке на нейтральной передаче в коробке передач от устройства 57 контроля включения нейтрали в коробке передач в блок управления 54 поступает соответствующий сигнал. При установке рулевого управляющего органа в нейтральном положении (для движения прямо), от устройства 55 контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа в блок управления 54 подается соответствующий сигнал о нейтральном положении рулевого управляющего органа. В блоке управления 54 поступающие данные анализируются, и в случае нейтрального положения рулевого управляющего органа и при включенной в коробке передач нейтрали от блока управления 54 никаких сигналов на электродвигатель 21 и электрические стяжные механизмы 52 и 53 не поступает.
Вращение на планетарные дифференциалы 9 и 10 в данном случае поступает от выходных валов 3 и 4 на водила 23 и 24, которые свободно вращаются вместе с эпициклами 22 и 25 и солнечными шестернями 11 и 12, не испытывающими никакого сопротивления.
При повороте рулевого управляющего органа в ту или иную сторону от устройства 55 контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа в блок управления 54 подается соответствующий сигнал. Блок управления 54 после анализа поступающих на него сигналов, подает команду левому 52 или правому 53 электрическому стяжному механизму для затормаживания тормозного барабана 28 или 29 тормозной лентой 30 или 31 соответственно.
Величина тормозного усилия, создаваемого остановочными тормозами, пропорциональна углу поворота рулевого управляющего органа. Указанная функциональная зависимость обеспечивается заданным алгоритмом в блоке управления 54 на основе сигналов, поступающих от устройства 55 контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа.
При необходимости пуска двигателя буксировкой в коробке передач включается третья передача. При этом подача сигнала от устройства 57 контроля включения нейтрали в коробке передач в блок управления 54 прекращается. При установке рулевого управляющего органа в нейтральном положении (для движения прямо), от устройства 55 контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа в блок управления 54 подается соответствующий сигнал о нейтральном положении рулевого управляющего органа. В блоке управления 54 поступающие данные анализируются, и в случае нейтрального положения рулевого управляющего органа и при выключенной в коробке передач нейтрали от блока управления 54 на электродвигатель 21 подается сигнал для обеспечения его работы в режиме электротормоза. Вал 20 электродвигателя 21 заторможен и не вращается. Так как остановлены вал 20 с шестерней 19, то шестерни 15 и 16, валы 17 и 18 не вращаются. Остаются неподвижными шестерни 13 и 14, солнечные шестерни 11 и 12. На электрические стяжные механизмы 52 и 53 сигналы не поступают.
Вращение на планетарные дифференциалы 9 и 10 в данном случае поступает от выходных валов 3 и 4 на водила 23 и 24, которые передают вращение сателлитам 50 и 51. Сателлиты 50 и 51, обкатываясь по неподвижным солнечным шестерням, увлекают за собой эпициклы 22 и 25, которые через промежуточный вал 2, управляющую муфту 6, пару шестерен 48 и 40 третьей передачи, пару конических шестерен 36 и 35 передают крутящий момент на коленчатый вал двигателя.
При запуске двигателя буксировкой и повороте рулевого управляющего органа в ту или иную сторону от устройства 55 контроля и определения угла поворота рулевого управляющего органа в блок управления 54 подается соответствующий сигнал. Блок управления 54 после анализа поступающих на него сигналов, подает команду левому 52 или правому 53 электрическому стяжному механизму для затормаживания тормозного барабана 28 или 29 тормозной лентой 30 или 31 соответственно, а на электродвигатель 21 - для выключения режима электротормоза.
Вращение выходных валов 3 и 4 с разными угловыми скоростями при повороте буксируемой гусеничной машины обеспечивается дифференциальной связью солнечных шестерен 11 и 12 планетарных дифференциалов 9 и 10.
После запуска двигателя при включенной передаче в коробке передач происходит автоматическое отключение режима буксировки, при этом подача сигнала от устройства 56 контроля включения режима буксировки гусеничной машины в блок управления 54 прекращается. В этой связи подача с блока управления 54 команд электрическим стяжным механизмам 52 или 53 не осуществляется. Поворот машины выполняется за счет вращения выходных валов 3 и 4 с разными угловыми скоростями, как это описано выше.
На фиг. 2 представлена информационная схема состояния элементов управления МПП в зависимости от режимов его работы.
В результате достигается расширение эксплуатационных возможностей МПП за счет обеспечения поворота гусеничной машины при ее буксировке с неработающим двигателем, расширение компоновочных возможностей и упрощение конструкции, снижение материалоемкости и повышение КПД механизма поворота за счет применения электрического привода.