УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПЛАНЕТАРНОЙ КОРОБКОЙ ПЕРЕДАЧ
PLANETARY TRANSMISSION CONTROL DEVICE

Устройство управления предназначено для трансмиссий транспортных машин и касается планетарных коробок передач, содержащих двухступенчатую планетарную передачу и ступенчатый планетарный редуктор, переключаемых гидравлически с помощью фрикционных муфт, электромагнитных клапанов и электрического переключателя ступеней.
Техническое решение относится к устройствам переключения ступеней в планетарной коробке передач, содержащей двухступенчатую планетарную передачу и ступенчатый планетарный редуктор, снабженной фрикционными муфтами и тормозами, управляемыми от электрического переключателя ступеней, а также к устройству управления ступенчатым планетарным редуктором.
Известно устройство управления трансмиссией по патенту RU №2438058, содержащей двухступенчатую планетарную передачу и ступенчатый редуктор вального типа, передачи в которых переключаются фрикционными муфтами, снабженными гидравлическими цилиндрами и электромагнитными клапанами.
При этом двухступенчатая планетарная передача управляется от электронного автомата, а передачи ступенчатого редуктора от электрического переключателя ступеней, имеющего электрический канал связи с электронным автоматом.
Для включения цилиндров ступенчатого редуктора использован аккумулятор давления, через жиклер, обратный клапан и корректирующий клапан, соединенный с источником давления.
Управление цилиндрами двухступенчатой передачи выполняется от дополнительных аккумуляторах давления, соединенного с источником давления через жиклер и корректирующего клапана.
Таким образом в известном устройстве все включения и выключения цилиндров ступеней контролируются корректирующим клапаном в течение действия электрического импульса от электронного автомата.
Такое техническое решение обеспечивает синхронность переключения всех цилиндров фрикционных муфт без разрыва потока мощности, если время перевода с одной ступени на другую ступень в электрическом переключателе ступеней меньше действия указанного электрического импульса.
Для трогания машины с места предусмотрен переключающий клапан и приводимый от двигателя регулятор давления, соединенный с источником давления  и с клапаном включения ступени заднего хода. При этом переключающий клапан имеет возможность  избирательного  соединения  с клапаном включения цилиндра первой ступени редуктора с регулятором давления.
К недостаткам устройства по патенту №2438058 следует также отнести выбранное управление переключением всех ступеней через корректирующий клапан, что приводит к излишней продолжительности буксования в выключаемых фрикционных муфтах и не позволяет фрикционные муфты редуктора включать быстрее муфт двухступенчатой планетарной передачи. Кроме того, отсутствует возможность увеличения времени включения тормоза двухступенчатой планетарной передачи, чтобы повысить частоту вращения двигателя, следствием чего является снижение мощности буксования в фрикционных дисках тормоза и предотвращение возможных толчков в трансмиссии. Выбранный способ переключении ступеней с использованием корректирующего клапана приводит к существенному увеличению клапанов сброса давления, а число электромагнитных клапанов превышает число переключаемых ступеней.
Вариант трансмиссии, содержащей двухступенчатую планетарную передачу и планетарный редуктор по патенту №2438058, а также более ранний патент №2409781, содержат аналогичные устройства управления с корректирующим клапаном и импульсным датчиком, поэтому они имеют все ранее перечисленные недостатки.
Задачей настоящего технического решения является оптимизация процессов переключения гидравлическими цилиндрами фрикционных муфт и тормозов в планетарной коробке передач, содержащей двухступенчатую планетарную передачу и ступенчатый планетарный редуктор по сигналам от электрического переключателя ступеней без применения электроники. Такое техническое решение обеспечивает работоспособность устройства управления при значительных перепадах окружающей температуры и влажности, а также при наличии сильных электромагнитных и радиационных полей.
При этом цилиндры планетарной передачи выполнены с возможностью соединения с аккумулятором давления, соединенным через жиклер с источником давления, клапаном сброса давления и с гидробаком.
Оптимальное переключение цилиндров двухступенчатой планетарной передачи обеспечивается введением клапана слива, клапана форсировки и гидрораспределителя, управляемого от клапана-пилота, соединенного с цилиндром фрикционной муфты блокировки планетарной передачи, с цилиндром фрикционного тормоза планетарной передачи, аккумулятором давления и гидробаком через клапан слива, управляемый давлением в аккумуляторе давления. При этом клапан слива управляет сбросом давления в выключаемом цилиндре фрикционной муфты и фрикционного тормоза в зависимости от величины давления во включаемом цилиндре планетарной передачи. Это предотвращает излишнее буксование в выключаемом фрикционном тормозе (фрикционной муфте), когда во включаемой фрикционной муфте (включаемом фрикционном тормозе) передаваемый крутящий момент будет превышать крутящий момент выключаемого тормоза (муфты).
Клапан форсировки, управляемый от клапана-пилота гидрораспределителя, соединен с источником давления и аккумулятором давления. Данное техническое решение обеспечивает увеличение времени включения фрикционного тормоза планетарной передачи для возможности повышения частоты двигателя, следствием чего является уменьшение мощности буксования в фрикционном тормозе и предотвращаются возможные толчки в трансмиссии.
В планетарной коробке передач по фиг.1 двухступенчатая планетарная передача вдвое увеличивает число ступеней планетарного редуктора 2, поэтому планетарная коробка передач по фиг. 1 имеет шесть ступеней переднего хода.
Ступенчатый планетарный  редуктор 2, содержащий цилиндры 5-8, благодаря устройству управления (фиг.2, фиг.3), содержащему аккумулятор давления 39, клапан слива 40, клапан сброса давления 42 и обратные клапаны 47-49, может использоваться как самостоятельный агрегат с тремя ступенями переднего хода и ступенью заднего хода, что расширяет возможности данного изобретения. При этом число ступеней переднего хода в планетарном редукторе возможно увеличивать до 4-5.
Устройство управления ступенчатым планетарным редуктором снабжено клапаном форсировки и клапаном слива, соединенным аккумулятором давления, работающими аналогично с клапанами двухступенчатой планетарной передачи. При этом клапан сброса давления соединен с гидробаком, с клапаном слива и клапанами, содержащими обратные клапаны.
Клапан форсировки планетарного редуктора, управляемый от клапана-пилота планетарного редуктора, соединен с источником давления и другим аккумулятором давления планетарного редуктора.
Расширение функциональных возможностей устройства управления двухступенчатой планетарной передачей обеспечено введением регулятора давления, управляемого по частоте вращения двигателя, переключающего клапана, соединенного с другим клапаном-пилотом, содержащим электромагнит. При этом переключающий клапан соединен с цилиндром фрикционного тормоза двухступенчатой планетарной передачи, гидрораспределителем и с регулятором давления, а электромагнит другого клапана-пилота через диоды соединен со ступенью заднего хода переключателя ступеней и с первой ступенью, которая через диод соединена с клапаном-пилотом первой ступени планетарного редуктора.
Это обеспечивает плавное трогание с места транспортной машины на первой ступени и ступени заднего хода планетарного редуктора.
Процесс плавного трогания с места и разгона транспортной машины осуществляется путем регулирования давления в цилиндре тормоза планетарной передачи, что следует считать оптимальным решением, т.к. фрикционный тормоз не вращается и на процесс регулирования крутящего момента не действуют центробежные силы.
Планетарный ступенчатый редуктор может применяться и без двухступенчатой планетарной передачи, т.е. как независимый от планетарной двухступенчатой передачи агрегат, что также расширяет возможности данного изобретения.
На фиг. 1 изображена кинематическая схема планетарной коробки передач с гидротрансформатором; на фиг. 2 - схема управления планетарной коробкой передач по фиг. 1; на фиг. 3 - график переключения цилиндров планетарного редуктора; на фиг. 4 - график переключения цилиндров в двухступенчатой планетарной передаче; на фиг. 5 - таблица переключении цилиндров в планетарной коробке передач.
Планетарная коробка передач (фиг. 1) содержит двухступенчатую планетарную передачу 1 и ступенчатый планетарный редуктор 2. Двухступенчатая планетарная передача 1 содержит фрикционный тормоз, управляемый цилиндром 3, и фрикционную муфту блокировки планетарной передачи с цилиндром 4.
Планетарный редуктор 2 имеет фрикционную муфту, управляемую цилиндром 5, и фрикционные тормозы, снабженные цилиндрами 6-8.
Выходным звеном планетарной коробки передач является вал 9.
Для осуществления трогания с места транспортной машины предусмотрен, например, гидротрансформатор 10.
Устройство управления планетарной коробки передач (фиг. 2) содержит приводимый от двигателя транспортной машины масляный насос 11, являющийся источником давления. Давление Рн на выходе масляного насоса 11 поддерживается ограничителем давления 12. Масло находится в гидробаке 13, в который происходит слив масла из всех узлов коробки передач, например из ограничителя давления 12.
Избирательное включение цилиндра 3 тормоза двухступенчатой планетарной передачи и цилиндра 4 фрикционной муфты блокировки выполняется гидрораспределителем 14, управляемым гидравлически клапаном-пилотом 15, содержащим электромагнит 16.
Для осуществления контролируемого включения и выключения фрикционного тормоза и фрикционной муфты двухступенчатой планетарной передачи предусмотрены соединенные с гидрораспределителем: аккумулятор давления 17, клапан сброса давления 18, клапан слива масла 19 и клапан форсировки включения 20.
Аккумулятор давления 17 соединен с масляным насосом 11 жиклером 21. Электромагнит 16 соединен с электрическим аккумулятором 22 и через диоды 23, 24 и 25 с переключателем ступеней 26.
Цилиндры планетарного редуктора 2 управляются с помощью гидравлических клапанов 27-30 по сигналам клапанов-пилотов 31-34, содержащих электромагниты 35-38, соединенные с электрическим аккумулятором 22 и электрическим переключателем ступеней 26.
Для управления планетарным редуктором введен другой аккумулятор давления 39, соединенный с источником давления 11 другим жиклером 40, другим клапаном слива 41, соединенным с другим клапаном сброса давления 42. Другой клапаном форсировки 43 присоединен параллельно другому жиклеру 40 и управляется от клапана-пилота 33. Другой клапан сброса давления 42 закрывается, если в выключаемом цилиндре планетарного редуктора давление Р<Р42 (фиг. 3).
Каналы слива 44-46 клапанов 27-29 соединены с другим клапаном сброса давления 42 и с другим клапаном слива 41, управляемом давлением в другом аккумуляторе давления 39, через обратные клапаны 47-49.
Клапан слива открыт при давлении в аккумуляторе давления Р>Р41.
В устройстве управления также предусмотрены жиклеры 50 и 51 для коррекции слива масла из выключаемых цилиндров.
В исходном положении при минимальной частоте холостого хода двигателя, когда переключатель ступеней 26 находится в положении нейтрали, цилиндр 3 фрикционного тормоза через гидрораспределитель 14 соединен с масляным насосом 11, поэтому двухступенчатая планетарная передача включена с передаточным числом UП.
При этом движение машины не происходит, т.к. в планетарном редукторе все цилиндры 5-8 находятся в выключенном состоянии.
o
Для начала движения водитель включает в переключателе ступеней 26 первую ступень U1 планетарного редуктора. При этом клапан-пилот 31 переключается и гидравлически переключает клапан 27 планетарного редуктора 2. Клапан 27 соединяет полностью заряженный другой аккумулятор давления 39 с цилиндром 7 фрикционного тормоза через большое проходное сечение. Объем аккумулятора давления 39 рассчитан таким образом, что при выборе всех зазоров в фрикционных элементах тормоза давление в другом аккумуляторе давления и в цилиндре 7 за время t устанавливается равным Р1 (фиг. 3). При давлении Р1 возможна некоторая начальная величина крутящего момента трения в фрикционном тормозе, управляемом цилиндром 7.
Далее другой аккумулятор давления 39 начинает заряжаться через другой жиклер 40 от масляного насоса 11, что приводит к росту давления в цилиндре 7 до давления Р39. При давлении Р39 аккумулятор давления 39 полностью заполняется, поэтому, из-за несжимаемости масла, давление в другом аккумуляторе давления 39 и в цилиндре 7 планетарного редуктора быстро возрастает до величины Рн (фиг. 3, поз.52).
7
7
При этом полностью включается ступень редуктора UP, поэтому передаточное число в планетарной коробке передач будет равно U1=UП*UP.
Водитель нажимает педаль подачи топлива, что приводит к увеличению частоты вращения двигателя и повышению крутящего момента на турбинном валу гидротрансформатора, который передается на двухступенчатую планетарную передачу 1. Транспортная машина трогается с места и плавно разгоняется.
7
По мере увеличения скорости машины водитель выполняет переключение со ступени U1 на ступень U2, что приводит к включению электромагнита 16 клапана-пилота 15. При этом через диод 25 клапан-пилот 31 остается включенным, поэтому включенной будет и ступень UP планетарного редуктора.
Клапан-пилот 15 подает сигнал на гидрораспределитель 14 и на клапан форсировки 20. Гидрораспределитель 14 переключается, соединяя цилиндр 4 фрикционной муфты блокировки планетарной передачи 1 с аккумулятором давления 17. При этом ранее включенный цилиндр 3 будет выключаться, т.к. соединяется с клапаном сброса давления 18 и клапаном слива 19 (фиг. 4, поз.53). В результате происходит процесс переключения в двухступенчатой планетарной передаче.
19
19
18
Клапан слива 19, управляемый давлением Р в аккумуляторе давления 17, открыт при давлении P>P, а при P<P закрыт. Клапан сброса давления открыт при P>P.
0
19
18
(т-м)
Включение цилиндра 4 будет происходить из полностью заряженного аккумулятора давления 17 через большое проходное сечение. Объем аккумулятора давления рассчитан таким образом, что при выборе всех зазоров в фрикционных элементах включаемой муфты, за время t давление в цилиндре 4 устанавливается равным Р1 (фиг. 4, поз.54). Далее аккумулятор давления 17 начинает заряжаться от источника давления через жиклер 21 и открытый клапан форсировки 20. В точке Б давление в аккумуляторе давления достигает Р, что приводит к открытию клапана слива 19 и сбросу давления в цилиндре 3 с P до нуля. Фрикционный тормоз полностью выключается за время t. Благодаря получения заштрихованной зоны перекрытия, переключение в двухступенчатой планетарной передаче выполнено без разрыва мощности. При использовании жиклера 50 сброс давления произойдет с давления Рт.
Плавное нарастание давления во включаемом цилиндре 4 будет продолжаться до Р2, когда аккумулятор полностью заполнится маслом и давление в нем быстро возрастет до Рн. При этом фрикционная муфта блокировки двухступенчатой планетарной передачи будет полностью включена.
Когда давление во включаемом цилиндре 4 становится достаточно большим (точка Б), то пробуксовка фрикционного тормоза становится вредным. В данном изобретении ликвидация вредного буксования в выключаемом фрикционным тормозе (или фрикционной муфте) достигнута введением клапана слива 19, управляемого давлением во включаемом цилиндре.
При переключении на ступень U3 согласно таблице на фиг. 5 одновременно происходит переключение в двухступенчатой планетарной передаче и в планетарном редукторе. При этом отключается электромагнит 16, что приводит к возврату в исходное положение гидрораспределителя 14 и клапана форсировки 20.
В двухступенчатой планетарной передаче фрикционная муфта, управляемая цилиндром 4, выключается, а включается фрикционный тормоз, управляемый цилиндром 3. Следовательно переключение происходит с передаточного числа, равного единице, на передаточное число UП, т.е. включается понижающая ступень.
Оптимальный процесс включения понижающей передачи должен проводиться с некоторым увеличением во времени, в течение которого частота вращения незагруженного двигателя повышается, в результате чего уменьшается мощность буксования в фрикционном тормозе и снижается возможность появления толчка в трансмиссии.
Начальный этап включения цилиндра 3 фрикционного тормоза до давления Р1 происходит при разрядке аккумулятора давления 17. В связи с тем, что клапан форсировки выключен, дальнейший рост давления в цилиндре 3 происходит медленнее (поз.55, фиг. 4).
18
Сброс давления из цилиндра 4 до давления P (поз.53, фиг. 4) происходит аналогично с ранее изложенным сбросом давления из цилиндра 3.
18
Когда давление во включаемом цилиндре 3 достигает точки А, клапан слива 19 сбрасывает давление в выключаемом цилиндре 4 с P до нуля.
м
При использовании жиклера 50 сброс давления в цилиндре 4 будет проводиться с P до нуля.
(м-т)
(т-м)
На графике 4 показано, что время переключения с фрикционной муфты на фрикционный тормоз t больше времени переключения с тормоза на фрикционную Муфту t.
0
Включение цилиндра 6 в планетарном редукторе ничем не отличается от ранее описанного включения цилиндра 7. Полностью заряженный другой аккумулятор давления 39 через большое проходное сечение за время t быстро разряжается в цилиндр 6 до давления Р1 при котором выбираются все зазоры в фрикционных дисках тормоза планетарной передачи. Далее идет процесс зарядки другого аккумулятора давления 39 от источника давления через другой жиклер 40. Происходит рост давления во включаемом цилиндре 6 до величины Р39 (фиг. 3, поз.52). В момент достижения давления Р39 другой аккумулятор давления 39 полностью заполняется, поэтому давление в цилиндре 6 быстро возрастает до Рн, а фрикционный тормоз полностью включается.
Одновременно с включением цилиндра 6 происходит выключение цилиндра 7. На начальном этапе в цилиндре 7 происходит сброс давления от Рн до Р41 через другой клапан сброса давления 42 и другой клапан слива 41. При давлении Р41 другой клапан слива 41 закрывается, поэтому слив масла происходит только через другой клапан сброса давления 42 до давления Р42, когда этот клапан закрывается. В выключаемом цилиндре 7 давление Р42 будет оставаться до момента достижения давления во включаемом цилиндре 6 точки В, когда откроется другой клапан слива 41 и давление в выключаемом цилиндре 7 сбросится до нуля.
Все переключения на ступени U3, U4, U6 и все включения цилиндров 6 и 5 планетарного редуктора будут соответствовать графику поз.52 на фиг. 3, а все выключения цилиндров будут соответствовать графику поз.56. При включении ступени U5 срабатывает другой клапан форсировки 43. Благодаря этому включение цилиндра 5 будет происходить ускоренно в соответствии с графиком поз.57 на фиг. 3.
Изложенное показывает, что устройство управления по фиг.2 обеспечивает одновременное начало переключении ступеней в двухступенчатой планетарной передаче 1 и ступенчатом планетарном редукторе 2, но время переключения ступеней может быть различным. Например, ступени в планетарном редукторе целесообразно переключать быстрее, чем в двухступенчатой планетарной передаче, для снижения работы буксования в фрикционном тормозе и муфте планетарной передачи.
В устройстве управления по фиг.2 применен один клапан сброса давления 42 и один клапан слива 41, что требует применения более простых обратных клапанов 47-49. При сливе в одном из цилиндров 5-7 обратные клапаны предотвращают попадание сливаемого масла в другие цилиндры.
Изложенное показывает, что гидротрансформатор 10 в процессе переключении ступеней в двухступенчатой планетарной передаче 1 и в планетарном редукторе 2 не участвует.
Вариант планетарной коробки передач без гидротрансформатора по фиг.6 снабжен устройством управления по фиг.7, где введен приводимый от двигателя регулятор давления 58, содержащий центробежный регулятор 59, управляющий золотником 60, охваченным отрицательной обратной связью по давлению. При этом регулятор давления 58 соединен с источником давления 11. В устройство управления также введен переключающий клапан 61, соединенный с клапаном-пилотом 62, содержащим электромагнит 63.
Переключающий клапан 61 соединен каналом 64 с цилиндром 3 фрикционного тормоза двухступенчатой планетарной передачи 1 и избирательно соединен каналом 65 с гидрораспределителем 14 и каналом 66 с регулятором давления 58. Электромагнит 63 клапана-пилота 62 соединен с электрическим аккумулятором 22 и через диоды 67 и 68 с первой ступенью U1 переключателя ступеней 26 и со ступенью заднего хода UR. Кроме того, предусмотрен диод 69 для соединения ступени U1 с клапаном-пилотом 31.
0
При работе двигателя машины на минимальной частоте холостого хода n давление в канале 66 на выходе регулятора давления 58 равно, например, Р1. Поэтому при включении первой ступени U1 или ступени заднего хода UR переключающий клапан 61 соединяет цилиндр 3 фрикционного тормоза через канал 66 с регулятором давления 58. При давлении Р1 в цилиндре 3 фрикционный тормоз готов к передаче крутящего момента, т.к. в нем выбраны все зазоры.
Водитель нажимает педаль подачи топлива в двигатель, в результате чего частота двигателя n возрастает, что приводит к увеличению давления в цилиндре 3 в соответствии с графиком на фиг.8 и плавному троганию с места и разгону транспортной машины. При достижении в цилиндре 3 давления Рн фрикционный тормоз будет полностью включен.
Диоды 67 и 68 введены для избирательного соединения электромагнита 63 со ступенями  U1 и UR переключателя ступеней 26.
Диод 69 препятствует включению электромагнита 63 на ступени U2 переключателя ступеней.
При включении ступеней U2-U6 регулятор давления 58 отключен переключающим клапаном 61 и поэтому все переключения в планетарной коробке передач будут выполняться как по схеме на фиг.2.
Использование фрикционного тормоза двухступенчатой планетарной передачи для трогания транспортной машины с места является оптимальным техническим решением, т.к. на него не действуют центробежные силы.
19
41
В устройствах управления по фиг.2 и фиг.7 зоны перекрытия будут сохраняться в случае медленного переключения передач в переключателе ступеней 26, т.к. давления в выключаемых цилиндрах сбрасывается только при возрастании давления во включаемых цилиндрах до значений P и P. Следовательно устройства управления по фиг.2 и фиг.7 работоспособны как при автоматическом, так и при ручном переключении передач в переключателе ступеней 26.