ГРУЗОВОЙ АВТОМОБИЛЬ С ПЕРЕДНИМ И ЗАДНИМ ВЕДУЩИМИ МОСТАМИ
TRUCK WITH FRONT AND REAR DRIVE AXLES

Техническое решение относится к колесным транспортным средствам. Оно касается грузового автомобиля с передним и задним ведущими мостами, способного передвигаться в различных дорожных условиях.
В трансмиссиях автомобилей, имеющих привод передних и задних колес, применяются раздаточные коробки с межосевыми дифференциалами, содержащими один или два планетарных ряда, которые показаны, например, в патентах №№2026208, 2093374, 2192972, выданных в Российской Федерации. В трансмиссии автомобиля, изображенной в патенте №4650202, выданном в США, используется раздаточная коробка с межосевым дифференциалом, содержащим три планетарных ряда, переключаемых вручную зубчатой муфтой, имеющей шлицевое соединение с выходным валом привода переднего ведущего моста. Однако переключение трех планетарных рядов вручную отвлекает внимание водителя от слежения за дорожной ситуацией и требует от него дополнительных манипуляций с органами управления автомобилем. В качестве близкого аналога принят грузовой автомобиль с передним и задним ведущими мостами, изображенный в выданном в США патенте №4280583, МПК В60К 17/34, содержащий раму для установки на нее кузова, трансмиссию для передачи поворотного момента от двигателя к ведущим мостам, в которой расположена раздаточная коробка с межосевым дифференциалом, содержащим планетарный ряд, распределяющий в определенной пропорции поворотные моменты, передаваемые к ведущим мостам. Однако в этом автомобиле соотношение поворотных моментов, поступающих к переднему и заднему ведущим мостам, остается неизменным при движении автомобиля как с грузом в кузове, так и при его движении без груза, что ухудшает проходимость и управляемость автомобиля, повышает износ шин его колес.
Задачей является улучшение управляемости и проходимости грузового автомобиля с передним и задним ведущими мостами, уменьшение износа шин его колес путем обеспечения своевременного перераспределения нагрузки на колеса автомобиля при укладке груза в кузов.
Решение задачи обеспечено тем, что грузовой автомобиль с передним и задним ведущими мостами содержит раму, кузов для перевозки груза, установленный на раме, трансмиссию для передачи поворотного момента от двигателя к переднему и заднему ведущим мостам, в которой расположена раздаточная коробка с межосевым дифференциалом, содержащим три планетарных ряда, переключаемых зубчатой муфтой, имеющей гидравлический привод от поршня, расположенного в трехсекционной рабочей камере, в которой вместе с упомянутым основным поршнем расположен дополнительный поршень большего диаметра, образующий подвижный упор для основного поршня, передняя секция рабочей камеры, расположенная перед основным поршнем, и средняя секция, расположенная между основным и дополнительным поршнями, соединены гидролиниями с двухпозиционным гидравлическим распределителем для поочередной подачи в них рабочей жидкости от источника ее давления, задняя секция рабочей камеры сообщена гидролинией через клапан с ее передней секцией. Распределитель и клапан имеют управление от электромагнитов, подключенных к сдвоенному шаговому выключателю, содержащему подвижный контакт, расположенный на поворотном поводке, имеющем привод от балки заднего ведущего моста автомобиля, и два неподвижных контакта, сделанных в виде кольцевых секторов разной длины, расположенных коаксиально, к неподвижному контакту большей длины подключен электромагнит управления распределителем, а к неподвижному контакту меньшей длины подключен электромагнит управления упомянутым клапаном.
Вследствие переключения планетарных рядов межосевого дифференциала раздаточной коробки грузового автомобиля при укладке груза в кузов зубчатой муфтой по сигналу, поступающему к приводу муфты от гидравлического распределителя и от клапана, управляемых электромагнитами, подключенными к шаговому выключателю, срабатывающему при изменении положения рамы под тяжестью груза в кузове, улучшается управляемость и проходимость автомобиля и уменьшается износ шин вследствие рационального распределения нагрузки на колеса при порожнем и при загруженном кузове. Кроме того, облегчается управляемость автомобилем, так как нагрузка на ведущие мосты перераспределяется автоматически, не требуя участия водителя.
К электрическим цепям, связывающим электромагниты управления распределителем и клапаном с выключателем, подключены побочные электрические цепи, в каждой из которых расположены индукционная катушка и конденсатор, а между конденсатором и выключателем расположен диод, подключенный параллельно индукционной катушке.
На фигуре 1 изображен грузовой автомобиль с передним и задним ведущими мостами.
На фигуре 2 представлена раздаточная коробка грузового автомобиля с межосевым дифференциалом.
На фигуре 3 показано расположение сателлитов планетарных рядов межосевого дифференциала.
На фигуре 4 показан более крупно привод муфты управления межосевым дифференциалом.
Представленный на фигуре 1 грузовой автомобиль с передним и задним ведущими мостами содержит раму 1, на которой впереди расположена кабина 2, а за ней установлен кузов 3, предназначенный для перевозки груза. Между кабиной и кузовом на раме установлен двигатель 4. Автомобиль содержит трансмиссию для передачи поворотного момента от двигателя к переднему ведущему мосту 5 и к заднему ведущему мосту 6, имеющим упругую подвеску на раме 1. В кинематической цепи трансмиссии расположены сцепление 7, представляющее собой фрикционную муфту, ступенчатая коробка передач 8, раздаточная коробка 9, содержащая межосевой дифференциал, и карданные передачи для связи валов раздаточной коробки с валами коробки передач и ведущих мостов.
Раздаточная коробка 9 содержит картер 10, в котором установлен ведущий вал 11, имеющий привод от выходного вала коробки передач 8. С ведущим валом раздаточной коробки связан зубчатой передачей полый ведомый вал 12. С валом 12 соединено водило 13 межосевого дифференциала, содержащее трубчатый корпус 14, с которым соединен трубчатый фланец 15, установленный на подшипнике качения в картере 10. Межосевой дифференциал содержит три планетарных ряда. В первом планетарном ряду расположены солнечная шестерня 16, имеющая шлицевое соединение с валом 17 привода переднего ведущего моста 5 автомобиля, сателлиты 18 и коронное зубчатое колесо 19, снабженное ступицей 20 с внутренними зубьями, установленной на подшипнике качения в корпусе 14 водила. Во втором планетарном ряду расположены солнечная шестерня 21, диаметр которой равен диаметру солнечной шестерни 16, и сателлиты 22, имеющие зацепление с сателлитами 18 первого планетарного ряда. Солнечная шестерня 21 второго планетарного ряда установлена с возможностью вращения на шейке 23 вала 24 привода заднего ведущего моста 6 автомобиля и имеет на своей ступице наружный зубчатый венец. Третий планетарный ряд составляют солнечная шестерня 25, имеющая внутренний зубчатый венец, и сателлиты 26, которые находятся в зацеплении с сателлитами 18 первого планетарного ряда (фигуры 3 и 4). Диаметр солнечной шестерни 25 больше диаметра солнечных шестерен 16 и 21. Солнечная шестерня 25 расположена на ступице солнечной шестерни 21 второго планетарного ряда и, кроме того, она установлена на подшипнике качения в водиле 13.
Для изменения кинематических связей в межосевом дифференциале для перераспределения поворотных моментов на валах 17 и 24 привода ведущих мостов при укладке груза в кузов автомобиля раздаточная коробка содержит зубчатую муфту 27, имеющую шлицевое соединение с валом 24 привода заднего ведущего моста. Зубчатая муфта 27 имеет три зубчатых венца, а именно внутренний зубчатый венец, имеющий возможность зацепления с наружным зубчатым венцом солнечной шестерни 21 второго планетарного ряда, и два наружных зубчатых венца, имеющих возможность поочередного зацепления с внутренними зубчатыми венцами, сделанными внутри солнечной шестерни 25 третьего планетарного ряда и внутри ступицы 20 коронного зубчатого колеса 10. Зубчатая муфта 27 имеет гидравлический привод через подшипник качения от поршня 28, расположенного в ступенчатой трехсекционной рабочей камере 29, образованной между трубчатым корпусом 14 водила и его трубчатым фланцем 15. В рабочей камере 29 вместе с упомянутым основным поршнем 28 расположен дополнительный поршень 30 большего диаметра, образующий подвижный упор для основного поршня 28. Передняя секция рабочей камеры 29, расположенная перед основным поршнем 28, и средняя секция, расположенная между основным 28 и дополнительным 30 поршнями, соединены гидролиниями 31 и 32 с двухпозиционным четырехлинейным гидравлическим распределителем 33, содержащим подпружиненный золотник для поочередной подачи в эти секции рабочей жидкости от источника ее давления, в частности от насоса 34. Задняя секция рабочей камеры 29 сообщена гидролинией 35 с ее передней секцией через двухпозиционный клапан 36, содержащий подпружиненный золотник. Распределитель 33 и клапан 36 имеют управление от электромагнитов соответственно 37 и 38, подключенных электрическими цепями к сдвоенному шаговому выключателю 39, расположенному в герметичном корпусе на раме 1 автомобиля. Выключатель 39 содержит подключенный к источнику электрического тока подвижный контакт, расположенный на поворотном поводке 40, и два неподвижных контакта 41 и 42, сделанных из металлических пластин в виде кольцевых секторов разной длины, расположенных коаксиально. К неподвижному контакту 41 большей длины подключен через электрическую цепь 43 электромагнит 37 управления распределителем 33, а к неподвижному контакту 42 меньшей длины подключен через электрическую цепь 44 электромагнит 38 управления клапаном 36. К электрическим цепям 43 и 44, связывающим электромагниты 37 и 38 с неподвижными контактами 41 и 42 выключателя 39, подключены побочные электрические цепи, в одной из которых расположен конденсатор 45 и индукционная катушка 46, а в другой побочной электрической цепи расположены конденсатор 47 и индукционная катушка 48. Между конденсатором 45 и выключателем 39 расположен диод 49, подключенный параллельно индукционной катушке 46. Между конденсатором 47 и выключателем расположен диод 50, подключенный параллельно индукционной катушке 48. Индукционные катушки 46 и 48 обеспечивают постепенный разряд конденсаторов 45 и 47 для сохранения питания электромагнитов в случае кратковременного соскакивания подвижного контакта, то есть поворотного поводка 40, с неподвижных контактов выключателя.
Поводок 40, несущий подвижный контакт выключателя 39, имеет привод от балки 51 заднего ведущего моста 6 автомобиля. Их кинематическая связь образована звеном 52, шарнирно соединенным с балкой 51 ведущего моста, и рычагом 53, шарнирно соединенным со звеном 52. Рычаг 53 закреплен на валу 54, от которого через планетарную передачу имеет привод поводок 40.
При движении автомобиля поворотный момент от двигателя 4 через сцепление 7 и коробку передач 8 поступает к ведущему валу 11 раздаточной коробки 9. От вала 11 через зубчатую передачу поворотный момент передается к ведомому валу 12 и далее к водилу 13 межосевого дифференциала, распределяющего поворотные моменты между ведущими мостами автомобиля в зависимости от позиции, занимаемой золотником распределителя 37. При порожнем кузове контакты выключателя 39 разомкнуты и поэтому электрический ток от его источника к электромагнитам 37 и 38 не поступает. При выключенных электромагнитах 37 и 38 золотники распределителя 33 и клапана 36 занимают такую позицию, при которой рабочая жидкость поступает от распределителя 33 под давлением, создаваемым насосом 34, в среднюю секцию рабочей камеры 29 позади основного поршня 28, а передняя и задняя секции соединены со сливом. Под действием давления рабочей жидкости в средней секции рабочей камеры поршень 28 занимает такое положение, при котором связанная с ним зубчатая муфта 27 имеет зацепление с зубчатым венцом солнечной шестерни 21, соединяя ее с валом 24 привода заднего ведущего моста 6. Тогда поворотный момент от водила 13 поступает к валам 17 и 24 привода ведущих мостов через сателлиты 18 и 22 и через солнечные шестерни 16 и 21. В этом случае, когда нет груза в кузове автомобиля, между валами 17 и 24 привода ведущих мостов устанавливается наименьшее силовое передаточное число, то есть наименьшее отношение поворотных моментов на этих валах, при котором поворотные моменты распределяются между ведущими мостами поровну.
При укладке в кузов автомобиля тяжелого груза рама 1 из-за прогиба подвесок ведущих мостов опускается, приближаясь к балке 51 ведущего моста. При опускании рамы под тяжестью груза рычаг 53, связанный с балкой 51 звеном 52, поворачивается, перемещая связанный с ним поворотный поводок 40 в сторону неподвижных контактов 41 и 42 выключателя 39. При большом шаге, совершаемом поводком 40, происходит замыкание подвижного контакта, расположенного на поводке 40, и неподвижного контакта 41. При соприкосновении этих контактов электрический ток от его источника через диод 49 поступает к конденсатору 45, заряжая его, и к электромагниту 37, который переставляет золотник распределителя 33, устанавливая его в таком положении, при котором рабочая жидкость от распределителя 33 поступает под давлением в переднюю секцию рабочей камеры 29 перед поршнем 28 и проходит через клапан 36 в заднюю секцию рабочей камеры 29 позади дополнительного поршня 30. При поступлении рабочей жидкости под давлением в заднюю секцию рабочей камеры 29 дополнительный поршень 30 перемещается в сторону основного поршня 28 до упора во внутреннюю ступеньку в корпусе 14 водила, а основной поршень 28 под давлением рабочей жидкости, созданным в передней секции, перемещается к дополнительному поршню 30 до упора в него. При упоре основного поршня 28 в дополнительный поршень 30 перемещаемая поршнем 28 зубчатая муфта 27 занимает следующее положение, при котором она имеет зацепление с солнечной шестерней 25. При зацеплении зубчатой муфты 27 с солнечной шестерней 25 поворотный момент от водила 13 поступает к валу привода заднего ведущего моста через сателлиты 26 и солнечную шестерню 25, диаметр которой больше диаметра солнечной шестерни 16, расположенной на валу 17 привода переднего ведущего моста. Тогда между валами 17 и 24 привода ведущих мостов устанавливается промежуточное силовое передаточное число, при котором величина поворотного момента на валу 24 привода задних ведущих мостов получается больше величины поворотного момента на валу 17 привода переднего ведущего моста.
При укладке в кузов более тяжелого груза, при котором рама 1, приближаясь к балке 51 ведущего моста, опускается настолько, что находящийся на ней рычаг 53, поворачиваясь, вводит контакт, расположенный на поводке 40, в соприкосновение с неподвижным контактом 42 выключателя, происходит поступление электрического тока от его источника по электрической цепи 44 через диод 50 к конденсатору 47 для его зарядки и к электромагниту 38, управляющему клапаном 36. В этом случае золотник клапана 36 под действием электромагнита 38 занимает такую позицию, при которой задняя секция рабочей камеры 29 сообщается со сливом. Тогда под действием давления рабочей жидкости в передней секции рабочей камеры 29 поршень 28 отводит зубчатую муфту 27 от солнечной шестерни 25 и вводит ее в зацепление с коронным зубчатым колесом 19 для передачи поворотного момента от него к валу 24 привода заднего ведущего моста. При зацеплении зубчатой муфты 27 с коронным зубчатым колесом 19 между валами 17 и 24 привода ведущих мостов устанавливается наибольшее силовое передаточное число, при котором величина поворотного момента на валу 24 привода задних ведущих мостов 6, над которыми расположен загруженный кузов, получается значительно больше величины поворотного момента на валу 17 привода переднего ведущего моста 5.
После перевозки и выгрузки груза из кузова рама 1 под действием упругой подвески ведущих мостов приподнимается над балкой ведущего моста, и рычаг 53, поворачиваясь в обратную сторону, выводит подвижный контакт, расположенный на поводке 40, из соприкосновения с неподвижными контактами 41 и 42 выключателя 39. После этого прекращается поступление электрического тока к электромагнитам 37 и 38 управления распределителем 33 и клапаном 36, после чего подпружиненные золотники распределителя и клапана возвращаются в исходную позицию, при которой передняя и задняя секции рабочей камеры 29 сообщаются со сливом, а средняя секция, расположенная позади поршня 22, сообщается через гидролинию 32 с насосом 34. Под действием давления рабочей жидкости в средней секции рабочей камеры 29 поршень 28 перемещается в сторону солнечной шестерни 21 и соединяет ее зубчатой муфтой 27 с валом 24 привода заднего ведущего моста. Тогда при переезде порожнего автомобиля к месту погрузки в его кузов следующего груза поворотный момент распределяется поровну между его ведущими мостами для обеспечения лучшей управляемости автомобиля и снижения износа его шин.
В результате использования в трансмиссии грузового автомобиля с передним и задним ведущими мостами раздаточной коробки с межосевым дифференциалом, содержащим три планетарных ряда, переключаемых при погрузке груза в кузов по сигналу от выключателя, срабатывающего при опускании рамы под тяжестью груза, обеспечено своевременное автоматическое перераспределение нагрузки на колеса ведущих мостов, вследствие чего существенно улучшается управляемость и проходимость автомобиля, уменьшается износ шин.