ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
AUTOMOTIVE ELECTROMECHANICAL TRANSMISSION

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, а именно к гибридной силовой передаче бесступенчатой трансмиссии сельскохозяйственного транспортного средства, в частности трактора.
Бесступенчатые трансмиссии с применением гибридной (электромеханической) передачи позволяют наилучшим образом согласовывать характеристики двигателя с постоянно меняющимися условиями работы трактора, обеспечивая точное регулирование скорости движения и максимальную загрузку двигателя.
Известны электромеханические трансмиссии транспортных средств, содержащие электрогенератор, электродвигатель, кинематически связанные с двигателем внутреннего сгорания и через суммирующий планетарный механизм - с конечной передачей (1-7).
Однако известные указанные трансмиссии имеют низкий КПД и достаточно большую стоимость промышленного изготовления.
В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбрана известная электромеханическая трансмиссия для сельскохозяйственного трактора, включающая электрогенератор, вал ротора которого передним концом кинематически соединен с двигателем внутреннего сгорания, а задним концом - с приводным валом редуктора отбора мощности, проходящим через полый вал ротора соосно расположенного электродвигателя, при этом полый вал ротора электродвигателя кинематически соединен с ведущим мостом через зубчатую передачу (8).
Недостаток известной трансмиссии заключается в низкой экономической эффективности и высоких динамических нагрузках, возникающих в зубчатой передаче.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение экономической эффективности и долговечности электромеханической передачи путем повышения КПД, снижения динамических нагрузок и улучшения разгонных качеств.
Поставленная задача решена следующим образом. Электромеханическая трансмиссия транспортного средства включает электрогенератор, вал ротора которого кинематически соединен с двигателем внутреннего сгорания и с приводным валом редуктора отбора мощности, проходящим через полый вал ротора соосно расположенного электродвигателя. При этом полый вал ротора электродвигателя кинематически соединен с ведущим мостом через зубчатую передачу и выходной вал. Согласно изобретению вал ротора электрогенератора выполнен полым, внутри него установлен торсионный вал, кинематически соединенный с двигателем внутреннего сгорания, с полым валом ротора электрогенератора и с приводным валом редуктора отбора мощности. Зубчатая передача выполнена в виде диапазонной коробки передач, снабженной полым входным валом с жестко установленными шестернями, соединенным с полым валом ротора электродвигателя, двумя параллельно расположенными относительно входного вала и соосно установленными относительно друг друга промежуточными валами. На одном из промежуточных валов свободно установлены шестерни постоянного зацепления с жестко установленными шестернями на полом входном валу и переключающее устройство. На другом промежуточном валу жестко установлены шестерни постоянного зацепления со свободно установленными шестернями на выходном валу, оснащенном переключающим устройством.
При этом переключающее устройство промежуточного вала может быть выполнено в виде гидроуправляемой фрикционной муфты или управляемой зубчатой муфты. Соединение торсионного вала с полым валом ротора электрогенератора и с приводным валом редуктора отбора мощности может быть выполнено посредством шлицевой втулки. Соединение входного вала диапазонной коробки передач с полым валом ротора электродвигателя может быть выполнено посредством зубчатой муфты. Зубчатая передача выполнена в виде четырехдиапазонной коробки передач.
На фиг.1 схематично изображена электромеханическая трансмиссия транспортного средства, продольный разрез. На фиг.2 изображен вариант исполнения переключающего устройства промежуточного вала в виде управляемой зубчатой муфты. На фиг.3 изображена диаграмма тягово-скоростной характеристики электромеханической трансмиссии. На фиг.4 изображена диаграмма тягово-скоростной характеристики работы электродвигателя в тяговом режиме при максимальном КПД.
Электромеханическая трансмиссия транспортного средства (фиг.1) включает электрогенератор 1 с полым валом 2 ротора, электродвигатель 3 с полым валом 4 ротора, диапазонную коробку передач 5, редуктор 6 отбора мощности и задний мост 7. Внутри вала 2 ротора электрогенератора 1 установлен с возможностью вращения торсионный вал 8, передний конец которого соединен через муфту 9 сцепления с двигателем внутреннего сгорания (не показан). Второй конец вала 8 соединен посредством, например, шлицевой втулки 10 с валом 2 ротора электрогенератора 1 и с приводным валом 11 редуктора 6 отбора мощности, проходящим внутри вала 4 ротора электродвигателя 3.
В состав диапазонной коробки передач 5 входит полый входной вал 12 с жестко установленными шестернями 13 и 14, параллельный входному валу 12 промежуточный вал 15 со свободно установленными шестернями 16, 17 и переключающим устройством 18, параллельный входному валу 12 и соосный промежуточному валу 15 промежуточный вал 19 с жестко установленными шестернями 20 и 21, выходной вал 22 со свободно установленными шестернями 23, 24 и переключающим устройством 25.
Вал 4 ротора электродвигателя 3 через зубчатую втулку 26 соединен с входным валом 12, шестерни 13 и 14 которого постоянно зацеплены с шестернями 16 и 17 промежуточного вала 15. Переключающее устройство промежуточного вала 15 может быть выполнено в виде, например, гидроуправляемой фрикционной муфты (фиг.1) или управляемой зубчатой муфты (фиг.2). Промежуточный вал 19 соединен с промежуточным валом 15 посредством зубчатой муфты 27, его шестерни 20 и 21 постоянно зацеплены с шестернями 23 и 24 выходного вала 22. Переключающее устройство 25 выходного вала 22 может быть выполнено в виде, например, управляемой зубчатой муфты (фиг.1). Выходной вал 22 посредством ведущей конической шестерни 28 и ведомой конической шестерни 29 соединен с полуосями заднего моста 7.
Электромеханическая трансмиссия транспортного средства работает следующим образом.
Крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания передается через муфту 9 сцепления торсионному валу 8, который посредством шлицевой втулки 10 передает его на вал 2 ротора электрогенератора 1 и приводной вал 11 редуктора 6 отбора мощности. Торсионный вал 8 служит для гашения крутильных колебаний, передаваемых от двигателя внутреннего сгорания к валу 2 ротора электрогенератора 1. Далее передача крутящего момента на редуктор 6 отбора мощности осуществляется через приводной вал 11.
Электрическая мощность электрогенератора 1 через специальный преобразователь (не показан) передается электродвигателю 3, вал 4 ротора которого через зубчатую муфту 26 вращает входной вал 12 с шестернями 13 и 14.
Мощность электродвигателя 3 может передаваться через выходной вал 22 на задний мост 7 четырьмя потоками, включающими два режима:
тяжелый, через шестерню 23, и основной, через шестерню 24. Шестерни 23 и 24 переключают зубчатой муфтой 25.
На каждом режиме мощность может передаваться через одну из двух ступеней промежуточного вала 15, переключаемых под нагрузкой, при помощи переключающего устройства 18 в виде, например, гидроуправляемой фрикционной муфты (фиг.1) или управляемой зубчатой муфты (фиг.2).
Рассмотрим работу трансмиссии, например, на основном режиме. Для этого шестерню 23 соединяют зубчатой муфтой 25 с выходным валом 22 и включают фрикционную муфту 18 первой ступени. Вращение от вала 4 ротора электродвигателя 3 передается через вал 12, шестерни 14 и 17 на промежуточный вал 15, через зубчатую муфту 27 - на промежуточный вал 19, через шестерни 21 и 24 - на выходной вал 22 и далее на полуоси заднего моста 7.
min
max
При таком положении переключающих устройств передача работает в зоне III тягово-скоростной характеристики (фиг.3). Зона работы на тягово-скоростной характеристике выбрана из условий работы электродвигателя 3 в зоне максимального КПД от n до n (фиг.4). При снижении нагрузки до верхнего значения тягового сопротивления фрикционная муфта 18 переключается в другое положение. Передача работает в зоне IV тягово-скоростной характеристики (фиг.3).
При работе с большими тяговыми нагрузками поток мощности передается через зубчатое зацепление с большим передаточным числом, т.е. переключается зубчатая муфта 25, соединяя шестерню 23 с выходным валом 22. В этом случае силовая передача будет работать в зоне I тягово-скоростной характеристики на первой ступени и в зоне II на второй ступени.
Таким образом, предлагаемое конструктивное исполнение электромеханической трансмиссии транспортного средства обеспечивает работу силовой передачи с высоким КПД во всем диапазоне тяговых сопротивлений, снижает динамические нагрузки и улучшает разгонные качества, что, в конечном итоге, повышает экономическую эффективность и долговечность электромеханической передачи.
Источники информации
1. DE, № 4124479 А1, МПК: В60К 6/04, опубл. 28.01.1993.
2. DE, № 19749074 А1, МПК: B60L 11/02, В60К 17/28, опубл. 20.05.1999.
3. ЕР, № 1199204 А1, МПК: В60К 6/02, опубл. 24.04.2002.
4. ЕР, № 1205338 А2, МПК: В60К 26/02, опубл. 15.05.2002.
5. ЕР № 1317050 А2, МПК: Н02К 7/18, опубл. 04.06.2003.
6. US, № 6899190 BB, МПК: В60К 6/02, опубл. 31.05.2005.
7. ЕР, № 1547840 А2, МПК: В60К 6/02, опубл. 29.06.2005.
8. ЕР, № 0693392 В1, МПК: B60L 11/08, В60К 17/28, опубл. 18.03.1998 (прототип).