Гидромеханическая передача транспортного средства большой мощности

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к гидромеханическим передачам, устанавливаемым на различных транспортных средствах, в частности на транспортных средствах мощностью от 300 до 650 л.с., и может быть использована на автомобилях большой грузоподъемности, машинах высокой проходимости, городских автобусах, дорожно-строительной технике.
Гидромеханической называется силовая передача, в которой вращающий момент от двигателя передается к колесным парам как механическими (коробкой передач, карданными валами, осевыми редукторами и т.д.), так и гидравлическим (гидропередачей) элементами. По сравнению с передачами других видов гидромеханическая передача имеет следующие достоинства: плавное, бесступенчатое изменение силы тяги, автоматически изменяющейся в зависимости от сопротивления движению; предохранение двигателя от ударных нагрузок вследствие отсутствия жесткой связи между ведущим и ведомым валами. Использование автоматических гидромеханических передач (ГМП) на автомобилях большой грузоподъемности, машинах высокой проходимости, городских автобусах, дорожно-строительной технике обеспечивает значительное улучшение технических характеристик и параметров безопасности машин, повышает надежность и ресурс агрегатов трансмиссии и двигателя за счет снижения динамических нагрузок, уменьшает токсичные выбросы в атмосферу благодаря оптимальному режиму работы двигателя. Современные ГМП представляют собой конструктивно сложные устройства, включающие механические, гидравлические и электронные компоненты.
В общем случае, гидромеханическая передача транспортного средства содержит гидротрансформатор, который состоит из насосного, турбинного и реакторного колеса, механическую часть, включающей входной редуктор и коробку передач, а также системы управления, системы питания и смазки [Гидромеханическая коробка передач. Интернет-ресурс ZnanieAvto.ru (Устройство автомобиля. Конструкция, строение, узлы и агрегаты автомобиля). [Электронный ресурс] - 29 марта 2020. - Режим доступа: http://znanieavto.ru/kpp/gidromexanicheskaya-korobka-peredach.html].
В качестве прототипа по совокупности общих технических признаков для заявляемой гидромеханической передачи по результатам анализа уровня техники выбрана известная конструкция гидромеханической передачи транспортного средства большой мощности [Патент BY №11113 U1, опубл. 30.08.2016], состоящая из гидравлической части, включающей гидродинамический трансформатор, который состоит из насосного, турбинного и реакторного колес, где реакторное колесо оснащено муфтой свободного хода, а также механизма блокировки гидродинамического трансформатора, который состоит из бустера, поршня, упорного диска, фрикционных стальных и металлокерамических дисков и ступицы, соединенных с насосным и турбинным колесами, и механической части, включающей входной редуктор, выполненный в виде планетарного редуктора, и коробку передач, а также систем управления, питания и смазки. При этом данная конструкция дополнительно содержит гидродинамический тормоз-замедлитель, кинематически связанный с механической частью гидромеханической передачи. Использование данной гидромеханической передачи в транспортных средствах с ограниченным пространством для ее размещения затруднено, а также использование данной передачи не обеспечивает необходимой отбираемой мощности на привод вспомогательного оборудования.
Таким образом, задачей полезной модели является создание гидромеханической передачи транспортного средства, в частности транспортного средства большой мощности, конструкция которой будет обеспечивать применение в транспортных средствах с ограниченным пространством для ее размещения, а также повышение отбираемой мощности на привод вспомогательного оборудования с сохранением высокого КПД.
Поставленная задача решается с помощью заявляемой гидромеханической передачи транспортного средства большой мощности, состоящей из гидравлической части и механической части. Механическая часть включает коробку отбора мощности, содержащую валы, подшипниковые узлы, зубчатые колеса, фланец выходного вала и картер, входной редуктор, выполненный в виде связанного с выходным валом планетарного редуктора, состоящего из связанных между собой трех планетарных рядов, трех тормозов и двух фрикционов, а также систему управления, систему питания и смазки, включающую передний и задний насосы, поддон. При этом картер коробки отбора мощности с выходным валом смещены относительно продольной оси гидромеханической передачи, при этом форма и размеры картера коробки отбора мощности и форма и размеры поддона выбраны с возможностью их размещения в пределах габаритной ширины картера гидромеханической передачи, а ширина венца зубчатых колес коробки отбора мощности выбрана в соответствии со значением отбираемой мощности. Смещение картера коробки отбора мощности с выходным валом, а также выбранные форма и размеры картера коробки отбора мощности и форма и размеры поддона позволяют разместить гидромеханическую передачу в ограниченном пространстве для ее установки. Изменение ширины венцов зубчатых колес коробки отбора мощности может позволить увеличить значение отбираемой мощности и крутящего момента с сохранением высокого КПД.
В предпочтительных формах реализации заявляемой гидромеханической передачи картер коробки отбора мощности с выходным валом смещены в горизонтальном направлении, выбранном из направления вправо и направления влево, относительно продольной оси передачи.
Также в предпочтительных формах реализации картер коробки отбора мощности с выходным валом смещены в вертикальном направлении, выбранном из направления вверх и направления вниз, относительно продольной оси передачи.
Также для указанных предпочтительных форм реализации, предпочтительно, поддон выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда со скосом между, по меньшей мере, одной боковой гранью и нижней гранью. Такая форма поддона способствует более оптимальному размещению гидромеханической передачи в пространстве с ограниченными размерами.
В также предпочтительных формах реализации поддон содержит гидравлические каналы и фильтр-заборник, выполненный с возможностью установки в положении, выбранном из горизонтального и вертикального. Применение фильтра-заборника позволяет увеличить эффективность очистки рабочей жидкости.
В предпочтительных формах реализации гидромеханическая передача содержит фильтр тонкой очистки рабочей жидкости. Использование фильтра тонкой очистки рабочей жидкости способствует более качественному удалению из нее средних и крупных загрязнений, продуктов износа.
Достоинства и преимущества заявляемой гидромеханической передачи далее будут проиллюстрированы на примерах некоторых возможных предпочтительных, но не ограничивающих форм реализации со ссылками на позиции фигур чертежей, на которых схематично представлены:
фиг. 1 - вид сбоку заявляемой гидромеханической передачи;
фиг. 2 - вид сверху заявляемой гидромеханической передачи;
фиг. 3 - вид сзади заявляемой гидромеханической передачи;
фиг. 4 - осевой разрез заявляемой гидромеханической передачи.
На фиг. 1 схематично представлен вид сбоку заявляемой гидромеханической передачи, которая состоит из гидравлической части 1 и механической части 2, включающей коробку 3 отбора мощности, планетарный редуктор 4, систему 5 управления, поддон 6 системы 7 питания и смазки. В представленной на чертеже форме реализации поддон 6 содержит гидравлические каналы 8 и фильтр-заборник 9, установленный в горизонтальном положении.
На фиг. 2 схематично представлен вид сверху заявляемой гидромеханической передачи. На данном виде представлены, в частности передний 10 и задний 11 насосы системы 7 питания и смазки гидромеханической передачи, коробка 3 отбора мощности, фильтр 12 тонкой очистки рабочей жидкости, шланги 13 главного давления. Коробка 3 отбора мощности содержит фланец 14 выходного вала 15 и картер 16.
На фиг. 3 схематично представлен вид сзади заявляемой гидромеханической передачи. На данном виде представлены, в частности коробка 3 отбора мощности, содержащая фланец 14 выходного вала 15 и картер 16, планетарный редуктор 4, система 5 управления, поддон 6, передний насос 10, задний насос 11, шланги 13 главного давления. В представленной на чертеже форме реализации картер 16 коробки 3 отбора мощности с выходным валом 15 смещены в направлении вправо относительно продольной оси гидромеханической передачи. В представленной на чертеже форме реализации поддон 6 выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда со скосом между правой боковой гранью 17 и нижней гранью 18. Благодаря такому смещению картера 16 коробки 3 отбора мощности с выходным валом 15, а также форме и размеру картера 16 коробки 3 отбора мощности, форме и размеру поддона 6 они размещены в пределах габаритной ширины картера гидромеханической передачи.
На фиг. 4 представлен вид в разрезе заявляемой гидромеханической передачи, иллюстрирующий конструкцию подетально.
Так, в частности коробка 3 отбора мощности содержит валы 19, подшипниковые узлы 20, зубчатые колеса 21. Ширина венца зубчатых колес 21 коробки 3 отбора мощности выбрана в соответствии со значением отбираемой мощности. Гидравлическая часть 1 состоит из гидродинамического трансформатора 22, состоящего из насосного 23, турбинного 24 и реакторного 25 колес, а также механизма 26 блокировки гидродинамического трансформатора 22. Реакторное колесо 25 оснащено муфтой 27 свободного хода. Механизм 26 блокировки гидродинамического трансформатора 22 состоит из бустера 28, поршня 29, упорного диска 30 и фрикционных стальных 31 и металлокерамических 32 дисков, и ступицы 33, соединенной с турбинным колесом 24.
Планетарный редуктор 4 гидромеханического привода состоит из трех планетарных рядов, трех тормозов 34, 35, 36 и двух фрикционов 37, 38. Каждый планетарный ряд состоит из солнечного зубчатого колеса 39, 40, 41, соответственно, коронного зубчатого колеса 42, 43, 44, соответственно, водила 45, 46, 47, соответственно, и сателлитов 48, 49, 50, соответственно. Бустеры тормозов 34, 35, 36, обозначены позициями 51, 52, 53, бустер первого фрикциона 37 - позицией 54, а бустер второго фрикциона 38 -позицией 55. Турбинный вал обозначен позицией 56, выходной вал - позицией 57, а корпус редуктора - позицией 58.
Также на фиг. 3 позицией 59 обозначен скос между правой боковой гранью 17 и нижней гранью 18.
Заявляемая гидромеханическая передача работает следующим образом.
Коробка 3 отбора мощности, содержащая валы 19, подшипниковые узлы 20, зубчатые колеса 21, фланец 14 выходного вала 15, производит отбор мощности от насосного 23 колеса гидродинамического трансформатора 22. Картер 16 коробки 3 отбора мощности вместе с выходным валом 15 смещены вправо, что позволяет разместить гидромеханическую передачу в ограниченном пространстве. Для возможности увеличения значения передаваемой мощности и крутящего момента ширина венцов зубчатых колес 21 привода коробки 3 отбора мощности может выбираться, исходя из необходимого значения передаваемой мощности.
Система 7 питания и смазки гидромеханической передачи состоит из переднего 10 и заднего 11 насосов, которые нагнетают рабочую жидкость в общий масляный канал и подают ее к системе 5 управления гидромеханической передачей, поддона 6 для хранения рабочей жидкости, в котором размещены гидравлические каналы 8 с установленным горизонтально фильтром-заборником 9. Передний насос 10 соединен зубчатым приводом с насосным колесом 23. Задний насос 11 с внутренним зацеплением соединен с выходным валом 57 гидромеханической передачи.
Поддон 6 имеет форму и размер, обеспечивающие размещение гидромеханической передачи в ограниченном пространстве, в частности, выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда со скосом 59 между правой боковой 17 гранью и нижней 18 гранью.
Фильтр 12 тонкой очистки позволяет удалить из рабочей жидкости средние и крупные загрязнения, продукты износа.
В процессе работы гидромеханической передачи полость, создаваемая в гидродинамическом трансформаторе 22 насосным 23, турбинным 24 и реакторным 25 колесами, заполнена рабочей жидкостью. Насосное колесо 23 приводится в движение от коленчатого вала двигателя (на чертежах не изображены). При вращении насосного колеса 23 рабочая жидкость за счет формы его лопаток направляется к турбинному колесу 24, разгоняя его. После турбинного колеса 24 поток жидкости попадает на реакторное колесо 25. Реакторное колесо 25 в зависимости от того, с какой стороны на его лопатки направляется поток жидкости, что зависит от соотношения частот вращения насосного 23 и турбинного 24 колес, остается неподвижным за счет муфты 27 свободного хода, или вращается в ту же сторону что и насосное колесо 23. Когда реакторное колесо 25 неподвижно, крутящий момент на турбинное колесо 24 увеличивается по отношению к крутящему моменту на насосном колесе 23. Когда реакторное колесо 25 вращается, крутящий момент на турбинное колесо 24 от насосного 23 передается без изменений.
Механизм 26 блокировки гидродинамического трансформатора предназначен для жесткого соединения турбинного 24 и насосного 23 колес. При блокировке рабочая жидкость подается в бустер 28, и под ее давлением перемещается поршень 29, сжимая фрикционные стальные 31 и металлокерамические 32 диски, которые упираются в упорный диск 30. Фрикционные стальные 31 и металлокерамические 32 диски соединены со ступицей 33, что обеспечивает жесткое соединение насосного 23 и турбинного 24 колес.
В планетарном редукторе 4 водило 45 первого планетарного ряда жестко соединено с коронным зубчатым колесом 43 второго планетарного ряда, водило 46 второго планетарного ряда жестко соединено с коронным зубчатым колесом 44 третьего планетарного ряда, солнечное зубчатое колесо 40 второго планетарного ряда жестко соединено с солнечным зубчатым колесом 41 третьего планетарного ряда.
Солнечное зубчатое колесо 39 первого планетарного ряда жестко соединено с турбинным колесом 24 с помощью турбинного вала 56. Водило 47 третьего планетарного ряда жестко соединено с выходным валом 57 гидромеханической передачи.
Тормоза 34, 35, 36 и фрикционы 37, 38 состоят из бустера 51, 52, 53, 54, 55 соответственно, поршня (позицией на чертежах не обозначены), фрикционных стальных и металлокерамических дисков (позицией на чертежах не обозначены). При подаче рабочей жидкости в бустера 51, 52, 53, 54, 55 тормозов 34, 35, 36 или фрикционов 37, 38 поршень перемещается под ее давлением и сжимает фрикционные диски, соединяя жестко между собой два элемента редуктора. Первый тормоз 34 имеет возможность жестко соединять коронное зубчатое колесо 42 первого планетарного ряда с корпусом 58 редуктора. Второй тормоз 35 имеет возможность жестко соединять коронное зубчатое колесо 43 второго планетарного ряда с корпусом 58 редуктора. Третий тормоз 36 имеет возможность жестко соединять коронное зубчатое колесо 44 третьего планетарного ряда с корпусом 58 редуктора. Первый фрикцион 37 имеет возможность жестко соединять турбинный вал 56 и солнечное зубчатое колесо 40 второго планетарного ряда. Второй фрикцион 38 имеет возможность жестко соединять турбинный вал 56 и водило 46 второго планетарного ряда.
Планетарный редуктор 4 может обеспечить шесть передач переднего хода, одну передачу заднего хода и нейтральное положение.
В нейтральном положении рабочая жидкость под давлением подается в бустер 53 тормоза 36. При этом жестко соединяются коронное зубчатое колесо 44 и корпус 58 редуктора. При этом мощность через планетарный редуктор 4 не передается.
На первой передаче рабочая жидкость под давлением подается в бустера 54, 53 первого фрикциона 37 и третьего тормоза 36, соответственно. При этом жестко соединяются турбинный вал 56 с солнечным зубчатым колесом 40 второго планетарного ряда и коронное зубчатое колесо 44 третьего планетарного ряда с корпусом 58 редуктора. При этом мощность передается с турбинного вала 56 через первый фрикцион 37 к солнечному зубчатому колесу 40 второго планетарного ряда, от него к солнечному зубчатому колесу 41 третьего планетарного ряда, через сателлиты 50 третьего планетарного ряда на водило 47 третьего планетарного ряда, на выходной вал 57 гидромеханической передачи.
На второй передаче рабочая жидкость под давлением подается в бустера 54, 52 первого фрикциона 37 и второго тормоза 35, соответственно. При этом жестко соединяются турбинный вал 56 с солнечным зубчатым колесом 40 второго планетарного ряда и коронное зубчатое колесо 43 второго планетарного ряда с корпусом 58 редуктора. При этом мощность передается двумя потоками. Первый поток с турбинного вала 56 через первый фрикцион 37, солнечное зубчатое колесо 40 второго планетарного ряда, сателлиты 49 второго планетарного ряда, водило 46 второго планетарного ряда, коронное зубчатое колесо 44 третьего планетарного ряда, сателлиты 50 третьего планетарного ряда, водило 47 третьего планетарного ряда на выходной вал 57 гидромеханической передачи. Второй поток - с турбинного вала 56 через первый фрикцион 37, солнечное зубчатое колесо 40 второго планетарного ряда, солнечное зубчатое колесо 41 третьего планетарного ряда, сателлиты 50 третьего планетарного ряда, водило 47 третьего планетарного ряда на выходной вал 57 гидромеханической передачи.
На третьей передаче рабочая жидкость под давлением подается в бустера 54, 51 первого фрикциона 37 и первого тормоза 34, соответственно. При этом жестко соединяются турбинный вал 56 с солнечным зубчатым колесом 40 второго планетарного ряда и коронное зубчатое колесо 42 первого планетарного ряда с корпусом 58 редуктора. При этом мощность передается тремя потоками. Первый - с турбинного вала 56 через солнечное зубчатое колесо 39 первого планетарного ряда, сателлиты 48 первого планетарного ряда, водило 45 первого планетарного ряда, коронное зубчатое колесо 43 второго планетарного ряда, сателлиты 49 второго планетарного ряда, водило 46 второго планетарного ряда, коронное зубчатое колесо 44 третьего планетарного ряда, сателлиты 50 третьего планетарного ряда, водило 47 третьего планетарного ряда на выходной вал 57 гидромеханической передачи. Второй - с турбинного вала 56 через первый фрикцион 37, солнечное зубчатое колесо 40 второго планетарного ряда, сателлиты 49 второго планетарного ряда, водило 46 второго планетарного ряда, коронное зубчатое колесо 44 третьего планетарного ряда, сателлиты 50 третьего планетарного ряда, водило 47 третьего планетарного ряда на выходной вал 57 гидромеханической передачи. Третий - с турбинного вала 56 через первый фрикцион 37, солнечное зубчатое колесо 40 второго планетарного ряда, солнечное зубчатое колесо 41 третьего планетарного ряда, сателлиты 50 третьего планетарного ряда, водило 47 третьего планетарного ряда на выходной вал 57 гидромеханической передачи.
На четвертой передаче рабочая жидкость под давлением подается в бустера 54, 55 первого 37 и второго 38 фрикционов. При этом турбинный вал 56 жестко соединяется с солнечным зубчатым колесом 40 и водилом 46 второго планетарного ряда. При этом мощность передается двумя потоками. Первый - с турбинного вала 56 через первый фрикцион 37, солнечное зубчатое колесо 40 второго планетарного ряда, солнечное зубчатое колесо 41 третьего планетарного ряда, сателлиты 50 третьего планетарного ряда, водило 47 третьего планетарного ряда на выходной вал 57 гидромеханической передачи. Второй - с турбинного вала 56 через второй фрикцион 38, водило 46 второго планетарного ряда, коронное зубчатое колесо 44 третьего планетарного ряда, сателлиты 50 третьего планетарного ряда, водило 47 третьего планетарного ряда на выходной вал 57 гидромеханической передачи. При этом все элементы редуктора вращаются с одинаковой скоростью, как одно целое.
На пятой передаче рабочая жидкость под давлением подается в бустера 55, 51 второго фрикциона 38 и первого тормоза 34. При этом жестко соединяются турбинный вал 56 с водилом 46 второго планетарного ряда и коронное зубчатое колесо 42 первого планетарного ряда с корпусом 58 редуктора. При этом мощность передается двумя потоками. Первый - с турбинного вала 56 через солнечное зубчатое колесо 39 первого планетарного ряда, сателлиты 48 первого планетарного ряда, водило 45 первого планетарного ряда, коронное зубчатое колесо 43 второго планетарного ряда, сателлиты 49 второго планетарного ряда, солнечное зубчатое колесо 40 второго планетарного ряда, солнечное зубчатое колесо 41 третьего планетарного ряда, сателлиты 50 третьего планетарного ряда, водило 47 третьего планетарного ряда на выходной вал 57 гидромеханической передачи. Второй - с турбинного вала 56 через второй фрикцион 38, водило 46 второго планетарного ряда, коронное зубчатое колесо 44 третьего планетарного ряда, сателлиты 50 третьего планетарного ряда, водило 47 третьего планетарного ряда на выходной вал 57 гидромеханической передачи.
На шестой передаче жидкость под давлением подается в бустера 55, 52 второго фрикциона 38 и второго тормоза 35. При этом жестко соединяются турбинный вал 56 с водилом 46 второго планетарного ряда и коронное зубчатое колесо 43 второго планетарного ряда с корпусом 58 редуктора. При этом мощность передается двумя потоками. Первый - с турбинного вала 56 через второй фрикцион 38, водило 46 второго планетарного ряда, коронное зубчатое колесо 44 третьего планетарного ряда, сателлиты 50 третьего планетарного ряда, водило 47 третьего планетарного ряда на выходной вал 57 гидромеханической передачи. Второй - с турбинного вала 56 через водило 46 второго планетарного ряда, сателлиты 49 второго планетарного ряда, солнечное зубчатое колесо 40 второго планетарного ряда, солнечное зубчатое колесо 41 третьего планетарного ряда, сателлиты 50 третьего планетарного ряда, водило 47 третьего планетарного ряда на выходной вал 57 гидромеханической передачи.
На передаче заднего хода жидкость под давлением подается в бустера 51, 53 первого 34 и третьего 36 тормозов. При этом жестко соединяются коронное зубчатое колесо 42 первого планетарного ряда с корпусом 58 редуктора и коронное зубчатое колесо 44 третьего планетарного ряда с корпусом 58 редуктора. При этом мощность передается с турбинного вала 56 через солнечное зубчатое колесо 39 первого планетарного ряда, сателлиты 48 первого планетарного ряда, водило 45 первого планетарного ряда, коронное зубчатое колесо 43 второго планетарного ряда, сателлиты 49 второго планетарного ряда, солнечное зубчатое колесо 40 второго планетарного ряда, солнечное зубчатое колесо 41 третьего планетарного ряда, сателлиты 50 третьего планетарного ряда, водило 47 третьего планетарного ряда на выходной вал 57 гидромеханической передачи.