КАРДАННАЯ ПЕРЕДАЧА В ГРУЗОВОМ АВТОМОБИЛЕ
TRUCK GIMBAL DRIVE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к устройству и способу для сочлененного транспортного средства, в частности сочлененного рудникового автопогрузчика, содержащего передний элемент и задний элемент, которые выполнены с возможностью поворота вокруг рулевого привода, расположенного между ними, в котором дифференциал, расположенный между колесной осью в переднем элементе и колесной осью в заднем элементе, блокируется или тормозится с помощью тормоза в ответ на возникновение заданного угла между передним элементом и задним элементом.
Уровень техники
Известно снабжение сочлененного транспортного средства, например думпера, приводом на все колеса для обеспечения хорошей проходимости на мягких и/или скользких поверхностях. Для этого карданная передача транспортного средства включает в себя переднюю колесную ось, расположенную в переднем элементе транспортного средства. Передняя колесная ось имеет передний поперечный дифференциал, приводимый в действие первым приводным валом, начинающимся от распределительной коробки, обычно расположенной в переднем элементе, для привода правого и левого передних колес. Задняя колесная ось расположена в заднем элементе транспортного средства. Для привода правого и левого задних колес задняя колесная ось имеет также поперечный дифференциал, задний поперечный дифференциал, который приводится в действие через второй приводной вал от распределительной коробки. Транспортное средство может также иметь более одного заднего моста, приводимых в действие аналогичным образом. Распределительная коробка получает свою энергию через трансмиссионный вал, который начинается от коробки передач, расположенной вблизи двигателя в переднем элементе, так что распределительная коробка распределяет крутящий момент на переднюю и заднюю колесные оси.
Передний и задний поперечные дифференциалы обеспечивают возможность прохождения колесами на одной и той же оси различных расстояний во время движения транспортного средства в повороте, когда передний элемент и задний элемент принимают углы поворота, так что они образуют угол друг с другом, что означает, что соответствующие продольные оси переднего элемента и заднего элемента образуют угол друг с другом. Эта техника работает безупречно, пока колеса имеют хорошее сцепление с поверхностью, однако если сцепление колес на колесной оси ухудшается, в то время как дифференциал открыт (т.е. когда дифференциал не блокирован), то колеса начинают проскальзывать (естественно, это случается лишь в тех случаях, когда имеется продольный дифференциал и он открыт. В случае распределительной коробки без дифференциал, приводные валы приводят к вращению переднего и заднего мостов с одинаковой скоростью. Для обеспечения возможности проскальзывания один из приводных валов должен быть способен вращаться быстрее, и энергия от двигателя направляется соответствующим образом к проскальзывающему колесу. Следствием этого является то, что проскальзывающее колесо определяет комбинированную приводную мощность на соответствующей колесной оси. С учетом указанных недостатков, обычно предусмотрена блокировка дифференциала, которая обеспечивает возможность блокировки поперечного дифференциала и тем самым вращения колес с одинаковой скоростью. По этой причине дифференциал обычно не устанавливается на рудниковых автопогрузчиках соответствующего вида.
Из практики также известно обеспечение дифференциала на продольных осях, так что приводная мощность, получаемая указанными передним и задним приводными валами от распределительной коробки, стандартизована с помощью дифференциала (называемого в дальнейшем продольным дифференциалом), как указывалось выше. Это делается для обеспечения возможности прохождения колесами на передней колесной оси и на задней колесной оси различного расстояния во время движения транспортного средства в повороте. В данном случае снова такой продольный дифференциал работает удовлетворительно, пока все колеса транспортного средства имеют хорошее сцепление с поверхностью, но если сцепление колес на колесной оси ухудшается (обычно колес переднего элемента в случае загруженного транспортного средства), что происходит обычно на крутых подъемах, например в случае рудниковых автопогрузчиков, то колесо/колеса на этой колесной оси начинают проскальзывать, и мощность двигателя направляется на проскальзывающее колесо или колеса на колесной оси с меньшим сцеплением, если транспортное средство имеет поперечный дифференциал на соответствующем мосте и дифференциал открыт. Для предотвращения такого проскальзывания продольный дифференциал может быть также снабжен механизмом блокировки дифференциала, обеспечивающим возможность блокировки дифференциала, так что соответствующие валы, приводящие в действие переднюю и заднюю колесные оси, вращаются с одинаковой скоростью. В результате, все колеса на одной и той же колесной оси вращаются с одинаковой скоростью. По указанным выше причинам сочлененные рудниковые автопогрузчики обычно также не снабжаются продольным дифференциалом.
Особенно явный недостаток проявляется в сочлененных транспортных средствах/грузовых автомобилях, например в рудниковом автопогрузчике или думпере, которые имеют передний элемент, выполненный с возможностью поворота вокруг вертикального рулевого привода, вокруг которого может поворачиваться также задний элемент. В таком транспортном средстве передняя колесная ось и задняя колесная ось обычно расположены на различных расстояниях от указанного рулевого привода. Передняя колесная ось обычно установлена на значительно меньшем расстоянии от рулевого привода. Эта конфигурация приводит к тому, что две колесные оси проходят по полностью различным радиусам во время движения транспортного средства в повороте. Если такое транспортное средство проходит поворот с блокированным продольным дифференциалом, в частности, если транспортное средство несет тяжелый груз на заднем элементе на поверхности почвы, где колеса имеют хорошее сцепление, то трансмиссии, в частности приводные валы и распределительная коробка, подвергаются очень большим нагрузкам в виде замедляющего момента, поскольку колеса на передней колесной оси имеют тенденцию вращаться быстрее, чем соответствующие колеса на задней колесной оси. Дополнительно к нагрузкам на трансмиссии происходит усиленный износ покрышек, и управление становится более сложным, поскольку транспортное средство плохо слушается руля и пытается двигаться прямо вперед во время движения в повороте. Указанный недостаток, естественно, происходит в случае соответствующего сочлененного транспортного средства, которое не имеет продольного дифференциала, например рудникового автопогрузчика, сравнимой конструкции.
Продольный дифференциал нуждается в блокировочной функции для, как указывалось выше, предотвращения направления всего крутящего момента двигателя на один мост, колеса которого имеют малое трение относительно поверхности дороги. Имеются известные решения для блокировки дифференциала. Одно такое решение имеет вид кулачковой муфты, которая блокирует приводные валы после ее включения. Описание патента US 6641223 относится к решению с кулачковой муфтой для сочлененного транспортного средства. Недостатком этого решения является то, что транспортное средство должно останавливаться в ответ на блокировку с помощью кулачковой муфты.
Согласно другому известному техническому решению для продольного дифференциала устанавливается процентная величина торможения («ограниченное проскальзывание»). Если величина торможения установлена слишком низкой, то крутящий момент может все еще направляться лишь на одну колесную ось. Слишком высокая величина блокировки приводит к нагрузке карданных передач транспортного средства большим крутящим моментом. Диски тормоза дифференциала изнашиваются, что отрицательно сказывается на желаемом действии блокировки.
Описание патента US 6 009 969 также содержит пример уровня техники в этой области, а описание патента US 2003/0216212 содержит другой пример, относящийся к сочлененному транспортному средству.
Задачей данного изобретения является обеспечение устранения указанных выше недостатков уровня техники.
Раскрытие изобретения
Согласно одному аспекту изобретения предлагается устройство, которое характеризуется в соответствии с пунктом 1 прилагаемой формулы изобретения.
Согласно другому аспекту изобретения предлагается способ, который характеризуется в соответствии с относящимся к способу независимым пунктом прилагаемой формулы изобретения.
Одним из преимуществ предлагаемого решения является то, что продольный дифференциал нормально блокирован, что приводит к максимальной производительности транспортного средства, и что тормоз дифференциала, который блокирует продольный дифференциал, расцепляется лишь при больших углах рулевого управления, при которых происходит чрезмерно большое увеличение крутящего момента из-за различных расстояний, проходимых передним и задним мостами соответственно. Такое автоматическое расцепление тормоза дифференциала означает, что в обычных условиях водитель транспортного средства не должен думать о необходимости выключения или включения тормоза дифференциала. Это особенно предпочтительно в случае сочлененных рудниковых автопогрузчиков, которым обычно приходится преодолевать скользкие поверхности в комбинации с крутыми наклонами.
Другим существенным преимуществом является то, что система продольного дифференциала является надежной в случае отказов, поскольку любой отказ в масляных контурах управления продольным дифференциалом автоматически приводит в системе к возврату продольного дифференциала в нормальное состояние, т.е. удерживанию блокировки дифференциала с помощью тормоза.
Краткое описание чертежей
На чертежах схематично изображено:
фиг. 1 - сочлененное транспортное средство типа, к которому применимо изобретение, на виде сбоку;
фиг. 2 - транспортное средство, согласно фиг. 1, при нахождении переднего элемента и заднего элемента транспортного средства под углом друг к другу, на виде сверху;
фиг. 3 - трансмиссии сочлененного транспортного средства согласно одному аспекту изобретения;
фиг. 4 - блок-схема управления продольным дифференциалом в трансмиссиях транспортного средства согласно фиг. 3;
фиг. 5 - разрез одного варианта выполнения тормоза дифференциала согласно одному аспекту изобретения.
Осуществление изобретения
Ниже приводится описание нескольких вариантов выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Пример выполнения сочлененного транспортного средства, к которому применимо изобретение, показан на фиг. 1. Транспортное средство обозначено позицией 1. Передний элемент транспортного средства обозначен позицией 2, а задний элемент - позицией 3. На фиг. 2 показано на виде сверху сочлененное транспортное средство 1, согласно фиг. 1, с углом рулевого управления, образованным между передним элементом 2 и задним элементом 3. В этом варианте выполнения передний элемент транспортного средства снабжен передней колесной осью 4, а задний элемент снабжен задней колесной осью 5. Для простоты передняя колесная ось 4 и задняя колесная ось 5 показаны на схеме прерывистыми линиями. Передним элементом 2 можно управлять с углом рулевого управления относительно заднего элемента 3, поскольку передний и задний элементы сочленены вокруг рулевого привода 6. Как показано на фиг. 1 и 2, расстояние между передней колесной осью 4 и рулевым приводом 6 и соответствующее расстояние между задней колесной осью 5 и рулевым приводом 6 являются различными, что приводит к указанным выше недостаткам прохождения передней и задней колесными осями различных расстояний, когда сочлененное транспортное средство 1 проходит поворот. На чертежах показана лишь одна задняя колесная ось, однако оно может быть снабжено при необходимости двумя отдельными колесными осями, приводимыми в действие независимо друг от друга (одним и тем же приводным валом).
На фиг. 3 схематично показаны основные компоненты в сочлененном транспортном средстве, согласно одному варианту выполнения изобретения. Двигатель обычно имеет вид дизельного двигателя, однако тип двигателя является несущественным для изобретения. Двигатель, обозначенный позицией 7 на чертежах, обычно включает в себя также коробку передач. Однако, естественно, коробка передач может быть расположена в другом месте в переднем элементе. Двигатель 7 передает мощность в не изображенную коробку передач, которая расположена близко к двигателю и которая передает крутящий момент через выходной трансмиссионный вал 8 к трансмиссиям в распределительной коробке 9. В одном варианте выполнения, согласно этому аспекту изобретения, распределительная коробка 9 содержит дифференциал, называемый в последующем продольным дифференциалом 10. Продольный дифференциал 10 передает крутящий момент на первый вал 11, предназначенный для приведения в действие колесной оси 4 в переднем элементе 2, и на второй вал 12 для приведения в действие колесной оси 5 в заднем элементе 3.
Мощность с переднего вала 11 передается через передний поперечный дифференциал 13 на переднюю колесную ось 4. Переднее правое колесо 14 и переднее левое колесо 15 на передней колесной оси 4 могут при необходимости вращаться независимо друг от друга известным образом с помощью переднего поперечного дифференциала 13. Мощность со второго вала 12 передается, соответственно, через рулевой привод 6 и задний поперечный дифференциал 16 на заднюю колесную ось 5. Заднее правое колесо 17 и заднее левое колесо 18 на задней колесной оси 5 могут при необходимости вращаться независимо друг от друга известным образом с помощью заднего поперечного дифференциала 16. Во время движения транспортного средства в повороте первый вал 11 и второй вал образуют угол v рулевого управления друг с другом. Этот угол v рулевого управления показан на фиг. 3.
Согласно одному аспекту изобретения продольный дифференциал 10 снабжен тормозом 20 дифференциала. Этот тормоз 20 дифференциала соединен с продольным дифференциалом. Назначением тормоза 20 дифференциала является торможение продольного дифференциала 10, когда это желательно, так что первый выходной вал 11 и второй выходной вал 12 вращаются блокированными друг с другом. Когда это желательно, предусмотрена возможность отпускания тормоза 20 дифференциала, так что передняя колесная ось 4 и задняя колесная ось 5 могут вращаться с различными скоростями независимо друг от друга.
Блок-схема управления тормозом 20 дифференциала показана на фиг. 4, на которой показан двигатель 7, приводящий в действие насос 21 масла для гидравлических систем. Масло для гидравлических систем используется для смазки как двигателя 7, так и распределительной коробки 9, и для простоты называется в последующем просто маслом. В нормальных условиях, т.е. при заданном минимальном угле рулевого управления, насос нагнетает масло через замкнутый контур, содержащий маслопроводы 22, 22а, 22b, в трансмиссию двигателя 7 и инструментальной коробки 9 с целью смазки этих блоков. Масло скапливается в поддоне 23 картера под распределительной коробкой 9 и возвращается в насос 21 через канал 24 всасывания.
1
1
Управление автоматической системой для запирания тормоза 20 дифференциала, когда возникает заданный угол v рулевого управления, можно осуществлять различными путями. Один вариант выполнения показан на фиг. 4. Управляющий клапан 25 установлен в маслопроводе 22 от насоса 21. В этом варианте выполнения управляющий клапан 25 упирается через направляющий ролик на рабочем рычаге 25а клапана в поверхность пальца 26 рулевого привода, т.е. в наружный контур пальца. Указанный палец 26 рулевого привода поворачивается во время прохождения сочлененным транспортным средством 1 поворота на угол, равный указанному выше углу v рулевого управления. Рабочий рычаг 25а управляющего клапана 25 упирается в палец 26 рулевого управления на его плоской поверхности, которая проходит вдоль хорды круговой окружности, которая ограничивает площадь поперечного сечения вала 26 рулевого управления так, что указанная хорда отрезает круговую окружность вдоль сектора вала 26 рулевого управления, при этом угол сектора равен двойному углу v.
1
Когда направляющий ролик на рабочем рычаге управляющего клапана 25 опирается на указанную плоскую поверхность пальца 26 рулевого привода, т.е. когда угол рулевого управления небольшой, то масло проходит в маслопроводы указанным выше образом. При угле v рулевого управления, равном 0, направляющий ролик находится на плоской поверхности вдоль центральной оси сектора, однако во время движения транспортного средства в повороте так, что превышается угол v рулевого управления, палец 26 рулевого привода поворачивается так, что направляющий ролик на рабочем рычаге управляющего клапана 26 движется по периферии вала рулевого привода, в результате чего рабочий рычаг управляющего клапана 26 толкается внутрь и вызывает изменение состояния клапана, что, в свою очередь, приводит к направлению масла из насоса 21 через управляющий клапан в канал 27 управления.
Масло в управляющем канале 27 проходит через управляемый вручную клапан 28 и следует в указанные выше маслопроводы 22а и 22b для смазки двигателя и распределительной коробки через дроссель 29. Между управляемым вручную клапаном 28 и дросселем 29 имеется ответвление для масла для прохода в соединительный канал 30. Давление в этом соединительном канале 30 действует на тормоз 20 дифференциала. Когда давление в соединительном канале низкое, то пружинные силы, действующие известным образом, удерживают диски в контакте друг с другом и тем самым соединяют друг с другом первый вал 11 и второй вал 12 в продольном дифференциале 10 так, что он тормозится или, другими словами, блокирован. В противоположность этому, высокое давление в соединительном канале 30 воздействует на поршень в тормозе дифференциала для противодействия указанным пружинным силам, так что диски отделяются друг от друга и тормоз дифференциала разомкнут или, другими словами, не блокирован.
1
Таким образом, тормоз дифференциала размыкается, когда управляющий клапан 25 обнаруживает угол рулевого управления больше v, поскольку управляющий клапан 25 изменяет при этом состояние, и соединительный канал 30 прикладывает давление к поршню в тормозе дифференциала, так что тормоз размыкается, и продольный дифференциал 10 работает без торможения.
1
В очень упрощенном виде тормоз 20 дифференциала изображен на фиг. 5, на которой показано, как можно соединять первый вал 11 и второй вал 12 друг с другом с помощью дискового пакета 31. Когда давление масла в соединительном канале 30 является низким, то пружинный пакет 32 оказывает давление на поршень 33, так что диски в дисковом пакете 31 соединены друг с другом. В противоположность этому, когда угол v рулевого управления больше v, то соединительный канал 30 становится открытым для давления, что приводит к созданию давления в камере 34. Пружинная сила пружинного пакета 32 такова, что давление масла в камере 34 уравновешивает действие пружинного пакета 32, так что поршень 33 возвращается в нейтральное положение, за счет чего диски дискового пакета 31 отходят друг от друга и тем самым размыкают тормоз 20 дифференциала.
В качестве варианта выполнения дроссель 29 может быть выполнен так, что давление масла по потоку выше дросселя составляет 1 бар. В качестве альтернативного решения можно использовать регулируемый дроссель для обеспечения возможности некоторой величины проскальзывания, так что в этом случае более высокое давление по потоку выше дросселя является давлением масла, которое открывает тормоз 20 дифференциала. Если в масляной системе происходит отказ, за счет чего соединительный канал 30 теряет свое давление, то тормоз 20 дифференциала автоматически блокирует дифференциал, что делает продольный дифференциал защищенным от отказов.
1
1
1
1
Заданный угол v рулевого управления, который образует угол v рулевого управления, при котором тормоз 20 дифференциала должен открываться, можно выбирать в соответствии с использованием и покрытием дороги, для которого предназначено транспортное средство. Подходящий заданный угол v рулевого управления составляет 20°. При этом угле транспортное средство может справляться с проблемами, связанными с различными углами качения для передней и задней колесных осей. Выбранный заданный угол v рулевого управления может быть, естественно, другим. Подходящими альтернативными значениями угла v являются 10°-30°, предпочтительно 15°-25°.
Управляемый вручную клапан 28 является клапаном, на который может воздействовать водитель транспортного средства, так что он может реверсировать запертый тормоз 20 дифференциала, даже когда тормоз дифференциала автоматически расцеплен, за счет чего масло протекает в замкнутом контуре 22, 22а, 22b без воздействия дросселя 29 и создания давления в соединительном канале 30.