Трансмиссия активного автопоезда
ACTIVE ROAD TRAIN TRANSMISSION

Изобретение относится к механизмам, использующихся в транспортных средствах, в частности в автопоездах с ведущими колесами прицепа и может быть использовано при их создании.
Известен привод полуприцепа активного автопоезда, включающий два установленных друг за другом карданных вала, связанных между собой соединительным устройством, выполненным в виде пневматической муфты, и передающих крутящий момент от раздаточной коробки к ведущим колесам (RU №2167779, МПК B62D 53/00, 27.05.2001).
Недостатком данного устройства является жесткий привод, не обеспечивающий кинематической согласованности вращения колес тягача и прицепа.
Наиболее близким является трансмиссия автопоезда с ведущими колесами прицепа, включающая сцепление, коробку передач с входным и выходным валами, дифференциальный механизм, вал которого связан с двигателем, вал - через сцепление с входным валом коробки передач, соединенной выходным валом с ведущим мостом тягача, а вал - с генератором, соединенным электрически с электродвигателем, связанным с ведущим мостом прицепа. (RU №2011558, МПК B60K 17/12, B62D 53/00, 30.04.1994).
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности накопления энергии торможения автопоезда, а также использования электрической энергии в качестве дополнительного источника крутящего момента при движении автопоезда в особо трудных условиях.
Изобретение решает задачу повышения эффективности использования силовой установки автопоезда с ведущими колесами прицепа.
Технический результат заключается в возможности накопления энергии торможения автопоезда, а также использования накопленной энергии в качестве дополнительного источника крутящего момента при движении автопоезда в особо трудных условиях.
Указанный технический результат достигается тем, что трансмиссия активного автопоезда, содержащая дифференциальный механизм, один вал которого связан с двигателем внутреннего сгорания, второй вал - с входным валом коробки передач, соединенной выходным валом с ведущими колесами тягача, а третий вал соединен с генератором, связанным электрически с электромотором, который механически связан с ведущими колесами прицепа, согласно изобретению, что трансмиссия активного автопоезда снабжена накопителем энергии, который через первый контактор, первый блок управления и последовательную обмотку электромотора электрически соединен с электромотором, а через второй контактор, второй блок управления соединен электрически с генератором, связанным электрически через третий контактор с электромотором, при этом накопитель энергии через выключатель и первое устройство для изменения тока соединен электрически с обмоткой возбуждения возбудителя, ротор которого связан с валом двигателя внутреннего сгорания, при этом возбудитель электрически через четвертый контактор соединен с независимой обмоткой возбуждения электромотора и через переключатель направления тока соединен электрически с независимой обмоткой возбуждения генератора, причем переключатель направления тока механически связан с третьим контактором и электрически с датчиком направления вращения ротора генератора, соединенным механически с генератором, а третий контактор механической связью соединен с переключателем направления тока, при этом механическая связь снабжена приводом, который электрически соединен с датчиком направления вращения ротора генератора, связанным с ротором генератора.
Фиг. 1 - Схема трансмиссии активного автопоезда.
Фиг. 2 - Электрическая схема трансмиссии активного автопоезда.
Трансмиссия активного автопоезда включает в себя дифференциальный механизм 1, вал 2 (например, водило) которого связан с двигателем внутреннего сгорания 3, вал 4 (например, коронная шестерня) дифференциального механизма 1 соединен с входным валом коробки передач 5, соединенной выходным валом 6 с ведущими колесами 7 тягача. Вал 8 (например, солнечная шестерня) дифференциального механизма 1 соединен электрически с генератором 9, который связан электрически с электромотором 10, который соединен с ведущими колесами 11 прицепа. Трансмиссия активного автопоезда снабжена накопителем энергии 12, который через нормально открытый контактор 13, блок управления 14 и последовательную обмотку 15 электромотора 10 электрически соединен с ротором электромотора 10. Накопитель энергии 12 через нормально открытый контактор 16, блок управления 17 соединен электрически с ротором генератора 9, который электрически через нормально закрытый контактор 18 соединен с ротором электромотора 10. Накопитель энергии 12 через выключатель 19 и устройство 20 для изменения величины тока соединен электрически с обмоткой возбуждения 21 возбудителя 22, который электрически через нормально открытый контактор 23 соединен с независимой обмоткой возбуждения 24 электромотора 10, а через переключатель направления тока 25 и устройство 26 для изменения величины тока соединен электрически с независимой обмоткой возбуждения 27 генератора 9. Переключатель направления тока 25 через механическую связь 28 механически связан с контактором 18 и электрически с датчиком 29 направления вращения ротора генератора 9. Датчик 29 направления вращения ротора генератора 9 соединен с ротором генератора 9. Механическая связь 28 снабжена приводом 30, который электрически соединен с датчиком 29 направления вращения ротора генератора 9.
Трансмиссия активного автопоезда работает следующим образом.
При работающем двигателе внутреннего сгорания 3 вращается водило 2 дифференциального механизма 1. Включают выключатель 19, тогда ток от накопителя энергии 12 через устройство 20 для изменения величины тока в обмотке возбуждения поступает на обмотку возбуждения 21 возбудителя 22. Угловая скорость ротора возбудителя 22 пропорциональна угловой скорости вала двигателя внутреннего сгорания 3. Поскольку нормально открытый контактор 23 находится в открытом состоянии, от возбудителя 22 ток поступает через переключатель направления тока только в обмотку возбуждения 27 генератора 9. На валу генератора 8 возникает крутящий момент. Соответственно, крутящие моменты возникают и на валу двигателя внутреннего сгорания 3, и на валу 4 коробки передач 5. От коробки передач 5 крутящий момент через выходной вал 6 поступает на ведущие колеса 7 тягача. Энергия, выработанная генератором 9 через нормально закрытый контактор 18 и последовательную обмотку возбуждения 15, поступает в электромотор 10, на валу которого возникает крутящий момент, передаваемый на ведущие колеса 11 прицепа. Автопоезд трогается с места. Устройство 20 для изменения величины тока в обмотке возбуждения возбудителя позволяет изменять загрузку двигателя внутреннего сгорания.
По мере разгона автопоезда угловая скорость ротора генератора 9 уменьшается. Это следует из уравнения скоростей дифференциального механизма.
с
к
в
где ω; ω; ω - соответственно, угловые скорости солнечной шестерни, коронной шестерни и водила;
- главное передаточное отношение дифференциального механизма, определяемое как отношение угловой скорости солнечной шестерни к угловой скорости коронной при неподвижном водиле.
Для увеличения крутящего момента на колесах прицепа контактором 23 к возбудителю подключают независимую обмотку возбуждения 24 электромотора 10. Величину тока в независимой обмотке возбуждения 24 электромотора 10 регулируют устройством 26. Часть энергии двигателя внутреннего сгорания можно направить на увеличение энергии в накопителе энергии 12. Для этой цели включают либо контактор 13, либо контактов 16, либо их включают одновременно. Эта часть энергии двигателя внутреннего сгорания 3 будет поступать в накопитель энергии 12 через указанные контакторы и через соответствующие блоки управления 14 и 17, которые согласовывают напряжение в якорной цепи системы генератор 9 - электромотор 10 и напряжение в накопителе энергии 12.
Для движения автопоезда «накатом» достаточно выключить выключателем 19 подачу тока от накопителя энергии 12 в обмотку возбуждения возбудителя 21. Поскольку угловая скорость вала двигателя внутреннего сгорания 3 будет при этом близка угловой скорости холостого хода, то угловая скорость ротора генератора 9 при движении автопоезда из-за дифференциального механизма 1 может стать отрицательной, то есть ротор генератора 9 будет вращаться в противоположном направлении.
При движении автопоезда на спуске угловая скорость вала двигателя внутреннего сгорания 3 будет близка угловой скорости холостого хода. Ротор генератора 9 изменяет направление своего вращения. Датчик 29 направления вращения ротора генератора 9 подает команду приводу 30, который через механическую связь 28 открывает контакты нормально закрытого контактора 18 и переключает контакты переключателя направления тока 25, в результате чего изменяется направление тока в обмотке возбуждения 27 генератора 9. Изменение направления вращения ротора генератора 9 и изменение направления тока в его обмотке возбуждения не приводит к изменению направления движения тока в якорной цепи генератора. Замыкание контактов нормально открытого контактора 16 обеспечит с помощью блока управления 17 работу генератора 9 на накопитель энергии 12.
Замыкание контактов нормально открытого контактора 23 приводит к соединению независимой обмотки возбуждения электромотора 10 с возбудителем 22. Замыкание контактов нормально открытого контактора 13 соединяет электромотор 10, который при совместной работе последовательной 15 и независимой 24 обмоток возбуждения начинает работать в режиме генератора, через блок управления 14 с накопителем энергии 12, увеличивая количество накопленной энергии.
В результате работы генератора 9 и электромотора 10 в режиме генераторов на колесах прицепа и тягача возникают тормозные усилия, при этом тормозные усилия на колесах тягача из-за дифференциального механизма 1 обеспечивают генератор 9 и принудительный холостой ход двигателя внутреннего сгорания 3.
Открытые контакты нормально закрытого контактора 18 обеспечивают независимую работу в режиме генераторов генератора 9 и электромотора 10. Устройства для изменения величины тока 20 и 26 позволяют регулировать работу электрических машин 9 и 10, тем самым изменять режим торможения автопоезда.
При увеличении подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания 3 угловая скорость его вала увеличивается, в соответствии со свойствами дифференциального механизма 1 угловая скорость вала генератора уменьшается до нуля, вал останавливается, а затем начинает вращаться в другом направлении. Датчик 29 направления вращения ротора генератора 9 подает команду приводу 30, который через механическую связь 28 закрывает контакты нормально закрытого контактора 18 и переключает контакты переключателя направления тока 25, при этом изменение направления вращения ротора генератора 9 не изменяет направление тока в якорной цепи генератора, электромотор 10 переходит на режим работы электромотора. На колесах тягача и прицепа возникают тяговые усилия, при этом часть энергии двигателя 3 поступает в накопитель энергии 12. При отключении контактов нормально открытых контактов контакторов 13 и 16 прекращается подача энергии в накопитель 12, а генератор 9 всю энергию передает электромотору 10. При отключении контактов нормально открытого контактора 23 электромотор работает только с одной последовательной обмоткой возбуждения 15.
Повышение эффективности использования силовой установки автопоезда с ведущими колесами прицепа обеспечивается наличием в трансмиссии накопителя энергии торможения автопоезда с возможностью использования накопленной энергии, в качестве дополнительного источника крутящего момента при движении автопоезда в особо трудных условиях.
Использование предлагаемого изобретения позволяет уменьшить нагрузку на двигатель автопоезда с ведущими колесами прицепа.