ТРАНСМИССИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ С ЦЕНТРАЛЬНОЙ СОСТАВНОЙ КОРОБКОЙ ПЕРЕДАЧ
TRANSMISSION OF TRACK-TYPE VEHICLE WITH CENTRAL COMPOSITE GEARBOX

Изобретение относится к транспортной технике, а конкретно - к трансмиссиям транспортных и тяговых гусеничных машин с одной центральной коробкой передач в составе двухпоточного механизма передач и поворота (МПП) с бесступенчатой регулируемой гидрообъемной передачей во втором потоке передачи мощности, работающей при криволинейном движении (повороте) машины.
Известна трансмиссия гусеничной машины (основной боевой танк США М-1 «Абрамс») с одной центральной коробкой передач в составе двухпоточного механизма передач и поворота (МПП) с бесступенчатой регулируемой гидрообъемной передачей (ГОП) во втором потоке передачи мощности, работающая по дифференциальному способу при криволинейном движении (повороте) машины, см. Военные гусеничные машины: Учебник / В 4-х т. T.1 Устройство. Кн. 2. - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1990, 336 с. (с.222-226, рис.4.29). Трансмиссия-аналог включает в себя планетарную коробку передач, два одинаковых суммирующих планетарных механизма (СПМ) и дополнительный привод, состоящий из бесступенчатой регулируемой ГОП, образованной ведущим регулируемым насосом и ведомым нерегулируемым мотором, вал которого соединен с солнечными зубчатыми колесами посредством неуправляемых зубчатых передач таким образом, что передаточное число от солнечного колеса одного СПМ до аналогичного солнечного колеса второго СПМ составляет ровно минус единицу (-1,0). Таким образом, упомянутые солнечные зубчатые колеса могут или одновременно не вращаться (иметь нулевые угловые скорости при прямолинейном движении машины) или вращаться с одинаковыми по абсолютной величине, но противоположно направленными угловыми скоростями (при повороте машины).
Гусеничная машина, снабженная трансмиссией-аналогом, способна двигаться в режиме вращения на месте с нулевой скоростью поступательного движения геометрического центра машины при одинаковых по величине и противоположно направленных скоростях бортов машины. Для этого следует передавать всю мощность, вырабатываемую двигателем машины, только через ГОП двумя равными долями к центральным солнечным зубчатым колесам обоих СПМ, при нейтрали в коробке передач.
При прямолинейном движении машины вся мощность, вырабатываемая двигателем, передается только через центральную коробку передач двумя равными долями к центральным эпициклическим зубчатым колесам обоих СПМ. Таким образом, на двух режимах движения: прямолинейном и вращении на месте трансмиссия-аналог работает в однопоточном режиме, а при поворотах с различными радиусами, меньше бесконечно большого и больше минимального (половина колеи машины), трансмиссия работает в двухпоточном режиме, причем поток мощности, проходящий от двигателя через центральную коробку передач к ведущим колесам, обеспечивает только преодоление сопротивлений прямолинейному движению, а поток мощности, проходящий через ГОП, - только преодоление сопротивлений вращению машины на грунте, что, кстати, присуще абсолютно всем механизмам поворота и механизмам передач и поворота дифференциального типа, в том числе и зубчато-фрикционным, ранее довольно широко применявшимся в трансмиссиях гусеничных машин.
Главным недостатком аналога является необходимость использования в трансмиссии ГОП с весьма высокой установочной (паспортной) мощностью. Это объясняется тем, что сопротивления вращению машины весьма значительно превышают сопротивления ее поступательному движению и это превышение стремительно нарастает с уменьшением величины радиуса поворота, а при вращении машины на месте, с безальтернативно минимальным радиусом, ГОП должна передавать единолично всю мощность, которую только способен выработать двигатель машины. Совершенно очевидно, что для обеспечения максимально возможных показателей поворотливости машины, к чему, собственно, и следует стремиться, необходимо использовать в трансмиссии ГОП с установочной мощностью не ниже максимальной свободной мощности двигателя машины. При достигнутом уровне гидромашиностроения ГОП с установочной мощностью таких величин будут иметь габариты и массу, делающие невозможной, или, по крайней мере, чрезвычайно затруднительной установку такой передачи в тесном забронированном моторно-трансмиссионном отделении танков. Промышленностью США создана уникальная высокофорсированная радиально-поршневая ГОП для трансмиссии основного боевого танка М-1 «Абрамс» с установочной мощностью порядка 85% от максимальной свободной мощности двигателя танка. Это является очень неплохим приближением к идеальным 100%. Однако совершенно очевидно, такая ГОП стоит дорого, имеет небольшой рабочий ресурс, опасна из-за сверхвысоких рабочих давлений и требует применения специальной дорогостоящей высокотехнологичной рабочей жидкости.
Другим существенным недостатком аналога является неустойчивость вращения машины на месте из-за наличия двух степеней свободы в трансмиссии на этом режиме движения. При возможном неравенстве величин сопротивления качению по бортам происходит самопроизвольный вход машины в режим поворота вокруг остановленной гусеницы того борта, где сопротивление качению больше. При потере сцепления одной из гусениц с грунтом происходит самопроизвольное снижение угловой скорости вращения машины вплоть до ее полной остановки про полном буксовании одной из гусениц, что наиболее вероятно при движении машины по скользким, рыхлым и слабосвязным грунтам.
Третьим существенным недостатком аналога является имеющийся в составе трансмиссии чрезвычайно несовершенный резервный механизм поворота - простой симметричный дифференциал, состоящий из двух СПМ и остановочных тормозов, который может быть использован при прямолинейном и криволинейном движении танка с преднамеренно отключенной или вышедшей из строя ГОП. Из-за наличия в трансмиссии танка лишней, второй степени свободы, появляющейся при использовании этого резервного механизма поворота, прямолинейное движение машины становится неустойчивым, имеют место уводы, рыскание, самопроизвольное и непредсказуемое отклонение машины от прямолинейного курса движения. В повороте простой симметричный дифференциал чрезмерно загружает двигатель, перегружает работой буксования остановочный тормоз отстающего борта, снижает тяговую мощность на забегающем борту и не обеспечивает устойчивого и четко управляемого поворота с необходимым радиусом.
Еще одним недостатком аналога является абсолютная невозможность какого-либо полезного использования потенциальных возможностей ГОП при прямолинейном движении машины, т.е. ГОП при прямолинейном движении машины не работает и, по существу, перевозится как мертвый груз.
Попытки решить все проблемы, связанные с необходимостью повышения маневренных качеств гусеничных машин и, в частности, бронетанковой техники, только разработкой все более мощных двигателей, только усилят недостатки машин с трансмиссиями, содержащими ГОП и обеспечивающими дифференциальный способ поворота, так как обострится проблема недостаточного уровня требуемой установочной мощности ГОП, возникнет необходимость усиления остальных агрегатов трансмиссии, элементов подвески и гусеничного движителя. Все это приведет к увеличению массы и размеров машин и, как это не раз бывало прежде, может свести на нет достигнутое увеличение мощности двигателя.
Можно отметить, что трансмиссиями, построенными по такому же принципу и из-за этого обладающими всеми перечисленными недостатками, снабжены основные боевые танки всех технически развитых государств. В России предпринимаются попытки разработать трансмиссию для основного боевого танка путем подражания зарубежным образцам, используя те же принципы реализации поворота обязательно дифференциальным способом, но пока безуспешно, о чем свидетельствует отсутствие на вооружении Российской армии основного боевого танка с гидрообъемным поворотом. Относительно положительный результат достигнут лишь при разработке трансмиссий путем подражания иностранным образцам, только для машин легкой и промежуточной по массе категорий (боевая машина пехоты БМП-3, боевая машина десанта БМД-3, гусеничные машины серии ГМ и некоторые другие). По вполне понятным и объяснимым причинам в трансмиссиях наиболее современных отечественных и зарубежных военных гусеничных машин применяются ГОП с установочной мощностью порядка 25…50% от номинальной мощности двигателей этих машин, что не позволяет получить максимально возможные характеристики поворотливости, а значит, из-за этого снижается подвижность гусеничных машин, даже снабженных мощными двигателями.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению по совокупности признаков и достигаемому эффекту является трансмиссия с бесступенчатым независимым механизмом поворота и центральной коробкой передач (RU 2233760 С1, 7 B62D 11/18, заявл. 31.03.2003, опубл. 10.08.2004. Бюл. №22).
В прототипе в дополнительном приводе от мотора ГОП к солнечным зубчатым колесам СПМ установлены две одинаковые зубчатые передачи, ведущие зубчатые колеса которых снабжены двумя соединительными отключаемыми фрикционными муфтами и двумя управляемыми тормозами, а ведомый вал центральной коробки передач посредством двух управляемых многодисковых фрикционных муфт связан с выходными (бортовыми) валами механизма поворота, СПМ выполнены с постоянным и жестким соединением водила одного и эпициклического зубчатого колеса другого механизма.
Это техническое решение устраняет отмеченные недостатки аналога. В прототипе достигается заметное снижение уровня необходимой установочной мощности ГОП без ухудшения показателей подвижности машины в повороте. Кроме того, облегчаются переходные процессы входа машины в поворот, выхода из поворота, резких изменений величины радиуса поворота и даже направления поворота (движение по «змейке»).
В прототипе по сравнению с аналогом имеется достаточно совершенный резервный механизм поворота - двухступенчатый планетарный, обеспечивающий устойчивое прямолинейное движение машины и поворот с рекуперацией части тормозной мощности отстающего борта путем передачи этой мощности на забегающий борт, а также наличие промежуточного фиксированного радиуса поворота, на котором тормозная мощность рекуперируется полностью. При вращении машины на месте в трансмиссии-прототипе имеется лишь одна степень свободы, что обеспечивает устойчивость движения машины на этом режиме.
Недостатками прототипа являются: необходимость наличия довольно сложной автоматической следящей системы управления производительностью насоса ГОП по отклонению рабочего давления в ее основных гидролиниях при прямолинейном движении машины с переключением передач в центральной коробке передач и, все-таки, достаточно высокий уровень необходимой установочной мощности ГОП. Этот недостаток объясняется несовпадением режимов работы ГОП с максимальной производительностью насоса, что имеет место при прямолинейном движении машины на высшей передаче с максимальной скоростью, и с максимально допустимым рабочим давлением, что имеет место при повороте машины с минимальным радиусом поворота на низших передачах переднего или заднего хода. Вследствие этого загрузочная, текущая мощность ГОП на любых режимах движения машины будет существенно меньше ее установочной мощности, которая определяется именно при совпадении максимальной производительности насоса и максимально допустимого рабочего давления, т.е. установочная, располагаемая мощность ГОП используется недостаточно рационально. В прототипе имеет место неблагоприятная зависимость величины необходимой установочной мощности ГОП от кинематического диапазона центральной коробки передач: чем больше диапазон, тем больше требуемая установочная мощность.
Еще одним недостатком прототипа является необходимость передачи значительной мощности от двигателя к ведущим колесам через ГОП при вращении машины на месте.
Предлагаемое изобретение позволяет устранить все отмеченные недостатки прототипа.
Техническая задача изобретения - упрощение системы управления движением машины и весьма значительное, как минимум вдвое, снижение необходимой установочной мощности ГОП, а также обеспечение возможности устойчивого вращения машины на месте с нулевой скоростью поступательного движения геометрического центра машины в любом из двух возможных направлений, причем без участия ГОП в передаче мощности от двигателя к движителю.
Э
C
ЗХ
O
Э
ЗХ
O
Э
ДП
O
C
ДП
O
C
ЗX
ДП
Указанная задача решается тем, что трансмиссия гусеничной машины с центральной составной коробкой передач, содержащая согласующий редуктор (гитару), который одновременно является и редуктором отбора мощности, центральную составную коробку передач, образованную двумя последовательно соединенными коробками передач: диапазонной (реверсирующей) и основной, с передачами одного направления, гидрообъемную передачу, состоящую из регулируемого насоса, нерегулируемого мотора, два одинаковых суммирующих планетарных механизма, эпициклическое зубчатое колесо каждого из которых связано с ведомым валом основной центральной коробки передач, солнечные зубчатые колеса суммирующих планетарных механизмов посредством дополнительного привода с валом подкрутки и с двумя одинаковыми зубчатыми передачами, ведущие зубчатые колеса которых снабжены двумя управляемыми соединительными фрикционными муфтами и двумя управляемыми фрикционными тормозами, связаны с мотором гидрообъемной передачи, а водила суммирующих планетарных механизмов снабжены управляемыми фрикционными остановочными тормозами и соединены с бортовыми редукторами и через них с ведущими колесами машины, в которой согласно изобретению ведущее звено диапазонной коробки передач связано с валом подкрутки дополнительного привода посредством управляемой дополнительной соединительной фрикционной муфты, кинематические характеристики К суммирующих планетарных механизмов, представляющие собой отношение чисел зубьев (Z) центральных эпициклических и солнечных зубчатых колес этих механизмов, т.е. K=Z/Z, передаточное число одной из низших передач заднего хода составной центральной коробки передач i, представляющее собой отношение угловых скоростей ведущего звена ω диапазонной коробки передач на передачах заднего хода и эпициклических зубчатых колес ω суммирующих планетарных механизмов, т.е. i=ω/ω и передаточное число дополнительного привода i от ведущего звена диапазонной коробки передач до солнечных зубчатых колес суммирующих планетарных механизмов, представляющее собой отношение угловых скоростей ведущего звена ω диапазонной коробки передач и солнечных зубчатых колес ω суммирующих планетарных механизмов, т.е. i=ω/ω связаны зависимостью K=-0,5i/i.
Благодаря наличию управляемой соединительной фрикционной муфты, связывающей ведущее звено диапазонной коробки передач с валом подкрутки дополнительного привода, обеспечивается возможность выполнять повороты на месте, с радиусом, равным половине колеи машины и с нулевой скоростью поступательного движения машины в любом из двух возможных направлений и на любой угол или на любое количество полных или неполных оборотов машины для маневрирования в стесненных условиях на площадках минимальных размеров. При этом полностью исключается необходимость передачи какой-либо мощности от двигателя через ГОП с неизбежными и существенными потерями этой мощности.
ЗХ
ДП
ЗХ
ДП
Благодаря вполне определенному соотношению величин и алгебраических знаков кинематических характеристик K СПМ, передаточного числа одной из низших передач заднего хода составной центральной коробки передач u и передаточного числа дополнительного привода u от ведущего звена диапазонной коробки передач до солнечных зубчатых колес СПМ, а именно K=-0,5u/u, обеспечивается абсолютно устойчивый режим вращения машины на месте с нулевой скоростью поступательного движения при одной степени свободы в трансмиссии.
Технический результат изобретения - существенное уменьшение массогабаритных параметров механизма поворота, повышение его надежности и долговечности, обеспечение устойчивого и управляемого поворота машины на всех типах грунтов, обеспечение устойчивого режима вращения машины на месте без передачи мощности через ГОП, обеспечение возможности использования ГОП в качестве центрального синхронизатора переключения передач в основной коробке передач, а также обеспечение возможности использования максимальной мощности двигателя при любых сопротивлениях движению машины во всем рабочем силовом диапазоне прямолинейного движения машины.
Кинематическая схема заявляемой трансмиссии гусеничной машины с центральной составной коробкой передач представлена на чертеже.
Трансмиссия гусеничной машины с центральной составной коробкой передач содержит следующие функциональные элементы.
- Согласующий редуктор, связанный с двигателем 1 и состоящий, как минимум, из трех зубчатых колес 2, 3 и 4, последнее из которых является ведомым (конечным) звеном согласующего редуктора.
- Два одинаковых СПМ с солнечными зубчатыми колесами 5 и 6, водилами 7 и 8, эпициклическими зубчатыми колесами 9 и 10.
- Дополнительный привод, включающий в себя две управляемые соединительные фрикционные муфты 11 и 12, вал подкрутки 13, две одинаковые зубчатые передачи, состоящие из двух пар зубчатых колес 14, 15 и 16, 17, два управляемых фрикционных тормоза 18 и 19, а также управляемую дополнительную соединительную фрикционную муфту 20. Посредством управляемой соединительной фрикционной муфты 11 обеспечивается связь вала подкрутки 13 через зубчатую передачу, состоящую из двух зубчатых колес 14 и 15 с солнечным зубчатым колесом 5 одного СПМ, посредством управляемой соединительной фрикционной муфты 12 обеспечивается связь вала подкрутки 13 через зубчатую передачу, состоящую из двух зубчатых колес 16 и 17 с солнечным зубчатым колесом 6 другого СПМ. Посредством двух управляемых фрикционных тормозов 18 и 19 через зубчатые передачи с зубчатыми колесами 14, 15 и 16, 17 обеспечивается выборочное или одновременное затормаживание солнечных колес 5 и 6 СПМ. Посредством управляемой дополнительной соединительной фрикционной муфты 20 обеспечивается соединение конечного звена 4 согласующего редуктора с валом подкрутки 13 дополнительного привода
- ГОП, состоящая из регулируемого насоса 21 и нерегулируемого мотора 22, причем насос 21 посредством управляемой соединительной зубчатой муфты 23 связан с промежуточным зубчатым колесом 3 согласующего редуктора, являющегося также и редуктором отбора мощности на ГОП, а мотор 22 посредством управляемой соединительной зубчатой муфты 24 связан через согласующую зубчатую передачу, состоящую из зубчатых колес 25 и 26, с валом подкрутки 13 дополнительного привода.
- Составная коробка передач, образованная из трех взаимосвязанных частей. Первая часть - диапазонная (реверсирующая) коробка передач на одну прямую передачу переднего хода и одну замедляющую передачу заднего хода, состоящая из солнечного зубчатого колеса 27, водила 28 и эпициклического зубчатого колеса 29, солнечное зубчатое колесо 27 постоянно, жестко и напрямую соединено с конечным зубчатым колесом 4 согласующего редуктора, водило 28 снабжено управляемым фрикционным тормозом 30, солнечное зубчатое колесо 27 и эпициклическое зубчатое колесо 29 связаны управляемой блокировочной фрикционной муфтой 31. Вторая часть - согласующая передача, образованная двумя зубчатыми колесами 32 и 33, причем ведущее зубчатое колесо 32 согласующей передачи постоянно и жестко связано с эпициклическим зубчатым колесом 29 диапазонной реверсирующей коробки передач. Третья часть составной коробки передач - основная коробка передач 34 с ведущим валом 35, постоянно и жестко связанным с ведомым зубчатым колесом 33 согласующей передачи, и ведомым валом 36, постоянно и жестко связанным с эпициклическими зубчатыми колесами 9 и 10 обоих СПМ.
- Два одинаковых управляемых остановочных фрикционных тормоза 37 и 38, установленных на ведомых водилах 7 и 8 СПМ.
- Два одинаковых бортовых редуктора 39 и 40, связанных с водилами 7 и 8 СПМ и с ведущими колесами 41 и 42 гусеничной машины.
Трансмиссия гусеничной машины с центральной составной коробкой передач работает следующим образом.
Перед началом движения в насосе 21 ГОП устанавливается нулевая производительность, управляемые соединительные фрикционные муфты 11 и 12, а также управляемые фрикционные тормоза 18 и 19 включены, что обеспечивает торможение и невозможность вращения вала подкрутки 13 солнечных зубчатых колес 5 и 6 в обоих СПМ, в диапазонной коробке передач управляемый фрикционный тормоз 30 и управляемая блокировочная фрикционная муфта 31 выключены, в основной коробке передач нейтральное состояние обеспечено выключением фрикционных управляющих элементов - муфт и тормозов этой коробки. Дополнительная управляемая соединительная фрикционная муфта 20 выключена. Управляемые остановочные фрикционные тормоза 37 и 38 выключены, если машина стоит на горизонтальной площадке, или включены, если машина стоит на площадке со значительным продольным, по отношению к продольной оси машины, уклоном. После запуска двигателя 1 машины электростартером или системой пневмопуска и надлежащего прогрева начинают движение передним ходом, включая управляемую блокировочную фрикционную муфту 31 в диапазонной коробке передач и фрикционные управляющие элементы основной коробки передач 34, обеспечивающие низшую, первую передачу этой коробки, одновременно выключая остановочные тормоза 37 и 38. Можно начинать движение в легких условиях, например, по дороге с покрытием или идущей под уклон со второй, или даже с третьей передачи. Разогнавшись на передаче трогания с места, переходят последовательно на более высокие передачи, выполняя переключения соответствующих фрикционных управляющих элементов в основной коробке передач 34 вплоть до достижения любой необходимой или максимально возможной по условиям движения маршевой скорости машины. При необходимости снижения скорости движения машины выполняют соответствующие переключения фрикционных управляющих элементов основной коробки передач 34 в обратном, нисходящем порядке.
Для движения машины задним ходом, перед началом движения следует включить управляемый фрикционный тормоз 30 в диапазонной коробке передач, обеспечив тем самым замедляющую передачу заднего хода этой коробки, а в основной коробке передач 34 включают не низшую, а одну из средних передач и затем по мере разгона машины переключаются последовательно на следующие передачи вплоть до высшей передачи коробки 34. При необходимости снижения скорости движения машины задним ходом поступают точно так же, как и при движении передним ходом.
На тяговых режимах прямолинейного движения и передним, и задним ходом вся мощность, вырабатываемая двигателем 1, передается к ведущим колесам 41 и 42 одним потоком через согласующий редуктор (гитару), диапазонную коробку передач, согласующую передачу, составленную из зубчатых колес 32 и 33, основную коробку передач 34, с последующим разветвлением потока мощности на два и передачей этих потоков через СПМ с эпициклических зубчатых колес 9 и 10 на водила 7 и 8, затем через бортовые передачи 39 и 40 к ведущим колесам 41 и 42.
Особенности заявляемой схемы трансмиссии гусеничной машины с центральной составной коробкой передач позволяют реализовать дополнительные, весьма полезные функции этой трансмиссии.
Первая из этих функций заключается в возможности бесступенчатого регулирования посредством ГОП передаточного числа трансмиссии на всех передачах переднего и заднего хода. Другими словами, можно довести отбор мощности от двигателя 1 до максимального уровня при любых сопротивлениях движению машины, которые она способна преодолевать в принципе, одновременно достигая максимально достижимых скоростей прямолинейного движения машины в зонах перехода от одной передачи до другой, смежной, где при использовании обычных ступенчатых трансмиссий невозможно загрузить двигатель 1 полной мощностью. В результате, можно добиться заметного повышения средней скорости прямолинейного движения машины. Реализовать такие режимы работы трансмиссии можно, одновременно выключая два управляемых фрикционных тормоза 18 и 19 в дополнительном приводе и увеличивая подачу насосом 21 ГОП рабочей жидкости в мотор 22, ротор которого начнет вращаться и через включенную зубчатую муфту 24, зубчатые колеса 25 и 26, вал подкрутки 13, включенные управляемые соединительные фрикционные муфты 11 и 12, пары зубчатых колес 14, 15 и 16, 17 заставят солнечные зубчатые колеса 5 и 6 СПМ вращаться с одинаковыми угловыми скоростями в том же направлении, что и эпициклические зубчатые колеса 9 и 10 СПМ, которые приводятся от ведомого вала 36 основной коробки передач 34, которую не следует в этом случае переключать на следующую, более высокую передачу. Угловая скорость водил 7 и 8 увеличится, что приведет к возрастанию угловой скорости ведущих колес 41 и 42, следовательно, скорость прямолинейного движения машины возрастет до необходимой величины. Добавочная мощность при этом будет передаваться от двигателя 1 через ГОП и дополнительный привод к солнечным зубчатым колесам 5 и 6 СПМ и суммироваться на водилах 7 и 8 с основными потоками мощности, подводимыми к эпициклическим зубчатым колесам 9 и 10 по ведомому валу 36 от основной коробки передач 34.
Возможно, при необходимости, и бесступенчатое снижение скорости (режим ходоуменьшителя) машины на всех передачах переднего и заднего хода без переключения передач в нисходящем порядке в основной коробке передач 34 или уменьшения подачи топлива в двигатель. Для этого, используя способность ГОП к реверсированию, следует обеспечить одновременную подкрутку солнечных зубчатых колес 5 и 6 в направлении, противоположном направлению вращения эпициклических зубчатых колес 9 и 10 СПМ, вследствие этого будет уменьшаться угловая скорость водил 7 и 8, ведущих колес 41 и 42, снизится и скорость поступательного движения машины. На низших передачах составной центральной коробки передач можно снижать скорость весьма значительно, вплоть до "ползучей". Если такое снижение скорости машины обусловлено возрастанием сопротивления движению, то вся мощность, вырабатываемая двигателем 1, передается через согласующий редуктор на составную коробку передач, и затем двумя частями подводится к эпициклическим зубчатым колесам 9 и 10 СПМ. В СПМ эти мощности делятся на две части: одна часть отводится по водилам 7, 8 и через бортовые редукторы 39, 40 и на ведущие колеса 41 и 42. Вторая часть подведенной к СПМ мощности через солнечные колеса 5 и 6 и дополнительный привод отводится к мотору 22 ГОП, передается на насос 21, а затем накладывается на мощность двигателя, проходящую через согласующий редуктор, составную коробку передач и поступающую на эпициклические колеса 9 и 10 СПМ. Таким образом, в трансмиссии возникают два контура циркуляции мощности, соединяющиеся на валу подкрутки 13. Если же снижение скорости с помощью ГОП обусловлено стремлением снизить скорость машины, затормозить ее без использования остановочных тормозов 37 и 38 при неизменном или даже снижающемся сопротивлении движению, то следует уменьшить подачу топлива в двигатель (режим торможения двигателем). Машина будет двигаться по инерции, "накатом", при этом произойдет смена направления действия всех крутящих моментов, нагружающих звенья трансмиссии, а направления вращения незаторможенных звеньев останутся прежними. Вследствие этого два потока инерционной мощности поступательного движения машины пойдут с ведущих колес 41 и 42 через бортовые редукторы 39 и 40 к водилам 7 и 8 СПМ, затем через эпициклические колеса 9 и 10 и по ведомому валу 36 войдут в основную коробку передач 34, где сложатся и суммарный поток мощности через согласующую передачу, образованную зубчатыми колесами 32 и 33, затем через диапазонную коробку передач попадет в согласующий редуктор, образованный зубчатыми колесами 2, 3 и 4, где разделится на две части. Одна часть мощности через зубчатые колеса 3 и 2 попадет в двигатель 1, работающий при минимальной подаче топлива практически в режиме компрессора, где и будет утилизирован. Вторая часть потока мощности через зубчатое колесо 3 будет передана на насос 21 ГОП, затем с неизбежными потерями на мотор 22 и через дополнительный привод с разделением на две части по валу подкрутки 13 будет доведена до солнечных колес 5 и 6 СПМ и затем передана на эпициклические колеса 9 и 10. Таким образом, в трансмиссии образуются два контура циркуляции мощности, суммирующиеся в коробке передач и проходящие через ГОП. Потери циркулирующей мощности в ГОП делают торможение машины более эффективным, чем обычное торможение двигателем с поглощением всей тормозной мощности только двигателем.
Вторая полезная функция ГОП в предлагаемой трансмиссии при прямолинейном движении машины заключается в применении ГОП в качестве центрального синхронизатора основной коробки передач 34 при переключении передач. После выключения предшествующей передачи в основной коробке передач 34 следует с помощью ГОП и дополнительного привода при включенных управляемых соединительных фрикционных муфтах 11, 12 и выключенных управляемых фрикционных тормозах 18, 19 раскрутить солнечные зубчатые колеса 5 и 6 СПМ до таких угловых скоростей, чтобы эпициклические колеса 9 и 10 и ведомый вал 36 основной коробки передач 34 приобрели угловую скорость такой величины, при которой отношение угловых скоростей ведущего 35 и ведомого 36 валов основной коробки передач 34 стало равным расчетному передаточному числу следующей передачи, которую предстоит включить и после этого включить нужную передачу. Такие манипуляции позволяют перед включением очередной передачи достаточно точно и быстро уравнять угловые скорости соединяемых фрикционными управляющими элементами (тормозами и фрикционными муфтами) звеньев основной коробки передач, следовательно, включение фрикционных управляющих элементов будет выполняться с практически нулевой работой буксования, что резко уменьшит их износ, потери мощности и тепловыделение в основной коробке передач 34. При переключении передач в восходящем порядке, от низших к высшим, следует раскручивать солнечные колеса 5 и 6 в направлении, противоположном направлению вращения эпициклических колес 9 и 10, а при переключениях в нисходящем порядке, от высших к низшим, - в том же направлении.
Переход к криволинейному движению (повороту) машины осуществляют поворотом штурвала в сторону отстающего борта.
Рассмотрим, например, поворот машины при отстающем ведущем колесе 41 и забегающем ведущем колесе 42, когда ГОП подключена к трансмиссии посредством зубчатых муфт 23 и 24.
При повороте штурвала на угол, превышающий его люфт, одновременно и быстро полностью выключаются управляемая соединительная фрикционная муфта 12 и управляемый фрикционный тормоз 18 дополнительного привода, а управляемая соединительная фрикционная муфта 11 и управляемый фрикционный тормоз 19 остаются полностью включенными, затем увеличивается подача рабочей жидкости насосом 21 ГОП в ее мотор 22. Угловая скорость вала мотора 22 и вала подкрутки 13 при этом начинает увеличиваться и через включенную управляемую соединительную фрикционную муфту 11 и зубчатые колеса 14, 15 осуществляется раскрутка солнечного колеса 5 СПМ отстающего борта в направлении, противоположном направлению вращения эпициклического колеса 9, что вызывает уменьшение угловой скорости водила 7 и ведущего колеса 41 отстающего борта.
В СПМ забегающего борта все остается в том же состоянии, что и перед входом машины в поворот. Величина радиуса поворота регулируется только изменением угловой скорости солнечного колеса 5 СПМ отстающего борта.
Процесс входа в поворот машины с предлагаемой трансмиссией существенно облегчен по сравнению с известными и применяемыми трансмиссиями с ГОП во втором потоке мощности и дифференциальным способом поворота. В самом начале поворота, сразу после выключения управляемого фрикционного тормоза 18 к валу мотора 22 ГОП прикладывается раскручивающий момент, способствующий быстрому выходу ГОП на рабочий режим без заброса рабочего давления. В известных трансмиссиях, обеспечивающих дифференциальный поворот, в аналогичных условиях к валу мотора ГОП прикладывается момент сопротивления его вращению, что может, при определенных условиях, вызвать заброс давления в ГОП, срабатывание предохранительного клапана и недопустимое запаздывание отклика машины на управляющее воздействие механика-водителя.
При криволинейном движении машины с предлагаемой трансмиссией ГОП работает только на замедление отстающего борта, а в машинах с трансмиссиями, реализующими дифференциальный способ поворота, ГОП работает одновременно и на замедление отстающего борта, и на ускорение забегающего борта, т.е. в сопоставимых условиях загружается гораздо бóльшей мощностью.
Минимальный радиус поворота машины, равный ее колее, достигается на низшей передаче переднего или заднего хода составной коробки передач. Для этого максимально возможная угловая скорость солнечного колеса 5, достигаемая при выводе насоса 21 ГОП на режим максимальной подачи рабочей жидкости в мотор 22, была такой, чтобы противовращение солнечного колеса 5 и эпициклического колеса 9 СПМ отстающего борта обеспечивало остановку водила 7 и ведущего колеса 41, и происходил поворот машины вокруг полностью заторможенной отстающей гусеницы.
При выполнении поворотов на более высоких передачах происходит автоматическое увеличение минимального радиуса поворота машины, причем тем большее, чем больше номер используемой передачи. Это происходит из-за того, что максимально возможная угловая скорость солнечного зубчатого колеса 5 в СПМ отстающего борта остается практически неизменной, а угловая скорость эпициклических зубчатых колес 9 и 10 обоих СПМ возрастает, следовательно, и угловая скорость водила 7 СПМ отстающего борта на любых передачах, кроме низшей, не достигает нулевой величины, а остается совпадающей по направлению с угловой скоростью эпициклического зубчатого колеса 9. Это качество заявляемой трансмиссии делает движение машины в повороте более устойчивым, снижает опасность срыва машины в боковой занос при движении с высокими скоростями и неумелом управлении поворотом, например, при поворотах штурвала на слишком большой угол.
При возможных динамических перегрузках ГОП вследствие резких изменений величины радиуса поворота машины в сторону уменьшения имеется возможность защиты ГОП от забросов давления рабочей жидкости до недопустимо высокого уровня, вызывающего открывание предохранительного клапана, делающего машину неуправляемой, путем кратковременного включения управляемого остановочного фрикционного тормоза 37 отстающего борта. Это включение легко обеспечивает раскрутку солнечного колеса 5 в нужном направлении, противоположном направлению вращения эпициклического зубчатого колеса 9, и разгружает ГОП от недопустимо высокого давления на все время переходного процесса. После достижения необходимой величины радиуса поворота и нормализации давления в ГОП тормоз 37 выключается.
Если осуществляется быстрое увеличение радиуса поворота и при этом возникает динамическая перегрузка ГОП, заброс давления в ней нейтрализуется кратковременным включением управляемого фрикционного тормоза 18 в дополнительном приводе, что приводит к подтормаживанию солнечного колеса 5 СПМ отстающего борта машины. Это приводит к увеличению угловой скорости водила 7 и ведущего колеса 41, а значит, и к нужному увеличению радиуса поворота машины. После достижения необходимой величины радиуса поворота и нормализации давления в ГОП тормоз 18 выключается. Если производится увеличение радиуса поворота до бесконечно большой величины (выход на прямолинейное движение), тормоз 18 следует оставить полностью включенным.
В случае выхода из строя ГОП ее можно отключить одновременным выключением зубчатых муфт 23 и 24 без какого-либо ущерба для характеристик прямолинейного движения машины. Прямолинейное движение машины осуществляется при включенных управляемых фрикционных тормозах 18, 19 и выключенных управляемых соединительных фрикционных муфтах 11, 12. В трансмиссии будет только одна степень свободы, что делает прямолинейное движение абсолютно устойчивым. Можно отключать и вполне исправную ГОП для сбережения ее рабочего ресурса при движении машины в несложных дорожных условиях.
Криволинейное движение машины в этом случае осуществляется с использованием имеющихся в составе трансмиссии двух простых резервных бортовых одноступенчатых планетарных механизмов поворота, состоящих из СПМ, опорного тормоза 18 (19) и остановочного тормоза 37 (38), играющего в этом случае роль тормоза поворота. Вход машины в поворот осуществляется выключением опорного тормоза 18 отстающего борта и затем дозированным включением тормоза поворота 37 этого же борта с необходимой пробуксовкой для получения нужной величины радиуса поворота. Полное, без пробуксовки, включение тормоза 37 обеспечит минимальный радиус поворота, равный колее машины.
Резервные независимые (бортовые) одноступенчатые планетарные механизмы поворота, каждый элемент которых выполняет на разных режимах движения машины, как с исправной, так и с вышедшей из строя или преднамеренно отключенной ГОП, несколько различных функций, обеспечивает машине вполне удовлетворительные показатели подвижности в прямолинейном движении и в повороте, поэтому может использоваться не только в аварийной ситуации, чтобы экипаж мог самостоятельно, без буксира, добраться до сборного пункта поврежденных машин, но и при движении исправной машины в несложных условиях, например при совершении марша вне населенных пунктов по дорогам и подготовленным колонным путям, для сбережения ресурса ГОП. Более того, с использованием резервных механизмов поворота можно уверенно продолжать выполнение боевой задачи в составе подразделения, так как показатели подвижности машины хотя и будут несколько снижены, но не настолько, чтобы машина стала полностью небоеготовой.
ЗХ
ДП
ЗХ
ДП
Режим вращения машины на месте с нулевой скоростью поступательного движения геометрического центра машины осуществляется путем включения управляемой дополнительной фрикционной соединительной муфты 20, связывающей ведущее солнечное зубчатое колесо 27 диапазонной (реверсирующей) коробки передач и вал подкрутки 13. При этом управляемые фрикционные тормоза 18, 19 и управляемые соединительные фрикционные муфты 11, 12, должны быть выключены, а в центральной составной коробке передач следует включить замедляющую передачу заднего хода с передаточным числом, удовлетворяющим условию K=-0,5i/i, где K - кинематическая характеристика СПМ, i - передаточное число одной из самых низших передач заднего хода составной коробки передач, i - передаточное число дополнительного привода. Затем, приняв решение о направлении вращения машины на месте, следует одновременно полностью включить в дополнительном приводе управляемый фрикционный тормоз 18 или 19 на стороне гусеницы, которой надлежит двигать борт машины задним ходом и управляемую соединительную фрикционную муфту 11 или 12 на стороне гусеницы, которой надлежит двигать борт машины передним ходом, увеличивая подачу топлива в двигатель 1. В результате борта машины приобретут одинаковые по величине и противоположно направленные скорости, что и обеспечит вращение машины на месте с нулевой скоростью поступательного движения и с одной степенью свободы в трансмиссии.
Предложенная трансмиссия с центральной составной коробкой передач может быть использована, в первую очередь, для основных боевых танков, а также самоходных артиллерийских орудий, транспортеров-тягачей, минных тральщиков, ремонтно-эвакуационных, инженерных и других машин, выполненных на базе основных боевых танков, боевых машин пехоты и десанта, с целью существенного повышения маневренных качеств при поворотах машин на различных дорогах и вне дорог, при любом состоянии опорной поверхности, причем в трансмиссиях этих машин могут быть применены гораздо более легкие и компактные ГОП, чем в существующих машинах аналогичного назначения, отечественных и зарубежных.