Двухпоточная трансмиссия гусеничной машины

Предлагаемая полезная модель относится к гусеничным машинам с двухпоточной трансмиссией, включающей в себя отдельно расположенную центральную коробку передач, подключенную к двигателю машины через сцепление, а также отдельно расположенный регулируемый гидронасос, подключенный к двигателю через коробку отбора мощности. В состав трансмиссии отдельным узлом входит главная передача и два суммирующих планетарных ряда, солнечные шестерни которых связаны с двумя гидромоторами. Каждый планетарный ряд связан соответственно с бортовыми редукторами.
За базовую схему всех рассматриваемых аналогов взята схема двухпоточной трансмиссии с дифференциальным механизмом поворота с остановленными солнечными шестернями суммирующих планетарных рядов и с общим приводом обоих параллельных потоков мощности от двигателя машины (Особенности конструкции быстроходных гусеничных машин (БХГМ). Интернет ресурс https://studfile.net/preview/6302994 на дату запроса 12.01.2021).
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемой полезной модели, совпадающей с ней по назначению и по существенным конструктивным признакам, является двухпоточная трансмиссия транспортной гусеничной машины с бортовым способом поворота (А.с. РФ №2438908), содержащая коробку передач и гидрообъемный механизм поворота, входные звенья которых параллельно присоединены к двигателю, бортовые суммирующие трехзвенные механизмы, каждый из которых одним входным своим звеном соединен с выходным звеном (валом) коробки передач, вторым входным своим звеном - с управляемым выходом механизма поворота, а выходным своим звеном - с бортовым редуктором, установленным на соответствующем борту перед ведущим колесом движителя машины. Существенным признаком в данной схеме трансмиссии является то, что регулируемый насос и нерегулируемый гидромотор конструктивно выполнены в едином блоке. Такое техническое решение, актуальное для военных гусеничных машин, применительно к гусеничным машинам гражданских сфер применения имеет ряд существенных недостатков:
- высокая стоимость механизма поворота в силу малой серийности производства и сложностью изготовления объединенного узла насоса и гидромотора;
- невозможность использования гидронасоса для привода технологического оборудования, устанавливаемого на машине при включенной нейтрали в коробке передач;
- значительные габариты и масса объединенного узла.
Эти недостатки устраняются применением компоновки гидропередачи с раздельно устанавливаемыми насосом и двумя одинаковыми гидромоторами, в которых суммарный расход жидкости на 1 оборот вала равен максимальной подаче на 1 оборот шайбы насоса. Применение двух гидромоторов позволяет уменьшить габариты механизма поворота без увеличения его массы. Это можно пояснить следующим образом. Приняв в первом приближении равенство масштабного коэффициента по геометрическим осям насоса и его расходом жидкости на 1 оборот при соблюдении равенства масс двух гидромоторов и эквивалентного им по расходу жидкости одного насоса получим соотношение:
3
3
3
,
а=2ak
н
1
н
н
1
2
где а - линейный размер насоса, k - масштабный коэффициент. Отсюда следует, что k примерно равен 0,8, т.е. Применение двух насосов позволяет существенно уплотнить компоновку механизма поворота. Кроме того, применение двух гидромоторов существенно повышает надежность механизма поворота. Так, если надежность каждого из гидромоторов равна Р то вероятность сохранения работоспособности хотя бы одного гидромотора в соответствие с теоремой сложения вероятностей Р=2(Р) (Шведов, А.С. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие для вузов / А.С. Шведов; Гос. Ун-т - Высшая школа экономики. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд. дом ГУ ВШЭ, 2005. - 254, с. 51-59). Например, при надежности гидромотора Р=0,9 вероятность сохранения работоспособности хотя бы одного гидромотора P=0,99.
Работа предлагаемой трансмиссии, схема которой показана на фиг. 1 осуществляется следующим образом. Мощность двигателя 1 передается к ведущим колесам машины двумя потоками: первый - через центральную коробку передач 2 на главную передачу 3 и второй - через регулируемый гидронасос 4 на гидромоторы 15 (фиг 2).
При повороте рулевого штурвала 5 (фиг. 1) в движении машины механизм поворота уменьшает скорость той гусеницы, в сторону которой происходит поворот, и одновременно в такой же степени увеличивает скорость другой гусеницы. При этом радиус поворота плавно меняется по мере поворота штурвала, подобно автомобильному рулевому управлению. При повороте штурвала на неподвижной машине механизм поворота осуществляет движение гусениц с одинаковой скоростью в разных направлениях, что обеспечивает разворот машины на месте.
Движение прямо.
Движение прямо осуществляется следующим образом. В среднем положении рулевого штурвала управляемый им гидронасос 4 (фиг. 1) не подает жидкость в гидромоторы 15 (фиг. 2). Выводы гидронасоса, соединенные с гидромоторами, не сообщаются друг с другом («заперты»), и валы гидромоторов оказываются застопоренными. Так как валы гидромоторов жестко соединены валом 16 (фиг. 2), а с его шестернями 17 (фиг. 2) находятся в зацеплении шестерни 18, 19 и 6 и шестерни 7 и 8. то весь дополнительный привод зафиксирован неподвижно. Неподвижны и солнечные шестерни 9 суммирующих планетарных рядов. Поэтому вся мощность передается через коническую пару 10, промежуточный вал 11 и коронные шестерни 12, которые приводят в движение сателлиты 13 и через них, обкатываясь по неподвижным солнечным шестерням 9, вращают водила 14. Таким образом, суммирующие планетарные ряды при движении прямо работают как понижающие редукторы с ведущей коронной шестерней, остановленной солнечной шестерней и ведомым водилом. При этом сателлиты 13 каждого планетарного ряда, отталкиваясь своими зубьями от зубьев неподвижной солнечной шестерни 9, пытаются повернуть ее в сторону, противоположную вращению водила, создавая на солнечной шестерне так называемый реактивный крутящий момент. Этот момент передается на вал 16 дополнительного привода от солнечной шестерни левого планетарного ряда через шестерни 17, 18, 19 и 6, а от солнечной шестерни правого планетарного ряда - через шестерни 17, 18 и 8. Передаточные числа от вала 16 к обеим солнечным шестерням одинаковы. Поскольку от левого планетарного ряда момент передается через четыре шестерни, а от правого - через три, то на вал 16 моменты приходят в разных направлениях, и получается, что вал 16 поворачивается одновременно в две стороны, т.е. статически закручивается.
Реактивные моменты, развиваемые в левом и правом планетарных рядах, зависят от сопротивления движению левой и правой гусениц.
Если эти сопротивления одинаковы, то и реактивные моменты на обеих солнечных шестернях одинаковы, и передаваемые на вал 16 моменты, пытающиеся повернуть его одновременно в две стороны, одинаковы по величине. Таким образом, вал 16 остается неподвижным и за счет механической части дополнительного привода, а не только за счет его гидравлической части, как объяснялось выше.
Если же эти сопротивления различны (например, гусеницы находятся на разных грунтах), то и реактивные моменты на солнечных шестернях различны (гусеницу, со стороны которой сопротивление движению больше, двигатель вращает труднее, и крутящий момент в ее приводе больше, поэтому реактивный момент на солнечной шестерне ее планетарного ряда тоже больше). Поэтому передаваемые на вал 16 моменты, пытающиеся повернуть его одновременно в две стороны, различны по величине. Таким образом, на валу 16 остается момент, который равен разности большего и меньшего моментов, передаваемых на вал от солнечных шестерен левого и правого планетарных рядов. Этот момент пытается повернуть вал 16, но, как объяснялось выше, он неподвижно зафиксирован гидравлической частью дополнительного привода.
Поэтому при движении прямо солнечные шестерни обоих планетарных рядов всегда неподвижны, и передаточные числа в приводе обеих гусениц одинаковы. Это значит, что движение прямо является устойчивым (машину не уводит в сторону той гусеницы, сопротивление движению которой меньше).
Поворот при движении машины. При повороте рулевого штурвала 5 (фиг. 1) гидронасос 4 подает жидкость в гидромоторы 15 (фиг. 2). От направления поворота штурвала зависит направление, в котором насос качает жидкость, а следовательно, и направление вращения валов гидромоторов. Углом поворота штурвала изменяется подача насоса, а следовательно, и обороты гидромоторов. Гидромоторы вращают вал 16 дополнительного привода, от которого крутящий момент передается солнечной шестерне левого планетарного ряда через шестерни 17, 18, 19 и 6, а солнечной шестерне правого планетарного ряда - через шестерни 17, 7 и 8. Поскольку к солнечной шестерне левого планетарного ряда момент передается через четыре шестерни, а правого - через три, то солнечные шестерни планетарных рядов начинают вращаться с одинаковыми оборотами в разных направлениях. Коронные шестерни 12 обоих планетарных рядов, жестко соединенные вместе, по-прежнему вращаются в одном и том же направлении. Получается, что у одного планетарного ряда солнечная шестерня вращается против направления вращения коронной шестерни, а у другого - в том же направлении. Теперь у планетарных рядов две ведущих детали (коронная и солнечная шестерни) и одна ведомая (водило). В том планетарном ряду, у которого направления вращения коронной и солнечной шестерен различны, частота вращения водила уменьшаются, и гусеница, связанная с ним. замедляется, а в том планетарном ряду, у которого направления вращения коронной и солнечной шестерен одинаковы, частота вращения водила увеличиваются, и гусеница, связанная с ним, ускоряется.
Если рулевой штурвал повернут налево, валы гидромоторов и вал 16 дополнительного привода вращаются в таком направлении, что солнечная шестерня левого планетарного ряда вращается против направления вращения коронной шестерни, и левая гусеница замедляется. Тогда солнечная шестерня правого планетарного ряда вращается по направлению вращения коронной шестерни, и правая гусеница ускоряется. Машина поворачивает налево.
Если рулевой штурвал повернут направо, валы гидромоторов и вал 16 дополнительного привода вращаются в другом направлении, солнечная шестерня правого планетарного ряда вращается против направления вращения коронной шестерни, и правая гусеница замедляется. Солнечная шестерня левого планетарного ряда вращается по направлению вращения коронной шестерни, и левая гусеница ускоряется. Машина поворачивает направо.
Чем больше угол поворота штурвала, тем больше рабочий объем и подача гидронасоса и тем выше частота вращения валов гидромоторов, а значит увеличивается частота вращения солнечных шестерен планетарных рядов. Тем сильнее замедляется одна гусеница и ускоряется другая, то есть тем меньше радиус поворота.
Поворот на месте. Так как в коробке передач включена нейтраль, то приводимые через коробку передач коронные шестерни 12 (фиг. 2) неподвижны. Как и при повороте в движении, поворот рулевого штурвала заставляет гидронасос подавать жидкость под давлением в гидромоторы 15 (фиг. 2), и солнечные шестерни 9 планетарных рядов начинают вращаться с одинаковыми оборотами в разных направлениях. Поэтому сателлиты 13 одного планетарного ряда, отталкиваясь зубьями от зубьев своей коронной шестерни, пытаются повернуть ее в одну сторону, а сателлиты другого планетарного ряда точно так же пытаются повернуть свою коронную шестерню в другую сторону. То есть сателлиты каждого планетарного ряда создают на своей коронной шестерне реактивный крутящий момент, подобно тому, как они создавали его на солнечной шестерне при движении прямо, но теперь реактивные моменты направлены противоположно. Обкатываясь по коронным шестерням 12, сателлиты вращают водила 14, а значит, и гусеницы, в разные стороны, и машина поворачивается.
Если рулевой штурвал повернут налево, валы гидромоторов и вал 16 дополнительного привода вращаются в таком направлении, что солнечная шестерня левого планетарного ряда вращается в направлении заднего хода, и левая гусеница движется назад. Тогда солнечная шестерня правого планетарного ряда вращается в направлении переднего хода, и правая гусеница движется вперед. Машина поворачивается против часовой стрелки. Если рулевой штурвал повернут направо, машина поворачивается по часовой стрелке.