ФРИКЦИОННАЯ МУФТА В СБОРЕ, ПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ПОД НАГРУЗКОЙ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ И МАШИНА
FRICTION CLUTCH ASSEMBLY, LOAD-SWITCHED GEARBOX AND MACHINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к фрикционной муфте в сборе, а в частности, к фрикционной муфте в сборе, используемой в переключаемой под нагрузкой коробке передач машины (особенно рабочей машины).
Предпосылки создания изобретения
Машина (например, рабочая машина) оснащена энергосистемой (например, двигателем), приводящей в действие машину, а тяговое усилие, выработанное энергосистемой, передается передаточному механизму, управляющему действиями машины. Рабочая машина, например, погрузчик, как правило, использует гидромеханический передаточный механизм, включающий гидротрансформатор и переключаемую под нагрузкой коробку передач, отбирающую мощность с выходного вала машины.
Переключаемая под нагрузкой коробка передач в общем случае включает несколько многодисковых фрикционных муфт, в которых зацепление и расцепление фрикционных дисков происходит за счет гидравлического давления, образующего различные пути передачи мощности в трансмиссии, и управляющего, таким образом, переключением и реверсированием передач. При введении фрикционного диска в зацепление, рабочая жидкость (например, гидравлическое масло), поданная во фрикционную муфту, толкает поршень фрикционной муфты, сжимая несколько фрикционных дисков, а при выведении фрикционного диска из зацепления давление рабочей жидкости прекращается и поршень возвращается в исходное положение пружиной, при одновременном рассеивании рабочей жидкости во фрикционной муфте. При введении фрикционных дисков фрикционной муфты в зацепление из-за трения происходит их нагрев. Если тепло эффективно не рассеивается, а фрикционные диски эффективно не смазываются, то срок службы фрикционной муфты сокращается, и чтобы замедлить данный процесс на фрикционные диски непрерывно подается смазочное масло, обеспечивая их смазку и рассеивание тепла. Однако для подачи смазочного масла необходимы затраты мощности. В этой связи существует возможность усовершенствования фрикционной муфты в сборе известного уровня техники с точки зрения эффективности, затрат, и так далее.
Настоящее изобретение позволяет преодолеть одну или несколько из указанных выше проблем в известном уровне техники.
Краткое изложение сущности изобретения
В одном варианте осуществления, настоящее изобретение представляет собой фрикционную муфту в сборе, содержащую: ведущую ступицу и ведомую ступицу, соосно расположенные на валу; несколько фрикционных дисков, соответственно соединенных вразбежку и взаимно неподвижно с ведущей ступицей и ведомой ступицей; полость, вмещающую фрикционный диск, между ведущей ступицей и ведомой ступицей; и поршень, способный осуществлять возвратно-поступательное движение в осевом направлении между первым положением, в котором отсутствует сжатие поршнем нескольких фрикционных дисков и происходит их вывод из зацепления друг с другом, и вторым положением, в котором несколько фрикционных дисков сжимаются поршнем таким образом, что происходит их ввод в зацепление друг с другом. Маслоспускное отверстие, выполненное в валу; маслоспускное отверстие, открывающееся на внешней поверхности вала таким образом, что подает в полость, вмещающую фрикционный диск, смазочное масло. Фрикционная муфта в сборе дополнительно содержит механизм управления расходом за счет перемещения поршня; расходом смазочного масла, протекающего через маслоспускное отверстие, таким образом, что расход увеличивается, при смещении поршня из первого положения во второе положение, и уменьшается, при смещении поршня из второго положения в первое положение.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения описывается переключаемая под нагрузкой коробка передач, включая вышеупомянутую фрикционную муфту в сборе.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения описывается машина, включающая вышеупомянутую фрикционную муфту в сборе или переключаемую под нагрузкой коробку передач.
Краткое описание чертежей
На рис. 1, в соответствии с настоящим изобретением, представлен вид в перспективе примерной машины, в которой применяется фрикционная муфта в сборе.
На рис. 2 и рис. 3, в соответствии с настоящим изобретением, представлен вид в разрезе фрикционной муфты в сборе в состоянии расцепления и в состоянии зацепления, соответственно.
Подробное описание изобретения
На рис. 1 представлена примерная машина 100. Машина 100 представляет собой, например, рабочую машину типа колесного погрузчика. Машина 100 может представлять собой любые другие виды машин, например, экскаватор на гусеничном ходу, грейдер колесного типа и так далее, для проведения операций, связанных с определенными отраслями промышленности (например, горнодобывающей, строительной, сельским хозяйством, транспортом и т.д.) и работами в различных условиях эксплуатации (например, месторождениях полезных ископаемых, строительной площадке, ферме, дороге и т.д.).
Машина 100 включает в себя раму 30 ходовой части, место оператора (например, кабину водителя) 35, а также рабочее орудие 36. В одном из вариантов осуществления, рабочим орудием 36 может быть ковш для погрузчика. Машина 100 включает в себя, по меньшей мере, один цилиндр 37, функционально соединенный с рабочим орудием 36 и управляющий действием рабочего орудия 36. Ходовая часть 40 выполнена в нижней части машины 100 для удержания и перемещения машины 100. В одном варианте осуществления ходовая часть 40 включает в себя колеса 41.
В машине 100, представленной на рис. 1, выходная мощность с энергосистемы машины передается, например, на ходовую часть 40 через гидромеханический передаточный механизм (не показан), содержащий гидротрансформатор и переключаемую под нагрузкой коробку передач. В соответствии с настоящим изобретением, переключаемая под нагрузкой коробка передач содержит несколько фрикционных муфт в сборе, которые приведены в качестве примера на рис. 2 и рис. 3.
Как показано на рис. 2 и рис. 3, фрикционная муфта в сборе включает ведущую ступицу 2 и ведомую ступицу 11. Ведущая ступица 2 и ведомая ступица 11 имеют цилиндрический профиль, и соосно, входя друг в друга, расположены на валу 14, который, например, поворачивается вокруг оси 15 и опирается на подшипники 9 и т.д., образуя между ведущей ступицей 2 и ведомой ступицей 11 кольцевое пространство для размещения нескольких фрикционных дисков (в дальнейшем "полость, вмещающая фрикционный диск"). В частности, несколько ведущих фрикционных дисков 6, например, посажены взаимно неподвижно на шлицевое соединение ведущей ступицы 2. В настоящем варианте осуществления, ведущие фрикционные диски 6 простираются внутрь в радиальном направлении от внутренней окружности ведущей ступицы 2. Несколько ведомых фрикционных дисков 5, например, посажены взаимно неподвижно на шлицевое соединение ведомой ступицы 11. В настоящем варианте осуществления, ведомые фрикционные диски 5 простираются наружу в радиальном направлении от внешней окружности ведомой ступицы 11. Ведущие фрикционные диски 6 и ведомые фрикционные диски 5, расположены вразбежку в полости, вмещающей фрикционный диск, и один или оба из них представляют собой фрикционные пластины с фрикционным покрытием.
Фрикционная муфта в сборе дополнительно включает поршень 4, способный избирательно осуществлять в осевом направлении возвратно-поступательное движение к нескольким фрикционным дискам 5, 6 под действием, например, рабочей жидкости и пружины, вводя, таким образом, несколько фрикционных дисков в зацепление или расцепление друг с другом. В частности, одна из сторон (левая сторона на Рисунках) поршня 4 воспринимает прижимное усилие рабочей жидкости, а часть (радиальная внутренняя торцевая кромка, как показано на Рисунках) другой стороны (правая сторона на Рисунках) поршня 4 воспринимает направленное влево усилие отжима пружины 7 (например, винтовой пружины). Другой торец пружины 7, не соприкасающийся с поршнем 4, упирается в гнездо пружины 8, которое, в свою очередь, упирается в стопорное кольцо 10, закрепленное на валу 14. Как показано на рис. 2, если фрикционная муфта в сборе находится в состоянии покоя, то рабочая жидкость не воздействует на поршень 4 и поршень 4 располагается в своем первом положении. Если фрикционная муфта в сборе работает, то рабочая жидкость осуществляет толкающее действие вправо и поршень 4 преодолевает усилие отжима пружины 7, пока его другая часть на правой стороне (радиальная внешняя торцевая кромка, как показано на Рисунках) прикладывает усилие к крайнему левому фрикционному диску из нескольких фрикционных дисков 5, 6 и, таким образом, сжимает несколько фрикционных дисков, вводя их в зацепление друг с другом. В это время, поршень 4 переходит в свое второе положение, как показано на рис. 3. Если давление рабочей жидкости на левую часть поршня 4 прекращается и фрикционная муфта в сборе вновь переходит в состояние покоя, то поршень 4 возвращается в предыдущее положение пружиной 7 и прекращается сжатие поршнем 4 фрикционных дисков 5, 6 и они выводятся из зацепления друг с другом. В это время, поршень 4 возвращается в первое положение, как показано на рис. 2. Общая конструкция и работа фрикционной муфты в сборе, как описано выше, хорошо известны в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, и не описываются подробно в настоящем документе.
В настоящем описании, поршень 4 выполняется из алюминия или подходящего алюминиевого сплава. По сравнению с поршнем, как правило, изготовляемым из чугуна, в этом случае уменьшается вес поршня и, следовательно, уменьшается инерция перемещения поршня и усилие, необходимое для смещения поршня 4 рабочей жидкостью и возврата поршня 4 пружиной 7. Таким образом, можно уменьшить потребляемую мощность и использовать малогабаритную и дешевую возвратную пружину.
Для передачи мощности фрикционной муфтой в сборе, фрикционная муфта в сборе дополнительно включает первичную шестерню 1 и вторичную шестерню 3, расположенные соосно ведущей ступице 2 и ведомой ступице 11. Соответственно, первичная шестерня 1 и вторичная шестерня 3 жестко соединены с ведущей ступицей 2 и ведомой ступицей 11 и, соответственно, взаимно неподвижно или взаимно подвижно устанавливаются на валу 14. В показанном варианте осуществления, для упрощения конструкции первичная шестерня 1 выполнена из того же материала за одно целое с валом 14 и вторичная шестерня 3 выполнена из того же материала за одно целое с ведомой ступицей 11. Своим левым торцом ведущая ступица 2 соединяется в одно целое с первичной шестерней 1, например, сваркой. Вторичная шестерня 3 устанавливается на валу 14 на ползуне, который, по сравнению с обычно используемым шариковым подшипником с глубоким желобом, снижает затраты и увеличивает радиальную несущую способность по сравнению с ним. Как следует из рис. 2 и рис. 3, в дополнение к первичной шестерне 1 и вторичной шестерне 3, ведущая ступица 2, ведомая ступица 11, поршень 4, пружина 7, гнездо пружины 8 и т.д., располагаются соосно или концентрически на валу 14. Поршень 4 располагается между первичной шестерней 1 и полостью, вмещающей фрикционный диск. Кроме первичной шестерни 1 и вторичной шестерни 3 на валу 14 могут располагаться дополнительные шестерни для передачи мощности другими путями в обход фрикционной муфты в сборе.
В валу 14 выполнен канал 16 для подачи рабочей жидкости на поршень 4 и канал 18 смазочного масла, обеспечивающий различные части фрикционной муфты в сборе смазочным маслом. Рабочая жидкость течет направо, а затем по каналу 16 в полость 17 между поршнем 4 и первичной шестерней 1, а смазочное масло течет вправо по каналу 18 смазочного масла, а затем выпускается в радиальном направлении, например, через, маслоспускное отверстие А. Маслоспускное отверстие А открывается на внешней поверхности вала 14, подавая смазочное масло в полость, вмещающую фрикционный диск. Более того, смазочное масло, выпускаемое из маслоспускного отверстия А, сначала поступает в полость с пружиной 7, а затем в полость, вмещающую фрикционный диск, через проемы в ведомой ступице 11, смазывая фрикционные диски и рассеивая тепло от фрикционных дисков. Смазочное масло в полости, вмещающей фрикционный диск, подается в корпус трансмиссии через проемы, открывающиеся в ведущей ступице 2 под воздействием центробежной силы при вращении фрикционной муфты в сборе.
Фрикционная муфта в сборе дополнительно содержит: механизм управления расходом, работающий за счет перемещения поршня 4; расходом смазочного масла, протекающего через маслоспускное отверстие (A) таким образом, что расход увеличивается, при смещении поршня из первого положения во второе положение, и уменьшается, при смещении поршня из второго положения в первое положение.
В показанном варианте осуществления, механизм управления расходом включает цилиндрический элемент 12, расположенный на валу 14, и между валом 14 и полостью, вмещающей фрикционный диск. Цилиндрический элемент 12 представляет собой нераздельную часть поршня 4, как показано на рис. 2 и рис. 3 или неподвижно соединен с поршнем 4 и смещается вместе с поршнем 4. Цилиндрический элемент имеет сквозное отверстие 13, сообщающееся с его радиальной внутренней стороной и его радиальной внешней стороной, способное полностью или частично перекрывать (на рис. 2 показано частичное перекрытие) маслоспускное отверстие А, когда поршень 4 находится в первом положении, как показано на рис. 2, и полностью или частично открывать (на рис. 3 показано, полное открытие) маслоспускное отверстие А, когда поршень 4 находится во втором положении, как показано на рис. 3. Очевидно, что площадь проходного сечения, при частичном перекрытии маслоспускного отверстия А в первом положении поршня 4 (что соответствует расходу смазочного масла, протекающему через маслоспускное отверстие А), меньше площади проходного сечения при частично открытом маслоспускном отверстии А во втором положении поршня 4. Смазочное масло, слитое из маслоспускного отверстия А, течет через сквозное отверстие 13 в цилиндрическом элементе 12 в полость с пружиной 7, а затем поступает в полость, вмещающую фрикционный диск.
В показанном варианте осуществления, цилиндрический элемент 12 включает в себя дальний торцевой участок (правый торцевой участок на Рисунках), расположенный от поршня 4, и участок тела между дальним торцевым участком и поршнем 4. В участке тела выполнено сквозное отверстие 13. Дальний торцевой участок находится в скользящем контакте с внешней поверхностью вала 14 благодаря радиальной внутренней периферийной поверхности, то есть, достаточно использовать только дальний торцевой участок цилиндрического элемента 12 для перекрытия или открытия маслоспускного отверстия А. Кроме того, радиальная внутренняя периферийная поверхность участка тела цилиндрического элемента 12 отстоит от внешней поверхности вала 14 с некоторым зазором. С помощью описанной выше конфигурации, представляется возможным уменьшить площадь скользящей поверхности между цилиндрическим элементом 12 и валом 14, снизить трение и сделать более совершенным процесс механической обработки и изготовления. Существует возможность конфигурации, когда вся радиальная внутренняя периферийная поверхность цилиндрического элемента 12 находится в скользящем контакте с наружной поверхностью вала 14. В показанном варианте осуществления, сквозное отверстие 13 примыкает в осевом направлении к дальнему торцевому участку. Тем не менее, существует возможность конфигурации, когда сквозное отверстие 13 в осевом направлении находится на некотором расстоянии от дальнего торцевого участка.
При необходимости, по окружности вала 14 может выполняться одно или несколько маслоспускных отверстий 13, а по окружности цилиндрического элемента 12 также может выполняться одно или несколько сквозных отверстий 13. Кроме того, (общая) площадь проходного сечения сквозного отверстия (й) 13, больше или равна (общей) площади проходного сечения маслоспускного отверстия (й) А, когда поршень 4 находится во втором положении, не ограничивая, таким образом, максимального расхода маслоспускного отверстия (й) А.
Промышленная применимость
Если машина находится в рабочем состоянии и выполняется переключение передач или движение задним ходом, то органы управления подают рабочую жидкость во фрикционные муфты в сборе/сбрасывают рабочую жидкость из фрикционных муфт в сборе в трансмиссию, вводя или выводя из зацепления соответствующие фрикционные муфты сборе.
В частности, если фрикционная муфта в сборе вводится в зацепление, то рабочая жидкость подается по каналу 16 в валу 14 в полость 17 между поршнем 4 и первичной шестерней 1 при непрерывном увеличении давления, заставляя поршень 4 преодолевать усилие отжима пружины 7 и смещаться вправо от первого положения, как показано на рис. 2, пока фрикционные диски 5, 6 не сожмутся и не войдут в зацепление друг с другом, а сам поршень 4 не дойдет до второго положения, как показано на рис. 3. Таким образом, подводимая мощность через первичную шестерню 1 передается на ведомую ступицу 11 и на вторичную шестерню 3 через ведущую ступицу 2, а фрикционные диски, вошедшие в зацепление друг с другом, вращают в целом первичную шестерню 1, фрикционную муфту в сборе и вторичную шестерню 3.
Если фрикционная муфта в сборе выводится из зацепления, то давление рабочей жидкости, подаваемой по каналу 16, уменьшается, заставляя поршень 4 смещаться влево из второго положения обратно в первое положение под усилием отжима пружины 7, выводя, таким образом, фрикционные диски из зацепления друг с другом и прерывая передачу подводимой мощности от первичной шестерни 1 на вторичную шестерню 3.
Во время перемещения поршня 4 из первого положения во второе положение, фрикционные диски входят в зацепление постепенно, увеличивая трение и нагрев. Поэтому необходимо обеспечить большую подачу смазочного масла в полость, вмещающую фрикционный диск, из канала 18 смазочного масла. Наоборот, во время перемещения поршня 4 из второго положения в первое положение, фрикционные диски выходят из зацепления постепенно, уменьшая трение и нагрев. Соответственно, можно уменьшить объем подаваемого смазочного масла.
В соответствии с настоящим изобретением, в вышеописанной фрикционной муфте в сборе механизм управления расходом выполнен, например, в виде цилиндрического элемента 12, смещаемого вместе с поршнем 4. Механизм управления расходом способен полностью или частично перекрывать маслоспускное отверстие А при нахождении поршня 4 в первом положении, сводя к минимуму объем слитого масла, а при перемещении поршня 4 во второе положение постепенно открывать маслоспускное отверстие А до тех пор, пока объем слитого масла не станет максимальным. Таким образом, и как описано выше, динамическое изменение расхода смазочного масла во время работы фрикционной муфты в сборе адаптивно осуществляется перемещением поршня 4. По сравнению с предшествующей конфигурацией, в которой смазочное масло, сливаемое через маслоспускное отверстие А, всегда сохраняет максимальный расход, фрикционная муфта в сборе, в соответствии с настоящим изобретением, способна не только уменьшить общее количество протекаемого смазочного масла и, таким образом, уменьшить затраты мощности на подачу смазочного масла, но также адаптировать объем подаваемого смазочного масла с тепловыделением фрикционных дисков. Таким образом, это способствует сбалансированности тепловыделения со смазкой фрикционных дисков.
В соответствии с настоящим изобретением, фрикционная муфта в сборе может использоваться в переключаемой под нагрузкой коробке передач различных типов машин, особенно рабочей машины (такой как колесный погрузчик), не ограничиваясь этим. Очевидно, что она может использоваться в любых других приложениях, где применяется многодисковая фрикционная муфта в сборе, вводимая в зацепление и расцепление за счет гидравлического давления.
Специалистам в данной области техники очевидно, что согласно изобретению, могут быть сделаны различные модификации и варианты без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Другие варианты осуществления изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники после рассмотрения описания и практики использования настоящего изобретения. Предполагается, что описание и примеры следует рассматривать только в качестве иллюстративных, а истинный объем изобретения указывается в следующей формуле изобретения и ее эквивалентах.