СИСТЕМА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗУБЧАТОЙ МУФТОЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
HYDRAULIC CONTROL SYSTEM OF THE GEAR COUPLING OF THE TRANSMISSION OF A VEHICLE

Техническое решение относится к трансмиссиям транспортных средств, а именно к коробкам передач с автоматическим управлением. Оно касается гидравлического управления зубчатой муфтой двухстороннего действия для включения в коробке передач переднего и заднего хода.
В вальных коробках передач включение передач производится, как правило, при помощи зубчатых муфт с возможностью предварительной синхронизации. В аварийном режиме движения транспортного средства, когда электронный блок управления коробкой передач неисправен или произошел обрыв в электрической цепи управления, возникает сдавливающий контакт сухарей вилки с внутренней поверхностью кольца зубчатой муфты после включения передачи переднего или заднего хода, вызываемый наличием постоянно действующего давления на поршень в силовом гидроцилиндре. Это может привести к повышенному износу трущихся элементов вилки и зубчатой муфты и, как следствие, выходу их из строя.
В заявке №2016/0003347, опубликованной в США, показана система гидравлического управления зубчатыми муфтами коробки передач транспортного средства. Она содержит силовые гидроцилиндры включения передач переднего и заднего хода, клапаны, расположенные в гидравлической цепи включения передач переднего и заднего хода и имеющие электрическую связь с электронным блоком. Вход каждого клапана сообщен с напорной гидролинией. В случае неисправности электронного блока или нарушений в работе бортовой системы электропитания исключается возможность управления какой-либо зубчатой муфтой коробки передач, что не позволит осуществлять движение транспортного средства в аварийном режиме.
Более близким аналогом является система гидравлического управления зубчатой муфтой коробки передач транспортного средства, представленная в патенте РФ №2706557. Она содержит силовой гидроцилиндр включения передач переднего и заднего хода, в корпусе которого расположен поршень со штоком, на котором закреплена вилка перемещения зубчатой муфты. Система содержит двухпозиционные электромагнитные клапаны, управляемые электронным блоком, для сообщения силового гидроцилиндра с напорной гидролинией, трехпозиционный гидравлический распределитель с ручным управлением для сообщения силового гидроцилиндра с напорной гидролинией, двухпозиционные дополнительные клапаны с гидравлическим управлением, расположенные в гидравлических цепях включения передач переднего и заднего хода. Рабочий вход каждого двухпозиционного дополнительного клапана при его выключении сообщается с выходом двухпозиционного электромагнитного клапана, а при включении двухпозиционного дополнительного клапана его рабочий вход сообщается с напорной гидролинией. Рабочий выход каждого двухпозиционного дополнительного клапана сообщается с одной из полостей силового гидроцилиндра. В этой системе управления зубчатой муфтой проблема предотвращения повышенного износа трущихся поверхностей сухарей вилки и зубчатой муфты при движении транспортного средства в аварийном режиме решается путем разобщения полостей силового гидроцилиндра с напорной гидролинией с помощью пятилинейного двухпозиционного клапана с гидравлическим управлением, рабочие входы которого сообщаются с трехпозиционным гидравлическим распределителем, а его рабочие выходы сообщаются с управляющими входами двухпозиционных дополнительных клапанов. Управляющий вход пятилинейного двухпозиционного клапана сообщен с выходами трехпозиционного гидравлического распределителя через дроссель. Однако наличие дросселя снижает надежность управления зубчатой муфтой, т.к. высока вероятность засорения отверстия в дросселе из-за его малого диаметра. Вследствие этого существует вероятность того, что упомянутый пятилинейный клапан сработает с увеличенной задержкой во времени, либо не сработает вовсе, из-за чего слив рабочей жидкости из полости силового гидроцилиндра, отсоединение ее от напорной гидролинии, не будет произведен в нужный момент, что приведет к сохранению повышенной нагрузки на сухари вилки и кольцо зубчатой муфты и, как следствие, выходу этих элементов из строя.
Техническая проблема, возникающая при движении транспортного средства в аварийном режиме, когда электронный блок неисправен или произошел обрыв в электрической цепи управления коробкой передач, решается путем исключения надежными средствами длительного сдавливающего контакта сухарей вилки с внутренней поверхностью кольца зубчатой муфты после включения передачи переднего или заднего хода для предотвращения быстрого их износа.
Решение технической проблемы предотвращения длительного нажатия сухарей вилки на зубчатую муфту после ее включения достигается при использовании системы гидравлического управления зубчатой муфтой коробки передач транспортного средства, содержащей силовой гидроцилиндр включения передач переднего и заднего хода, в корпусе которого расположен поршень со штоком, на котором закреплена вилка перемещения зубчатой муфты, двухпозиционные электромагнитные клапаны, управляемые электронным блоком, для сообщения силового гидроцилиндра с напорной гидролинией, трехпозиционный гидравлический распределитель с ручным управлением для сообщения силового гидроцилиндра с напорной гидролинией, двухпозиционный дополнительный клапан с гидравлическим управлением, рабочий вход которого при его выключении сообщается с выходом одного из двухпозиционных электромагнитных клапанов, а при включении двухпозиционного дополнительного клапана его рабочий вход сообщается с напорной гидролинией, рабочий выход двухпозиционного дополнительного клапана сообщается с одной из полостей силового гидроцилиндра, на штоке поршня силового гидроцилиндра сделана кольцевая канавка, а в корпусе силового гидроцилиндра напротив штока сделано входное отверстие, сообщающееся с трехпозиционным гидравлическим распределителем через клапан с функцией «ИЛИ», и выходное отверстие, расположенное напротив входного отверстия, двухпозиционный дополнительный клапан имеет два управляющих входа, один из которых сообщен с трехпозиционным гидравлическим распределителем через упомянутый клапан с функцией «ИЛИ», а другой сообщен с выходным отверстием в корпусе силового гидроцилиндра.
Конструкция силового гидроцилиндра включения передач переднего и заднего хода, в котором на штоке поршня выполнена кольцевая канавка, а в корпусе силового гидроцилиндра сделаны входное и выходное отверстия, надежна и технологична. Такое техническое решение позволяет непосредственно отслеживать ход поршня, соответствующий включению передач переднего и заднего хода, и производить гарантированное отключение полости силового гидроцилиндра от напорной гидролинии практически сразу после включения передачи. В результате предотвращается продолжительный сдавливающий контакт сухарей вилки с внутренней поверхностью кольца зубчатой муфты после включения передачи переднего или заднего хода, что предотвратит быстрый износ этих элементов.
Технический результат заключается в повышении надежности гидравлического управления зубчатой муфтой коробки передач при движении транспортного средства в аварийном режиме в случае прекращения поступления сигналов от электронного блока.
На фигуре 1 схематично показана система гидравлического управления зубчатой муфтой коробки передач транспортного средства.
На фигуре 2 показан продольный разрез силового гидроцилиндра.
На фигуре 3 показан поперечный разрез силового гидроцилиндра, сечение А-А.
На фигуре 4 показан поперечный разрез силового гидроцилиндра, сечение Б-Б.
На фигуре 5 показана часть корпуса силового гидроцилиндра со штоком поршня в аксонометрии в момент включения передачи переднего или заднего хода.
На фигуре 6 показана кинематическая схема девятиступенчатой коробки передач и схема включения передач.
Система гидравлического управления зубчатой муфтой коробки передач, показанная на фигуре 1, содержит силовой гидроцилиндр 1 включения передач переднего и заднего хода. Гидроцилиндр 1 содержит корпус 2 со ступенькой 3 внутри (фигура 2), отделяющей его цилиндрический участок 4 меньшего диаметра от цилиндрического участка 5 большего диаметра. В корпусе 2 гидроцилиндра 1 внутри цилиндрического участка 4 установлен поршень 6, сделанный со ступенькой 7 снаружи между его цилиндрическим участком 8 и центрирующим цилиндрическим участком 9. На поршень 6 на его центрирующий цилиндрический участок 9 надет обруч 10, размещенный внутри цилиндрического участка 5 корпуса 2. Наружный диаметр обруча 10 больше наименьшего внутреннего диаметра корпуса 2 гидроцилиндра 1 и диаметра поршня 6. С поршнем 6 заодно сделан шток 11, на котором закреплена вилка 12 (фигура 1) перемещения зубчатой муфты 13, предназначенной для соединения с валом 14 коробки передач шестерни 15 либо шестерни 16. На концах вилки 12, образующей поводок зубчатой муфты 13, установлены вставки, называемые сухарями (не показаны), вставленные в кольцевую канавку, сделанную в зубчатой муфте. Для предотвращения длительного нажатия сухарей вилки на зубчатую муфту после ее включения на штоке 11 поршня силового гидроцилиндра сделана кольцевая канавка 17 (фигуры 1, 2, 4, 5), а в корпусе 2 силового гидроцилиндра напротив штока 11 сделано входное отверстие 18 (фигуры 1, 3, 5), сообщающееся с четырехлинейным трехпозиционным гидравлическим распределителем 19 через клапан 20 с функцией «ИЛИ» посредством гидролиний 21-23, и выходное отверстие 24 (фигуры 1, 3, 5), расположенное напротив входного отверстия 18. Напротив штока 11 установлен датчик 25, определяющий положение зубчатой муфты 13, который подключен к электронному блоку 26.
В системе управления зубчатой муфтой 13 (фигура 1) имеются трехлинейные двухпозиционные электромагнитные клапаны 27 и 28, имеющие электрическую связь с электронным блоком 26. Каждый электромагнитный клапан при его включении сообщает гидроцилиндр 1 с напорной гидролинией 29. В гидравлической цепи включения передач переднего и заднего хода расположен трехлинейный двухпозиционный дополнительный клапан 30, имеющий гидравлическое управление. Рабочий вход клапана 30 при его выключении сообщается с выходом электромагнитного клапана 27 через гидролинию 31, а при включении клапана 30 его рабочий вход сообщается с напорной гидролинией 29. Один из управляющих входов клапана 30 сообщается с распределителем 19 через клапан 20 с функцией «ИЛИ» посредством гидролиний 32, 22, 23, а другой его управляющий вход сообщается с выходным отверстием 24 в корпусе 2 гидроцилиндра 1 через гидролинию 33. Рабочий выход клапана 30 сообщается с правой полостью 34 гидроцилиндра 1 через гидролинию 35. Выход электромагнитного клапана 28 сообщается с левой полостью 36 гидроцилиндра 1 через гидролинию 37.
Управление зубчатой муфтой 13 коробки передач в автоматическом режиме осуществляется следующим образом.
При движении транспортного средства передним ходом, например, на шестой передаче VI (фигура 6) от электронного блока 26 поступает сигнал к соленоиду электромагнитного клапана 27 (фигура 1). При включении клапана 27 рабочая жидкость поступает по напорной гидролинии 29 на его вход. Ручка управления распределителем 19 при этом находится в нейтральном положении, соответствующем автоматическому режиму (АР) движения транспортного средства, и рабочая жидкость по напорной гидролинии 29 на вход распределителя 19 не поступает. С выхода клапана 27 рабочая жидкость по гидролинии 31 направляется на вход дополнительного клапана 30, находящегося в отключенном состоянии. С выхода клапана 30 рабочая жидкость по гидролинии 35 поступает в правую полость 34 гидроцилиндра 1. Под действием давления рабочей жидкости поршень 6 гидроцилиндра 1 вместе с расположенным на штоке 11 поводком перемещается влево, соединяя зубчатой муфтой 13 шестерню 15 с валом 14 коробки передач. После включения передачи переднего хода происходит выключение электромагнитного клапана 27 электронным блоком 26 по сигналу, поступающему к нему от датчика 25, сигнализирующего о нормальном включении зубчатой муфты 13. В этом случае выход клапана 27 будет сообщен со сливом, и рабочая жидкость, проходя через отключенные клапаны 30 и 27, освободит правую полость 34 гидроцилиндра 1. Действие давления на поршень 6 в правой полости 34 гидроцилиндра 1 прекратится, и таким образом будет предотвращен длительный сдавливающий контакт сухарей вилки 12 с кольцом зубчатой муфты 13 после включения передачи переднего хода. Для выключения зубчатой муфты 13, перевода ее в среднее положение, при необходимости включения в коробке передач других ступеней, происходит поступление электрического тока к электромагнитным клапанам 27 и 28, через которые рабочая жидкость поступает под давлением одновременно в левую и правую полости 36 и 34 гидроцилиндра 1. Под действием этого давления поршень 6 перемещается вправо до упора в обруч 10, который находится под давлением рабочей жидкости, действующим на него справа.
При движении транспортного средства задним ходом, например, на передаче RI (фигура 6) от электронного блока 26 поступает электрический сигнал к соленоиду электромагнитного клапана 28 (фигура 1). При включении клапана 28 рабочая жидкость поступает по напорной гидролинии 29 на его вход. При этом ручка управления распределителем 19 так же находится в нейтральном положении, соответствующем автоматическому режиму (АР) движения транспортного средства. С выхода клапана 28 рабочая жидкость по гидролинии 37 поступает в левую полость 36 гидроцилиндра 1. Под действием давления рабочей жидкости поршень 6 вместе с расположенным на штоке 11 поводком перемещается вправо, соединяя зубчатой муфтой 13 шестерню 16 с валом 14 коробки передач. После включения передачи заднего хода происходит выключение электромагнитного клапана 28 электронным блоком 26 по сигналу, поступающему к нему от датчика 25, сигнализирующего о нормальном включении зубчатой муфты 13. В этом случае выход клапана 28 будет сообщен со сливом, и рабочая жидкость, проходя по гидролинии 37, освободит левую полость 36 гидроцилиндра 1. Действие давления на поршень 6 в левой полости 36 гидроцилиндра 1 прекратится, и таким образом будет предотвращен длительный сдавливающий контакт сухарей вилки 12 с кольцом зубчатой муфты 13 после включения передачи заднего хода.
Управление зубчатой муфтой коробки передач в аварийном режиме движения транспортного средства осуществляется следующим образом.
Для движения транспортного средства передним ходом в аварийном режиме используют пятую передачу V (фигура 6). Перед началом движения транспортного средства передним ходом переводят ручку управления распределителем 19 в положение (АПХ), соответствующее движению транспортного средства вперед в аварийном режиме (фигура 1). В этом случае рабочая жидкость под давлением поступает из напорной гидролинии 29 на вход распределителя 19. На выходе из распределителя 19 рабочая жидкость, проходя по гидролинии 22, поступает на вход клапана 20 с функцией «ИЛИ» и далее по гидролинии 32 поступает на управляющий вход клапана 30 и по гидролинии 21 - во входное отверстие 18 в корпусе 2 гидроцилиндра 1. Под действием давления рабочей жидкости клапан 30 переводится во включенное состояние. Из напорной гидролинии 29 рабочая жидкость поступает на другой вход клапана 30. На выходе из клапана 30 рабочая жидкость по гидролинии 35 поступает в правую полость 34 гидроцилиндра 1. Перемещение поршня 6 и включение зубчатой муфты 13 происходит так же, как и при работе коробки передач в автоматическом режиме. При перемещении поршня 6 со штоком 11 влево до положения, соответствующего включению передачи переднего хода, входное и выходное отверстия 18 и 24, расположенные напротив друг друга, окажутся на одной линии с канавкой 17, выполненной на штоке 11 (фигура 5). Тогда рабочая жидкость направится от входного отверстия 18 через канавку 17 к выходному отверстию 24 и далее по гидролинии 33 на другой управляющий вход клапана 30, тем самым отключая его от напорной гидролинии 29. В этом случае рабочая жидкость, проходя по гидролинии 35, освободит правую полость 34 гидроцилиндра 1. В результате действие давления на поршень в правой полости 34 гидроцилиндра 1 прекратится. Это предотвратит длительный сдавливающий контакт сухарей вилки с кольцом зубчатой муфты после включения передачи переднего хода в аварийном режиме.
Для движения транспортного средства задним ходом в аварийном режиме используют передачу RII (фигура 6). Перед началом движения транспортного средства задним ходом переводят ручку управления распределителем 19 в положение (АЗХ), соответствующее движению транспортного средства назад в аварийном режиме (фигура 1). В этом случае рабочая жидкость под давлением поступает из напорной гидролинии 29 на вход распределителя 19. На выходе из распределителя 19 рабочая жидкость по гидролинии 23 поступает на вход клапана 20 с функцией «ИЛИ». Поскольку при включении передачи заднего хода во время движения транспортного средства в аварийном режиме используют соединение зубчатой муфтой 13 той же шестерни 15 с валом 14 коробки передач, что и при включении передачи переднего хода в аварийном режиме движения, последующее управление зубчатой муфтой 13 будет таким же.
В системе гидравлического управления зубчатой муфтой коробки передач транспортного средства, содержащей силовой гидроцилиндр включения передач переднего и заднего хода, в корпусе которого расположен поршень со штоком, на котором закреплена вилка перемещения зубчатой муфты, трехпозиционный гидравлический распределитель, двухпозиционные электромагнитные клапаны и двухпозиционный дополнительный клапан с гидравлическим управлением, сообщенные определенным образом между собой, с силовым гидроцилиндром и трехпозиционным гидравлическим распределителем, на штоке поршня силового гидроцилиндра сделана кольцевая канавка, а напротив штока в корпусе силового гидроцилиндра сделано входное отверстие, сообщающееся с трехпозиционным гидравлическим распределителем, и выходное отверстие, расположенное напротив входного отверстия, достигается повышение надежности управления коробкой передач при движении транспортного средства в аварийном режиме.