ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ГИДРОСТАТИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ, СОДЕРЖАЩЕЙ МУФТУ, ВЫПОЛНЯЮЩУЮ ФУНКЦИЮ ДИФФЕРЕНЦИАЛА
VEHICLE WITH A HYDROSTATIC TRANSMISSION CONTAINING ACTING AS THE DIFFERENTIAL COUPLING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к гидростатическим трансмиссиям для транспортных средств, а конкретнее - к конструкциям, выполняющим функцию дифференциала для гидростатической трансмиссии, установленной на транспортном средстве.
Уровень техники
В транспортных средствах, снабженных трансмиссиями, в которых посредством единственного двигателя обеспечивается приведение во вращение нескольких колес, традиционно используется дифференциал, позволяющий приводить колеса во вращение с разными скоростями, что требуется, в частности, для обеспечения возможности поворотов транспортного средства.
Однако известные конструкции дифференциалов довольно громоздки, что создает трудности, в частности, для интегрирования гидростатических трансмиссий в транспортные средства.
Кроме того, в случае буксования одного из колес стандартные дифференциалы утрачивают свою способность к передаче крутящего момента. Для устранения этой проблемы некоторые дифференциалы наделяют функцией частичной и/или полной блокировки, что позволяет блокировать их работу в зависимости от разности скоростей на двух сторонах, но такие дифференциалы оказываются еще более громоздкими и дорогостоящими.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на устранение указанных проблем.
Для достижения этой цели в настоящем изобретении предложена система, содержащая гидравлическую машину, имеющую неподвижную часть и вращающуюся часть для создания гидростатической трансмиссии,
при этом данная машина содержит блок цилиндров, имеющий ряд радиальных гнезд, кулачок с несколькими выступами, окружающий блок цилиндров, и поршни, установленные с возможностью скольжения в гнездах блока цилиндров, причем неподвижная часть машины содержит кулачок, а вращающаяся часть содержит блок цилиндров,
при этом указанная система содержит правый вал и левый вал, которые являются независимыми, при этом каждый из них приводит во вращение одно колесо, система отличается тем, что указанная гидравлическая машина содержит соединенную с ее вращающейся частью муфту, причем муфта, правый вал и левый вал выполнены с возможностью взаимодействия для обеспечения попеременного перехода указанной муфты между
- конфигурацией сцепления, в которой левый вал и правый вал соединены при вращении друг с другом, а также соединены при вращении с вращающейся частью гидравлической машины,
- конфигурацией свободного хода, в которой левый вал и правый вал свободно вращаются относительно друг друга, при этом каждый из них свободно вращается относительно вращающейся части гидравлической машины.
В соответствии с одним из частных вариантов осуществления, блок цилиндров выполнен с возможностью поступательного перемещения по оси валов, чтобы приложение гидравлического давления на указанный блок цилиндров приводило к поступательному смещению блока цилиндров к муфте и переключению муфты.
Гидравлическая машина в типовом случае содержит распределитель, выполненный с возможностью приложения гидравлического давления к поршням, причем распределитель дополнительно выполнен с возможностью подачи гидравлического давления на блок цилиндров, чтобы обеспечивать поступательное перемещение последнего и переключение муфты между конфигурацией свободного хода и конфигурацией сцепления.
Альтернативно, гидравлическая машина содержит исполнительный орган, выполненный с возможностью приложения давления к блоку цилиндров, чтобы обеспечивать поступательное перемещение последнего и переключение муфты между конфигурацией свободного хода и конфигурацией сцепления.
В соответствии с одним из вариантов осуществления,
- муфта содержит первую группу дисков и вторую группу дисков,
- каждый из указанных правого и левого валов содержит группу дисков, соответственно, группу левых дисков и группу правых дисков,
при этом
- в конфигурации сцепления первая группа дисков взаимодействует с группой левых дисков, а вторая группа дисков взаимодействует с группой правых дисков, обеспечивая соединение левого вала, правого вала и вращающейся части гидравлической машины,
- в конфигурации свободного хода первая группа дисков и группа левых дисков разъединены, вторая группа дисков и группа правых дисков также разъединены, при этом левый вал и правый вал могут свободно вращаться относительно друг друга, причем каждый из них может свободно вращаться относительно вращающейся части гидравлической машины.
Система может дополнительно содержать упругий возвратный элемент, выполненный с возможностью переключения муфты из конфигурации сцепления в конфигурацию свободного хода при отсутствии подачи гидравлического давления на блок цилиндров.
Предпочтительно, муфта дополнительно выполнена с возможностью перехода в третью конфигурацию, называемую «сцепление со скольжением», в которой левый вал и правый вал соединены друг с другом с возможностью скольжения относительно друг друга.
Муфта может быть выполнена с возможностью переключения между конфигурацией сцепления и конфигурацией сцепления со скольжением в зависимости от гидравлического давления, подаваемого на блок цилиндров.
Система может дополнительно содержать питающую магистраль гидравлической машины и отводящую магистраль, при этом система дополнительно содержит перепускную магистраль, проходящую между питающей магистралью и отводящей магистралью, и управляющий клапан, избирательно пропускающий или перекрывающий расход потока в перепускной магистрали, что соответственно приводит к переключению муфты в положение сцепления со скольжением или без скольжения.
В типовом случае система дополнительно содержит вычислительное устройство, задающее пороговое значение скорости, при превышении которого муфта переключается в свою конфигурацию свободного хода, тем самым обеспечивая возможность разности скоростей между правым валом и левым валом.
Система может дополнительно содержать систему управления давлением, подаваемым на вращающуюся часть гидравлической машины, чтобы управлять конфигурацией муфты.
Система управления может содержать по меньшей мере одно из следующей группы:
- сливной клапан гидравлического контура,
- подкачивающий насос гидравлического контура,
- регулятор перепускной магистрали гидравлического контура.
Гидравлическая машина, предпочтительно, представляет собой машину с неподвижным кулачком и вращающимся валом, причем блок цилиндров можно отсоединять от оси, а поршни удерживать прижатыми к кулачку посредством пружин.
Объектом изобретения также является транспортное средство, содержащее ось и систему согласно раскрытому выше, при этом ось содержит правый и левый валы, а гидравлическая машина установлена на данной оси.
Изобретение относится также к способу управления системой согласно вышеприведенному описанию, который содержит подачу гидравлического давления на гидравлическую машину для переключения муфты машины между конфигурацией свободного хода и конфигурацией сцепления.
Способ управления может дополнительно включать в себя изменение гидравлического давления, подаваемого на гидравлическую машину, для переключения муфты между конфигурацией сцепления со скольжением и конфигурацией сцепления без скольжения.
Описание чертежей
Другие признаки, цели и преимущества изобретения следуют из нижеприведенного описания, имеющего исключительно иллюстративный характер без каких-либо ограничений, которое сопровождается приложенными чертежами, где:
- фиг. 1а иллюстрирует пример гидравлического контура, содержащего гидравлическую машину в соответствии с одним из аспектов изобретения;
- фиг. 1b иллюстрирует другой пример гидравлического контура, содержащего гидравлическую машину;
- фиг. 2а иллюстрирует пример конструкции гидравлической машины в соответствии с одним из аспектов изобретения;
- фиг. 2b иллюстрирует другой пример конструкции гидравлической машины;
- фиг. 3а схематически иллюстрирует области давления в конфигурации сцепления со скольжением и без скольжения;
- фиг. 3d иллюстрирует конфигурации муфты в зависимости от давления, подаваемого на вращающуюся часть машины, и от передаваемого крутящего момента.
Подробное раскрытие изобретения
Гидравлический контур
На фиг. 1а и 1b представлен гидравлический контур транспортного средства. Транспортным средством V предпочтительно, но не обязательно, является легковое транспортное средство, такое как автомобиль. Транспортное средство V содержит шасси и две оси 10, 20, на каждой из которых установлены по два колеса, соответственно, 13, 14 и 23, 24. Две оси 10, 20 определяют основное направление D шасси транспортного средства.
Кроме этого транспортное средство содержит основной двигатель М, как правило, теплового типа, муфту 2 и коробку 3 передач, которая соединяет двигатель с одной из осей с целью приведения ее в движение.
Как видно на фиг. 1а и 1b, основной двигатель приводит в движение переднюю ось 10, так называемую «ведущую ось», тогда как задняя ось 20 называется «ведомой осью».
Кроме того, транспортное средство снабжено гидроусилителем, предпочтительно - гидростатической трансмиссией мощности от ведущей оси 10 к ведомой оси 20. Транспортное средство также содержит первую гидравлическую машину М1, установленную, с одной стороны, на шасси и, с другой стороны, на ведущей оси 10, и вторую гидравлическую машину М2, установленную, с одной стороны, на шасси и, с другой стороны, на ведомой оси 20.
Две гидравлических машины М1, М2 соединены друг с другом гидравлическими магистралями 4 и выполнены с возможностью работать реверсивно либо в качестве насоса, то есть обеспечивать восприятие крутящего момента и выдачу потока масла, либо в качестве гидравлического двигателя, то есть обеспечивать крутящий момент, получая поток масла на одном или нескольких выходных валах, причем их работа зависит от того, положительной или отрицательной является разность скоростей между двумя машинами.
Предпочтительно, машина М1 на ведущей оси 10 работает в качестве насоса, генерируя поток для питания гидравлической машины М2, который работает при этом как двигатель.
Гидравлический контур 4 дополнительно содержит контур 43 подкачки гидравлических машин М1, М2, содержащий подкачивающий насос 44, а также масляный резервуар R, из которого с помощью подкачивающего насоса 44 отбирается масло, необходимое для подкачки контура.
Гидравлический контур 4 дополнительно может содержать сливной клапан 45 в направлении резервуара R, причем сливом управляет средство 46 управления, например, соленоид.
Гидравлическая машина
На фиг. 2а приведен частичный вид в разрезе, иллюстрирующий конструкцию гидравлической машины М2 в соответствии с одним из аспектов изобретения.
На этом чертеже представлена гидравлическая машина М2, имеющая неподвижную часть и вращающуюся часть, что позволяет приводить во вращение левый вал 21 и правый вал 42.
Каждый вал 21, 22, как правило, приводит во вращение по одному колесу 23, 24 транспортного средства, т.е., каждый вал соединен при вращении с одним из колес транспортного средства. Предпочтительно, каждый вал 21, 22 приводит во вращение колесо с помощью кардана или выходной полуоси. Следовательно, каждый вал можно предпочтительно снабдить средствами приведения во вращение управляемой им полуоси, например, в виде шлицев, направленных вдоль оси вала и идущих по всей окружности этого последнего.
Средства приведения во вращение полуоси могут находиться как внутри, так и снаружи валов, в зависимости от выбранной схемы монтажа.
Предпочтительно, валы 21 и 22 являются полыми для облегчения конструкции. Между валами 21 и 22, предпочтительно, находится система для повторного центрирования и опирания валов друг на друга, например в виде игольчатого кольца и упорного шарикоподшипника (не показаны), для обеспечения возможности вращения двух валов относительно друг друга.
Показанный здесь гидравлическая машина содержит блок цилиндров 140, который имеет ряд гнезд 141, расположенных радиально относительно оси Х-Х вращения левого 21 и правого 22 валов, при этом в указанных гнездах 141 установлены с возможностью скольжения поршни 142. Имеется также кулачок 130 с несколькими выступами, благодаря которому поршни 142 могут совершать возвратно-поступательное движение по вершинам и выемкам, образуемым рабочими выступами кулачка 130.
Предпочтительно, машина М2 содержит неподвижный кулачок и вращающийся вал, при этом блок цилиндров 140 может отсоединяться от оси, а поршни будут удерживаться прижатыми к кулачку с помощью пружин.
Блок цилиндров является концентрическим с осью Х-Х валов 21 и 22. Он имеет также возможность поступательного перемещения вдоль этой оси на незначительное расстояние, благодаря чему обеспечиваются сцепление и расцепление муфты, что будет раскрыто ниже.
Поступательное перемещение блока цилиндров не влияет на работу машины М2. В этой связи отметим, что кулачок 130, предпочтительно, является достаточно широким для того, чтобы перемещение блока цилиндров 130 не приводило к соприкосновению поршней 142 с другими частями двигателя, такими как картер 160 и крышка 152 распределителя.
Благодаря блоку распределителя, включающему в себя собственно распределитель 151, на который надета крышка 152 распределителя, удается обеспечить подачу и отведение масла, при этом распределитель 151 будет последовательно устанавливать сообщение между поршнями 142 блока цилиндров и питающей и отводящей магистралями. Предусмотрен также картер 160, ограничивающий, вместе с кулачком 130 и крышкой 152 распределителя, внутренний объем гидравлической машины.
Таким образом, различают неподвижную часть гидравлической машины, содержащую картер 160, кулачок 130 и крышку 152 распределителя, и подвижную часть гидравлической машины, содержащую блок цилиндров 140.
Распределитель 151 соединен при вращении с крышкой 152, однако может перемещаться в осевом направлении.
Левый вал 21 установлен с возможностью поворота относительно картера 160 с помощью подшипников 211. Правый вал 22 установлен с возможностью поворота относительно крышки 152 распределителя с помощью подшипников 221.
Гидравлическая машина М2 дополнительно содержит муфту 170, которая обеспечивает избирательную связь вращающейся части гидравлической машины М2, в данном случае - блока цилиндров 40, с левым валом 21 и правым валом 22. Поршни блока цилиндров снабжены нажимными пружинами, что позволяет им постоянно оставаться в контакте с кулачком 130.
Муфта 170 содержит первую группу дисков 171 и вторую группу дисков 172.
Левый вал 21 содержит левую группу дисков 217, а второй вал 22 - правую группу дисков 227.
Первая группа дисков 171 и левая группа дисков 217 выполнены с возможностью фрикционного сцепления друг с другом, чтобы обеспечивать соединение при вращении левого вала 21 и вращающейся части гидравлической машины М2.
Таким образом, соединение между муфтой и левым валом 21 включает в себя поочередно диск 217, соединенный с валом 21, и диск 171, соединенный с вращающейся частью машины. Когда в них создается давление, как во всех традиционных системах, каждый диск приводит в движение тот, с которым он сцеплен за счет трения. В случае, когда первая группа дисков 171 и левая группа дисков 217 не сцеплены друг с другом, левый вал 21 может свободно вращаться относительно вращающейся части гидравлической машины 1.
Аналогично, вторая группа дисков 172 и правая группа дисков 227 выполнены с возможностью фрикционного сцепления друг с другом, чтобы соединить при вращении правый вал 22 и вращающуюся часть гидравлической машины М2, при этом соединение между муфтой и правым валом включает в себя поочередно диск 227 и диск 171, соединенный с вращающейся частью машины. Когда вторая группа дисков 172 и правая группа дисков 227 не сцеплены друг с другом, правый вал 22 может свободно вращаться относительно вращающейся части гидравлической машины М2.
В целом, фрикционное сцепление обеспечивает соединение между тремя следующими компонентами: левым валом 21, правым валом 22 и вращающейся частью (170, 140) гидравлической машины.
Предпочтительно, группы дисков, предназначенные для сцепления друг с другом, содержат по меньшей мере два диска с одной стороны и один диск с другой стороны, чтобы последний мог быть зажат между двумя дисками противоположной детали. Так, например, если говорить о группах дисков 217 и 171, то одна из групп содержит по меньшей мере два диска, а вторая - по меньшей мере один диск. Это же правило действует и в отношении групп дисков 227 и 172.
Понятно, что при сцеплении групп дисков 217, 227 валов 21, 22 с группами дисков 171, 172 муфты 170 уменьшаются относительные расстояния между различными дисками, и в частности, между дисками, относящимися к одной и той же группе дисков 217, 227, 171, 172.
Для обеспечения такого относительного перемещения дисков одной группы каждый диск, наиболее предпочтительно, установлен с возможностью скольжения на валу или на части муфты, с которой он соединен.
Предпочтительно, на участках валов 21, 22, несущих диски 217, 227, предусмотрены шлицы 218, 228, или канавки, предназначенные для приема указанных дисков и обеспечения их поступательного перемещения по соответствующему валу.
Кроме того, муфта 170, предпочтительно, на своей внутренней поверхности, несущей группы дисков 171, 172, содержит шлицы 178, предназначенные для приема указанных дисков и обеспечения их поступательного перемещения параллельно оси Х-Х, вдоль которой проходят валы 21, 22.
Для приведения в поступательное перемещение групп дисков 171, 172 сама муфта 170 выполнена с возможностью поступательного перемещения параллельно оси Х-Х, при этом она жестко соединена при поступательном перемещении с блоком цилиндров 140. В этой связи следует отметить, что муфта 170 может быть выполнена как одно целое с блоком цилиндров или прикреплена к нему.
Точнее, муфта 170 содержит опору 170', жестко соединенную с блоком цилиндров, будучи закрепленной на нем или выполненной как одно целое с ним, и деталь 173 зацепления, имеющую Т-образное сечение. Эта деталь 173 зацепления установлена на внутренней в радиальном направлении поверхности опоры 170'. На ней закреплены диски 171, 172, и кроме того, в ней выполнены шлицы 178 для обеспечения возможности скольжения дисков и, следовательно, их сближения друг с другом.
Деталь 173 зацепления установлена с возможностью скольжения в осевом направлении в опоре 170', но приводится во вращение этой опорой. Поворотное соединение детали 173 зацепления относительно опоры 170' осуществляется предпочтительно посредством шлицев 179, предусмотренных, соответственно, на внутренней и наружной поверхностях опоры 170' и детали 173 зацепления.
Наконец, чтобы обеспечить поступательное перемещение муфты 170, 170', когда она сдвигается блоком цилиндров, муфта и блок цилиндров установлены с возможностью смещения в боковом направлении на скользящем подшипнике 175. Скользящий подшипник 175 установлен между выступом 176 внутренней поверхности муфты 170, 170' и упором 177. Предпочтительно использовать в качестве упора 177 помещенное в канавку пружинящее кольцо.
Перемещение муфты 170, 170' ограничено в одном направлении сжатием дисков (направление перемещения в случае задействования гидроусилителя), а в противоположном направлении - крышкой 152 распределителя, которая является неподвижной.
Независимо от варианта осуществления, муфта 170, 170' сдвигается в одном из направлений (на фиг. 2а и 2b - влево) за счет гидравлического напора, поступающего от распределителя 151 или от исполнительного органа 180, раскрытого ниже, при активации гидроусилителя.
Сдвиг же ее в противоположном направлении производится с целью расцепления дисков в случае отключения гидроусилителя и возврата к конфигурации свободного хода с помощью упругого возвратного элемента 161, например, пружинной шайбы.
Далее раскрывается приведение муфты в поступательное перемещение, обусловливающее сцепление дисков 171, 172 с дисками 217, 227, соответственно.
Как уже было сказано ранее, сцепление дисков происходит в результате поступательного перемещения блока цилиндров 140, приводящего к поступательному перемещению муфты 170, 170'. Это поступательное перемещение является следствием гидравлического напора, возникающего при активации гидравлического управления.
Как показано на фиг. 2а, гидравлический напор создается распределителем 151. Этот распределитель включает в себя две питающих магистрали 153, 154, которые образуют магистраль высокого давления и магистраль низкого давления, и наоборот, в зависимости от вида использования гидравлической машины М2.
Предпочтительно, распределитель 151 является распределителем ступенчатого типа, то есть, каждая канавка (не пронумерована) имеет на одном из своих краев уплотнительную поверхность большего диаметра, чем на другом краю (распределитель является, в целом, коническим, а канавки имеют, в целом, возрастающий диаметр). В том месте, куда выходит питающая магистраль, диаметры стенок, расположенных по обе стороны от магистрали в направлении оси Х-Х, являются разными. Когда в находящейся в канавках рабочей жидкости создается давление, происходит перепад давления в направлении блока цилиндров 140, что вызывает его поступательное перемещение с прижатием дисков друг к другу.
Общеизвестно, что в ступенчатых распределителях результирующая величина упорных поверхностей в зоне канавок больше суммы упорных поверхностей питающих магистралей при контакте с блоком, что всегда гарантирует достижение достаточного опирания распределителя на блок с предотвращением при этом утечек из питающей магистрали.
Как видно на фиг. 2b, гидравлический напор может попеременно создаваться исполнительным органом 180, независимо от того, используется ли распределитель ступенчатого типа (в этом случае исполнительный орган 180 дополняет напор распределителя) или нет (ситуация с цилиндрическим распределителем, не оказывающим напора).
Если используется цилиндрический распределитель, не являющийся ступенчатым, который не в состоянии обеспечивать с помощью своих канавок, то необходимо предусмотреть добавочный напорный орган.
Исполнительный орган может включать в себя один или несколько силовых цилиндров 181, например, силовой цилиндр с кольцеобразным поршнем, который проходит вокруг распределителя 151, или ряд силовых цилиндров, распределенных вокруг распределителя. В любом случае каждый силовой цилиндр 181 имеет напорную камеру 182, и находящийся в этой камере подвижный поршень 183, выполненный с возможностью поступательного перемещения по оси Х-Х. Предпочтительно, предусмотрена прокладка (не показана) для поддержания в камере нужного давления.
При этом в цилиндре 181 может создаваться давление посредством специальной питающей магистрали 184, соединенной с питающей магистралью машины М2.
Исполнительный орган может быть также образован цилиндром, оказывающим давление на распределитель, или добавочной камерой, оказывающей гидравлический напор на распределитель, или добавочной ступенчатой канавкой, которая выполнена в распределителе, но соединена со специальной питающей магистралью 184, которая, в свою очередь, соединена с питающей магистралью машины М2.
Фрикционное сцепление может быть прогрессивным, пропорциональным толкающему усилию, которое воздействует на муфту (с обеих сторон).
Работа машины
Вышеописанная конструкция гидравлической машины М2 позволяет задавать для муфты 170:
- конфигурацию сцепления, в которой первая группа дисков 171 взаимодействует с группой левых дисков 217, а вторая группа дисков 172 взаимодействует с группой правых дисков 227, таким образом, чтобы соединить друг с другом левый вал 21, правый вал 22 и вращающуюся часть гидравлической машины М2,
- конфигурацию свободного хода, в которой первая группа дисков 171 и левая группа дисков 217разъединены, при этом вторая группа дисков 172 и правая группа дисков 227 тоже разъединены, в результате чего левый вал 21 и правый вал 22, каждый, свободно вращаются относительно друг друга и относительно вращающейся части гидравлической машины М2.
Таким образом, в конфигурации сцепления левый вал 21 и правый вал 22 вращаются с одинаковой скоростью, причем каждый из этих валов 21 и 22 соединен при вращении с вращающейся частью гидравлической машины 1. Следовательно, в этой конфигурации оказывается невозможной разность скоростей между левым валом 21 и правым валом 22, а также между валами и машиной.
В конфигурации свободного хода левый вал 21 и правый вал 22, каждый, могут свободно вращаться, обеспечивая тем самым разность скоростей между ними и по сравнению с машиной.
Предпочтительно, сцеплением и расцеплением муфты управляют посредством спускного клапана 45 гидравлического контура следующим образом:
- когда этот клапан открыт, происходит слив из питающей магистрали гидравлической машины М2, и, следовательно, не происходит подачи давления на распределитель 151 или, в некоторых случаях, на исполнительный орган 180. Следовательно, муфта находится в положении расцепления;
- когда клапаном 45 управляют, переводя его в положение блокирования, происходит подача давления по питающей магистрали к распределителю или к исполнительному органу и, следовательно, переход муфты в положение сцепления.
Предпочтительно, но не обязательно, можно изменять силу сцепления в зависимости от подаваемого на блок цилиндров гидравлического давления. Размеры муфты 170, 170' и дисков могут быть подобраны, а подаваемое на блок цилиндров гидравлическое давление может быть отрегулировано таким образом, чтобы обеспечивалось относительное скольжение ниже определенного гидравлического давления, приложенного к муфте.
Что касается дисков, то при их выбранных размерах передаваемый крутящий момент изменяют посредством контактного давления. Соответственно, в зависимости от пределов давления, подаваемого на блок цилиндров 140, материалы для чередующихся пар дисков (например, групп дисков 217 и 171 или 227 и 172) и диаметры дисков можно подобрать таким образом, чтобы изменять передаваемый крутящий момент.
Что касается подаваемого давления, то, как проиллюстрировано на фиг. 1b, его, предпочтительно, изменяют за счет установки в гидравлическом контуре клапана 5, который позволяет ограничить перепад давлений между питающей и отводящей магистралями гидравлической машины М2.
На фиг. 1b схематически иллюстрируется способ ограничения перепада давлений посредством выполнения перепускной магистрали между двумя магистралями. Благодаря этой магистрали обеспечивается возможность пропускания некоторого расхода между питающей и отводящей магистралями, который будет снижать давление в питающей магистрали. Целесообразно, чтобы расход между двумя магистралями можно было ограничивать, например, с помощью дросселирующего устройства 50.
Кроме того, контур, предпочтительно, включает в себя управляющий клапан (не показан), который может пропускать или блокировать поток в перепускной магистрали. В результате этого, регулируя управляющий клапан, можно непосредственно управлять конфигурацией дисков: если клапан работает на пропускание, давление недостаточно для обеспечения сцепления без скольжения дисков, так что происходит их сцепление со скольжением. Если же пропускание среды блокируется, то давление в питающей магистрали возрастает, и происходит сцепление дисков без скольжения.
В случае, когда управляющий клапан представляет собой пропорциональный ограничитель давления, например с электрическим управлением, можно осуществлять непосредственное управление контактным давлением и, следовательно, усилием соединения, которое может передавать муфта.
В случае, когда управляющий клапан представляет собой пропорциональный ограничитель расхода, например с электрическим управлением, можно допустить некоторую величину разности скоростей между осями или колесами.
В случае, когда давление к блоку цилиндров 140 прилагается посредством отдельного исполнительного органа 180 распределителя 151, питание этого исполнительного органа желательно осуществлять по магистрали, соединенной с питающей магистралью машины М2 за дросселирующим устройством.
Таким образом, когда активирован гидроусилитель и обеспечен поток между двумя магистралями, давление, передаваемое на распределитель 151, уменьшается, достигая в ряде случаев величины давления подпитки, так что момент, передаваемый дисками, также уменьшается. Если же прохождение среды блокировано, то давление сохраняется на прежнем уровне, и момент оказывается более значительным.
Таким образом, возможны три разных режима взаимодействия левого вала 21 и правого вала 22:
- первый режим сцепления без скольжения, который соответствует рассмотренной ранее конфигурации сцепления, когда левый и правый валы объединены при вращении и, следовательно, вращаются с одинаковой скоростью; в этом режиме обеспечивается более интенсивная передача момента от ведущей оси к ведомой;
- второй режим сцепления со скольжением, когда возможно относительное скольжение между дисками валов и дисками муфты; в этом режиме обеспечивается передача меньшего момента, чем в первом режиме, и возможно возникновение разности скоростей между колесами, приводимыми во вращение двумя валами, а также разности скоростей между гидравлической машиной и каждым из двух валов;
- третий режим расцепления, который соответствует рассмотренной ранее конфигурации свободного хода, когда валы 21 и 22 свободно вращаются, а блок цилиндров тоже отсоединен от валов; в этом режиме обеспечивается более значительная разность скоростей между колесами, но передача момента невозможна.
Перечисленными выше режимами сцепления управляют посредством:
- спускного клапана 45, чтобы обеспечивать наличие или отсутствие управления активацией гидроусилителя,
- управляющего клапана перепускной магистрали 5, чтобы обеспечивать наличие или отсутствие изменения давления,
- подкачивающего насоса 44, чтобы обеспечивать изменение давления в питающей магистрали машины, когда управляющий клапан разрешает прохождение потока по перепускной магистрали.
На фиг. 3а представлен пример областей режимов сцепления со скольжением и без скольжения в зависимости от разности скоростей между машиной М1 ведущей оси и машиной М2 ведомой оси. В схеме с двумя машинами, показанной на фиг. 1а и 1b, можно заметить, что гидравлическое давление в контуре 4 является функцией разности скоростей вращения между осью 10 и осью 20. Так, например, если ось 10 пробуксовывает, имеет место прилив рабочей среды к оси 20 и повышение давления подачи в машину М2, в результате чего возрастает контактное давление муфты, и может произойти изменение режима сцепления. Символом V1 обозначается пороговое значение разности скоростей, соответствующее переходу между режимами скольжения со скольжением и без скольжения.
При разности скоростей меньше V1 (белая зона) происходит сцепление дисков с трением. При большей же скорости (серая зона) они сцепляются без скольжения.
В соответствии с одним из предпочтительных примеров, диски выполняют с размерами, обеспечивающими возможность сцепления со скольжением до давления в 10 бар, что соответствует давлению подпитки в контуре (это давление соответствует предельной разности скоростей между машинами). При превышении этого значения диски будут сцепляться без скольжения. Сцепление со скольжением может быть пропорциональным и прогрессивным в зависимости от давления, вплоть до предельной величины давления, когда скольжения больше нет, то есть муфта может передавать целиком весь максимальный момент, действующий на колеса в процессе функционирования транспортного средства.
Предпочтительно, но не обязательно, муфта 170 также может быть рассчитана на осуществление передачи крутящего момента до некоторого предельного значения наибольшего контактного давления, что соответствует функции ограничителя момента с целью защиты транспортного средства от пиковых значений крутящего момента, способных привести к его повреждению.
В обычных условиях крутящий момент, передаваемый гидравлическими средствами, ограничивается клапанами избыточного давления, предусматриваемыми в магистралях гидравлического контура трансмиссии. Однако в случае передачи на колесо чрезмерно больших пиков крутящего момента или механической блокировки какого-либо компонента целесообразно предусмотреть механическое ограничение крутящего момента, передаваемого валами.
Укажем в этой связи, что диаметр, количество дисков и пары материалов для дисков левого вала 21 и дисков муфты, с одной стороны, и для дисков правого вала 22 и дисков муфты, с другой стороны, выбирают предпочтительно таким образом, чтобы обеспечить относительное скольжение дисков за рамками определенного крутящего момента.
Преимущество такой конфигурации состоит в том, что появляется возможность уменьшения размеров приводных средств для колес, шлицев, карданов и пр., а также их облегчения в целях вспомогательного и временного использования.
На фиг. 3b представлена другая диаграмма режимов работы гидравлической машины, где по оси абсцисс отложено подаваемое на блок цилиндров гидравлическое давление, а по оси ординат - крутящий момент, передаваемый муфтой.
Здесь обозначено:
v
- точечной штриховкой - зона фиксации со скольжением при значениях ниже гидравлического давления фиксации P,
v
- без штриховки - зона фиксации без скольжения при значениях подаваемого на блок цилиндров гидравлического давления, превышающего P,
m
- косой штриховкой - запрещенная область, соответствующая давлению, превышающему максимальное давление P, допускаемое клапанами избыточного давления гидравлического контура,
m
- вертикальной штриховкой - зона фиксации со скольжением при значениях больше максимального момента C, который может передаваться муфтой.
m
Стрелкой обозначен пример изменения давления и передаваемого крутящего момента в транспортном средстве со времени остановки или запуска гидроусилителя до достижения максимально допустимого момента C.
Такая система обеспечивает преимущества, в частности, при использовании гидроусилителя на транспортных средствах, в том числе на автомобилях с двумя ведущими колесами и одной ведущей осью, где гидроусилитель позволяет осуществлять переход на работу с четырьмя ведущими колесами. Такой гидроусилитель применяют, в основном, для преодоления препятствий или в тяжелых условиях (например, в снег или гололед), то есть при небольших скоростях движения. А при таких скоростях допускается не использовать разность скоростей между левым валом 21 и правым валом 22.
Когда гидроусилитель отключен, то есть, обычно, когда транспортное средство движется по дороге и/или с высокой скоростью, муфта 170 работает в конфигурации свободного хода, обеспечивая, следовательно, разность скоростей между левым валом 21 и правым валом 22.
Для выполнения функции дифференциала в условиях движения транспортного средства с высокой скоростью в этом транспортном средстве можно предусмотреть вычислительное устройство, задающее некоторое пороговое значение скорости, при превышении которого муфта 170 переключается на конфигурацию свободного хода.
Таким образом, рассмотренная система позволяет выполнить гидростатическую трансмиссию на транспортном средстве в рамках гидроусиления, устраняя в то же время необходимость в дифференциале традиционной конструкции. Отсюда следует, что эта система дает преимущество в смысле габаритных размеров.
В частности, благодаря особому выполнению системы с обеспечением прогрессивного сцепления удается выполнять функции дифференциала с автоблокировкой или с ограниченным скольжением, добиваясь при этом не только прогрессивной связи левого и правого колес, но и прогрессивной связи передней и задней осей.
В отличие от механического дифференциала, предложенное решение дает также возможность проскальзывания вперед-назад, то есть ситуации, когда сумма скоростей вращения колес ведомой оси не обязательно равна некоторой константе скорости вращения ведомой оси, когда муфты работают в режиме скольжения.
Кроме того, предложенная система особо выгодна при работе с гидростатическими трансмиссиями, где используются гидравлические машины с радиальными поршнями и кулачками с несколькими рабочими выступами, вращающимися со скоростью колес. Подобные гидравлические машины, хорошо известные специалистам, работают, по сути дела, на более высоких скоростях, что вполне согласуется с предложенной системой, которая адаптирована к работе с гидравлическим усилением при малой скорости.