СИСТЕМА И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В РАБОЧИХ АГРЕГАТАХ
SYSTEM AND METHOD FOR PRESSURE CONTROL IN WORKING ASSEMBLIES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе регулирования давления, а именно к системе регулирования давления в рабочем агрегате. Настоящее изобретение также относится к способу регулирования давления в рабочем агрегате.
Уровень техники
Исполнительный механизм рабочего агрегата, такой как рулевой механизм и трансмиссия, обычно оснащается гидравлической системой, сопряженной с ним для выполнения различных действий по его управлению и эксплуатации. Например, помимо подачи рабочего гидравлического давления разного уровня на исполнительные элементы системы переключения передач, такие как сцепление и тормоз, гидравлическая система трансмиссии также подает масло на гидротрансформатор, управляет включением и выключением блокирующей муфты, а также обеспечивает смазку и охлаждение вращающихся деталей трансмиссии. При работе трансмиссии гидравлическое давление, необходимое для различных элементов при одинаковых рабочих условиях, различается, так же как различается гидравлическое давление, необходимое для одного и того же элемента в разных рабочих условиях. Например, если давление масла будет слишком высоким, это приведет к сильным толчкам при переключении передач и даже повреждению системы управления, тогда как слишком низкое давление масла приведет к проскальзыванию исполнительных элементов коробки передач, излишнему износу фрикционных дисков и даже сгоранию исполнительных элементов коробки передач. Поэтому для регулирования давления и скорости потока масла, подаваемого на каждый элемент, нужна система регулирования давления. Поскольку для разных коробок передач требуется разное усилие переключения передач, точные установки системы регулирования давления имеют важное значение для обеспечения четкого переключения передач в трансмиссии. Например, при переключении передач в транспортном средстве необходимо, чтобы переключение передач осуществлялось за минимально короткий срок для предотвращения износа фрикционных элементов при ускорении и потере скорости из-за слишком долгого времени переключения передач; кроме этого, необходимо, чтобы переключение передач производилось максимально плавно и четко для того, чтобы сгладить резкие перепады гидравлического давления на исполнительных элементах и уменьшить или исключить толчки в механизме коробки передач в результате перехода от кинетического трения к статическому трению. В частности, толчки в коробке передач могут не только нарушить стабильную работу коробки передач, но и также создать дискомфорт для водителя и пассажиров, что предъявляет дополнительные требования к управлению давлением в гидравлической системе и работе вспомогательных частей агрегата, таких как исполнительные элементы механизма коробки передач. Кроме этого, такие резкие перепады гидравлического давления способны повредить трансмиссию и гидравлическую систему агрегата, поэтому гидравлическим давлением необходимо управлять, в особенности надлежащим образом управлять гидравлическим давлением при переключении передач.
В настоящее время в трансмиссиях, устанавливаемых в различных транспортных средствах и строительной технике, устройство регулирования давления расположено после масляного насоса, соединенного с двигателем, и служит для регулирования давления гидравлической жидкости в зависимости от рабочих условий. Например, рабочее гидравлическое масло, проходя через главный регулировочный клапан, поступает в клапан переключения передач, между клапаном переключения передач и отдельными механизмами переключения, например муфтой сцепления передачи, находится гидроаккумулятор для выравнивания гидравлического давления, резко меняющегося при переключении передач.
Гидроаккумулятор и механизм переключения передач расположены параллельно, когда гидравлическое масло подается в поршневую камеру муфты сцепления, часть гидравлического масла из главной магистрали поступает в гидроаккумулятор для хранения и сброса резкого роста рабочего давления, при выключении трансмиссии происходит быстрый сброс давления через маслодренажный канал и, таким образом, происходит поглощение и демпфирование колебаний давления подаваемого масла. Это позволяет предотвратить перегрузку двигателя и толчки в механизме коробки передач.
Хотя подобная система позволяет регулировать гидравлическое давление и способствует ослаблению толчков в коробке передач, тем не менее она не является оптимальным решением. Например, для каждой передачи необходимо устанавливать отдельный гидроаккумулятор, т.е. устанавливать несколько гидроаккумуляторов, что приводит к увеличению стоимости. Кроме этого, в практическом плане, при проектировании каждого отдельного гидроаккумулятора приходится учитывать такие факторы, как длина магистрали, а тот факт, что для регулирования гидравлического давления нужно несколько гидроаккумуляторов, дополнительно усложняет задачу.
Существо изобретения
Для устранения описанных выше недостатков настоящим изобретением предлагается система и способ регулирования давления в рабочем агрегате, в частности система и способ регулирования давления в трансмиссии, для которых не требуются многочисленные гидроаккумуляторы, что позволяет сократить себестоимость, упростить систему, сделав ее более соответствующей требованиям, предъявляемым к работе механизма переключения передач, и повысить качество работы механизма переключения передач.
В одном аспекте, настоящим изобретением предлагается система регулирования давления, состоящая из: масляного бака, исполнительного механизма, приводимого в действие управляющим клапаном, первого клапана регулирования давления, через который жидкость из масляного бака подается в исполнительный механизм; второго клапана регулирования давления, соединенного с первым клапаном регулирования давления, при этом жидкость, подаваемая во второй клапан регулирования давления, дросселируется таким образом, чтобы давление жидкости, подаваемой в исполнительный механизм, увеличивалось постепенно.
В другом аспекте, настоящее изобретение относится к способу регулирования давления, заключающемуся в: подаче части жидкости из масляного бака через первый клапан регулирования давления в исполнительный механизм рабочего агрегата; подаче части жидкости через первый клапан регулирования давления во второй клапан регулирования давления, соединенный с первым клапаном регулирования давления; при этом жидкость, подаваемая во второй клапан регулирования давления, дросселируется таким образом, чтобы давление жидкости, подаваемой в исполнительный механизм, увеличивалось постепенно.
Согласно системе и способу регулирования давления по настоящему изобретению, использование первого и второго клапанов регулирования давления позволяет осуществлять регулирование давления масла, подаваемого в различные механизмы при переключении передач, таким образом, в обычных системах удается отказаться от использования нескольких гидроаккумуляторов для разных передач, избегая при этом толчков в механизме переключения передач, упростить конструкцию и уменьшить себестоимость. Параллельная установка обратного клапана и подбираемого дросселя обеспечивает разную пропускную способность участков гидравлической цепи при разных давлениях, толчки в механизме коробки передач снижаются, происходит быстрое рассоединение фрикционных элементов, что предотвращает возникновение аварийных ситуаций.
Краткое описание чертежей
Система и способ регулирования давления по настоящему изобретению будут подробно описаны ниже применительно к вариантам осуществления изобретения, показанным на прилагаемых чертежах, где аналогичные детали обозначены одинаковыми позициями.
На фиг.1 показана схема системы регулирования давления по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
На фиг.2 показана схема системы регулирования давления по другому варианту осуществления настоящего изобретения;
На фиг.3 показан график давления в исполнительном механизме, включающем в себя систему регулирования давления по настоящему изобретению.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Система и способ регулирования давления по настоящему изобретению применимы для различных рабочих агрегатов с гидравлическим управлением. В качестве иллюстрации, в настоящем варианте осуществления изобретения описана трансмиссия погрузчика. Специалистам в данной области будет понятно, что упомянутый рабочий агрегат может быть любой машиной, например колесным погрузчиком, экскаватором или иной машиной, используемой в строительстве, либо другой машиной, используемой в других отраслях, таких как сельское хозяйство или лесная промышленность. Трансмиссия может включать в себя муфты сцепления для разных передач и группу распределительных клапанов коробки передач для разных передач, таких как нейтраль (N), передняя передача (D), задняя передача (R), группа распределительных клапанов коробки передач управляет скоростью и направлением трансмиссии за счет выборочного включения муфт сцепления. Например, распределительный клапан переключения передач может включать в себя клапан переключения передач высокая/низкая, тормозной клапан и клапан переключения передач, соединяющий передние и задние колеса. Специалистам в данной области будет понятно, что клапан переключения передач может включать в себя и другие элементы.
Рассмотрим систему регулирования давления по настоящему изобретению применительно к фиг.1. На ней видно, что гидравлическое масло из масляного бака 11 подается насосом 4 в первый клапан 21 регулирования давления. Часть масла направляется в клапан 1 переключения передач через первую дроссельную шайбу 311 и далее в муфту 12 сцепления, тогда как другая часть направляется во второй клапан 22 регулирования давления через вторую дроссельную шайбу 331, где происходит буферизация давления жидкости. Поскольку второй клапан 22 регулирования давления соединен с клапаном 1 переключения передач и муфтой 12 сцепления, давление гидравлического масла, подаваемого в клапан 1 переключения передач и муфту 12 сцепления,  увеличивается постепенно за счет буферизации во втором клапане 22 регулирования давления. При этом часть масла все равно направляется на гидротрансформатор 7 через первый клапан 21 регулирования давления. После того как давление превысит определенную величину, часть масла возвращается обратно в масляный бак 5, при этом масляные баки 5 и 11 могут быть разными частями одного масляного бака.
Как показано на фиг.1, клапан 20 регулирования давления состоит из первого клапана 21 регулирования давления и второго клапана 22 регулирования давления. Первый клапан 21 регулирования давления и второй клапан 22 регулирования давления являются связанными, т.е. объединены в единый блок клапанов. Первый клапан 21 регулирования давления включает в себя первый золотник 212 и первую клапанную секцию 213. Второй клапан 22 регулирования давления включает в себя вторую клапанную секцию 222 и третью клапанную секцию 223. Второй золотник 224 подвижно расположен во второй клапанной секции 222, а пружина 225 находится в третьей клапанной секции 225. В настоящем варианте осуществления изобретения, первый клапан 21 регулирования давления совместно с масляным насосом 4 регулирует давление масла, подаваемого из масляного бака на устройства, обеспечивающие переключение передач. Второй клапан 22 регулирования давления буферизует давление масла, подаваемого в механизм управления, таким образом, что давление масла, стабилизируемое первым клапаном 21 регулирования давления, повышается постепенно при возрастании давления в механизме переключения передач. В частности, первый клапан 21 регулирования давления соединен с клапаном 1 переключения передач и образует первую цепь 31, оснащенную первой дроссельной шайбой 311. Второй клапан 22 регулирования давления соединен с клапаном 1 переключения передач и образует вторую цепь 32. Существует также третья цепь 33, начинающаяся от второго клапана 22 регулирования давления. Параллельные вторая и третья цепи 32 и 33 соединены с первой цепью 31, а затем с клапаном 1 переключения передач. Во второй цепи 32 имеется обратный клапан 322, пропускающий масло из второго клапана 22 регулирования давления в клапан 1 переключения передач, но блокирующий поток в обратном направлении. Кроме этого, в третьей цепи 33 имеется вторая дроссельная шайба 331.
Как показано на фиг.1, для увеличения давления при переключении передач необходимо подать гидравлическое масло из масляного насоса в первый клапан 21 регулирования давления, а именно в первую клапанную секцию 213 в правой части клапана 20. Часть этого масла, проходя через первую дроссельную шайбу 311, поступает в клапан 1 переключения передач через первую цепь 31 в качестве рабочего масла, а затем непосредственно подается в муфту сцепления 12 для переключения передач, как показано на фиг.1. Между тем, другая часть масла направляется во второй клапан 22 регулирования давления, поскольку во второй цепи 32 имеется обратный клапан 322, блокирующий подачу масла в клапан 22. Масло поступает во второй клапан 22 регулирования давления лишь через вторую шайбу 331 в третьей цепи. Еще одна часть масла, после стабилизации первым клапаном 21 регулирования давления, направляется в гидротрансформатор 7. Специалистам в данной области будет понятно, что в первом клапане 21 регулирования давления могут быть реализованы различные варианты с золотником и клапанными секциями для открытия и закрытия разных цепей, не ограничивающиеся описанным выше.
Поскольку давление масла, подаваемого во вторую клапанную секцию 222 второго клапана 22 регулирования давления выше, чем упругая сила пружины 225, масло перемещает второй золотник 224 вправо, тем самым сжимая пружину 225 в третьей клапанной секции 223 до достижения равновесия. В результате, часть масла буферизируется во второй клапанной секции 222. Таким образом, за счет буферизации масла при помощи пружины 225 во втором клапане 22 регулирования давления масла давление масла, включающее муфту сцепления, при переключении передач повышается постепенно, т.е. нужное давление достигается при помощи процесса буферизации.
Соответственно, когда сцепление рассоединяется для переключения передач, давление нужно понижать. Давление масла в муфте сцепления может быть сброшено через маслодренажный канал соответствующей передачи, в результате чего давление в первой цепи 31 понижается. В этот момент обратный клапан 322 открывается, масло, хранящееся во второй клапанной секции 222, перетекает в масляный бак 5 через обратный клапан 322 и вторую цепь 32. Таким образом, происходит быстрый слив масла и быстрое выключение сцепления.
При помощи обратного клапана 322 и второй дроссельной шайбы 331, расположенных параллельно, при повышении и уменьшении давления во время переключения передач можно управлять и менять скорость потока масла, входящего и выходящего из второго клапана 22 регулирования давления, для этого и используется буферизация.
На фиг.2 показана система регулирования давления по другому варианту осуществления настоящего изобретения. Различие между настоящим вариантом осуществления и вышеупомянутым вариантом осуществления заключается в следующем: вторая и третья цепи 32 и 33, образованные соответственно обратным клапаном 322 и второй дроссельной шайбой 331 и расположенные параллельно, соединены, рядом с клапаном 1 переключения передач, с первой цепью 31, таким образом, в отличие от вышеописанного варианта осуществления, скорость реакции на изменение давления меняется за счет изменения длины жидкостной магистрали.
Промышленная применяемость
Система и способ регулирования давления по настоящему изобретению применимы для различных рабочих агрегатов, исполнительные механизмы которых приводятся в действие гидравликой. Система регулирования давления состоит из масляного бака, исполнительного механизма, приводимого в действие клапаном управления, первого и второго клапанов регулирования давления, соединенных друг с другом. Жидкость, давление которой регулируется первым клапаном регулирования давления, подается из масляного бака в исполнительный механизм. Далее, давление жидкости регулируется вторым клапаном регулирования давления для его постепенного повышения. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, постепенное повышение давления может быть обеспечено за счет хранения части масла, давление которого было отрегулировано первым клапаном регулирования давления, во второй клапанной секции 222 регулирования давления.
Далее, работа системы регулирования давления по настоящему изобретению будет описана с учетом прилагаемых чертежей.
При переключении передач, когда нужно повысить давление масла, масло из масляного бака 11 подается в первый клапан 21 регулирования давления через масляный насос 4, а именно в первый золотник 212 первой клапанной секции 213, расположенный в правой части клапана 20 регулирования давления. Часть масла поступает в клапан 1 переключения передач через первую цепь 31 и первую дроссельную шайбу 311, другая часть масла, проходя через первую цепь 31 и первую дроссельную шайбу 311, направляется во вторую клапанную секцию 22 второго клапана 22 регулирования давления, через вторую дроссельную шайбу 331 третьей цепи 33, сдвигая, таким образом, второй золотник 224 вправо и сжимая пружину 225 в третьей клапанной секции 223 до достижения равновесия. После завершения описанного выше процесса, в котором давление масла, подаваемого масляным насосом 4, регулируется дважды, первым и вторым клапанами регулирования давления, перед включением новой передачи, давление масла, необходимое для включения передачи, увеличивается постепенно, что позволяет уменьшить толчки при переключении передач.
Соответствующим образом, при выключении сцепления, т.е. когда давление масла в клапане 1 переключения передач нужно понижать, давление масла может быть сброшено за счет использования маслодренажного канала для соответствующей передачи, в результате происходит быстрое снижение давления в первой цепи 31. В этот момент, поскольку разница давлений между двумя сторонами обратного клапана положительная, обратный клапан 322 открывается и масло, находящееся во второй клапанной секции 222, под воздействием толкающей силы пружины 225 быстро вытекает через обратный клапан 322. Таким образом, происходит быстрый слив масла и сцепление быстро рассоединяется.
В трансмиссии, изображенной в показанном варианте осуществления изобретения, первый и второй клапаны 21 и 22 регулирования давления гидравлически связаны друг с другом. При сжимании, под воздействием давления масла, пружина 225 во втором клапане 22 регулирования давления буферизует давление масла, воздействующее на первый золотник 212. В идеале, давление масла, подаваемого в исполнительный механизм, должно повышаться постепенно за счет изменения усилия пружины 225, как это показано на кривой 100 на фиг.3. Однако, в действительности, кривая изменения давления может не всегда точно соответствовать идеальной кривой 100, но быть очень близкой к ней и также расти постепенно. Кроме этого, поскольку первая и вторая цепи 31 и 32 соединены друг с другом, давление масла, подаваемого во второй золотник 224 и в клапан 1 переключения передач, одинаково, соответственно, давление в клапане 1 переключения передач также повышается постепенно в соответствии с кривой переменного усилия пружины 225. Как только давление достигает заданного значения, разница давлений масла, воздействующая на первый клапан 21 регулирования давления, и усилие пружины 225 заставляют первый золотник 212 перемещаться в первой клапанной секции 213, определяя тем самым открытие и закрытие сообщения между первой и второй цепями и обеспечивая, чтобы давление, воздействующее на исполнительный механизм, всегда находилось в необходимом диапазоне в соответствии с кривой 200 на фиг.3. Очевидно, что кривая 200 отображает идеальную ситуацию, когда давление, воздействующее на исполнительный механизм, является постоянным. В действительности, давление масла, подаваемого насосом 4, динамично меняется, а упомянутое выше давление колеблется на фиксированную величину.
Следует понимать, что хотя настоящее изобретение проиллюстрировано в вариантах осуществления, где исполнительным механизмом является трансмиссия, его также можно использовать и в любых других исполнительных механизмах, управляемых гидравликой. Например, в гидравлическом усилителе руля, где исполнительным механизмом выступает рулевой механизм, а управляющим клапаном - клапан рулевого управления. Следует также заметить, что в трансмиссии, показанной на чертежах, имеются лишь два клапана переключения передач и соответствующие муфты сцепления, однако количество клапанов переключения передач и муфт сцепления может быть и больше в зависимости от потребностей в числе передач. Кроме этого, представленное выше описание настоящего изобретения дано исключительно в качестве иллюстрации и не ограничивается им, специалистам в данной области будет понятно, что возможно осуществление различных модификаций и изменений в рамках основной идеи и смысла настоящего изобретения. Например, настоящее изобретение относится лишь к управлению гидравлической системой, однако система регулирования давления по настоящему изобретению также может использоваться в системах электронного управления, в которых используются электромагнитные клапаны и различные датчики, таким образом, чтобы обеспечить более точное электрогидравлическое управление. Можно также использовать другие клапанные секции с функцией регулирования давления при условии, что обеспечивается реализация описанных выше регулировочных функций. И еще одно замечание; второй клапан регулирования давления и первый клапан регулирования давления, выполненные в виде связанных элементов, как это показано на чертежах, могут быть также выполнены как два отдельных клапана. Подобные варианты не противоречат объему и сущности настоящего изобретения и не выходят за пределы объема защиты настоящего изобретения.