ГИДРОТРАНСФОРМАТОР ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОГО ПРИВОДА ВЕДУЩИХ МОСТОВ КОЛЕСНОГО ДВИЖИТЕЛЯ
HYDROMECHANICAL TRANSMISSION TORQUE CONVERTER FOR SEPARATE DRIVE OF DRIVING AXLES OF WHEEL DRIVE

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в автотракторной технике для распределения крутящего момента между ведущими мостами транспорта, обеспечивая повышенную проходимость транспортных средств.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является гидротрансформатор гидромеханической трансмиссии полноприводного колесного шасси МАЗ-543 [Колесное шасси МАЗ-543 и его модификации. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. М.: Военное издательство МО СССР, 1987. - С. 91-96], представляющий собой гидродинамическую передачу, в которой энергия от ведущего вала к ведомому передается с помощью жидкости, и состоящий из насосного колеса, турбинного колеса, реакторов, муфт свободного хода и фрикциона блокировки гидротрансформатора. Гидротрансформатор способствует увеличению срока службы двигателя и силовой передачи. Уменьшает крутильные колебания от двигателя к силовой передаче и сглаживает удары, передающиеся от ведущих колес к двигателю, а также исключает остановку двигателя при перегрузках.
Недостатком данного гидротрансформатора является единственный выход, который передает крутящий момент по жесткой связи к элементам трансмиссии и к ведущим мостам, при этом происходит снижение тяговых показателей колесного движителя, обусловленное действием явления циркуляции мощности.
Техническим результатом изобретения является повышение тяговых показателей колесного движителя.
Известно [Левин И.К. К вопросу циркуляции мощности в трансмиссии многоосного автомобиля. // Московский автомеханический институт. Научные труды. Выпуск 1. - М.: Научно-техническое издательство автотранспортной литературы, 1954. - С. 76.], что автомобили с многоосным бездифференциальным приводом обладают той особенностью, что средние угловые скорости их ведущих осей всегда равны между собой, однако в процессе эксплуатации по ряду причин имеет место кинематическое несоответствие между угловыми скоростями колес разных ведущих осей, их окружными скоростями и пройденными расстояниями. В результате колеса каждой оси приобретают разный характер движения относительно дорожной поверхности, и одна или несколько ведущих осей будут оказывать тормозящее действие движению автомобиля (пробуксовывать).
Известно [Кутьков Г.М. Тракторы и автомобили: теория и технологические свойства. - М.: Инфра-М, 2016. - С. 268-269.], что циркуляция мощности возникает при кинематически жесткой связи между собой двух и более ведущих колес в случае нарушения кинематического соответствия в их приводе или при рассогласовании скорости перемещения осей колес. Возникают забегающие и отстающие колеса. Отстающие колеса, подталкиваемые забегающими колесами, начинают перемещаться со скольжением (юзом.) Циркуляция мощности сопровождается дополнительными потерями энергии на трение в пятне контакта отстающих колес с опорной поверхностью и в трансмиссии. Таким образом, циркуляция мощности снижает тяговых показателей колесного движителя.
Известно [Стесин С.П., Яковенко Е.А. Гидродинамические передачи - М.: Машиностроение, 1973. - С. 5.], что гидродинамические передачи предохраняют механизмы трансмиссии от динамической нагрузки за счет демпфирования (нежесткого соединения).
Указанный технический результат достигается тем, что исключается блокирование колес ведущих мостов за счет добавления в гидротрансформатор второго независимого выхода крутящего момента и разрыва жесткой связи между ведущими мостами, что ведет к компенсации перераспределения горизонтальных и вертикальных реакций опорной поверхности, совместно действующих на ведущие колеса, а, следовательно, и к минимизации действия явления циркуляции мощности, таким образом, повышаются тяговые показатели колесного движителя.
Сущность изобретения заключается в том, дополнительно введены малое турбинное колесо с валом, расположенное внутри турбинного колеса, передающее крутящий момент на элементы трансмиссии, и, приводящееся во вращение потоком рабочей жидкости, создаваемым насосным колесом, и элемент блокировки турбинных колес, связанный с турбинным и малым турбинным колесами и принудительно обеспечивающий их жесткую связь.
Малое турбинное колесо является ведомым элементом гидротрансформатора и приводится во вращение потоком рабочей жидкости, создаваемым насосным колесом. Оно предназначено для передачи крутящего момента через вал к элементам трансмиссии, например, к перспективной двухконтурной коробке передач, передающей независимые крутящие моменты к ведущим мостам полноприводного автомобиля.
Элемент блокировки турбинных колес предназначен для жесткого соединения турбинного и малого турбинного колес в случае необходимости согласования их угловых скоростей. Он может быть выполнен в виде муфты-синхранизатора, установленной на валу турбинного колеса, и свободно перемещается по шлицам под действием внешней силы, например, за счет электрического привода.
Внешний вид гидротрансформатора гидромеханической передачи для раздельного привода ведущих мостов колесного движителя представлен на чертеже, где 1 - двигатель; 2 - насосное колесо; 3 - турбинное колесо; 4 - малое турбинное колесо; 5 - реакторы; 6 - муфты свободного хода; 7 - картер гидротрансформатора; 8 - подшипники; механизм блокировки турбинных колес (9 - корпус фрикциона, 10 - поршень фрикциона, 11 - ведомый диск, 12 - упорный диск), 13 - шестерня передачи мощности с турбинного колеса, 14 - муфта блокировки турбинных колес, 15 - шестерня передачи мощности с малого турбинного колеса, 16 - вал малого турбинного колеса, 17 - вал турбинного колеса.
Выходной вал турбинного колеса 17 располагается внутри выходного вала малого турбинного колеса 16, между которыми установлены подшипники 8, если во время работы по какой-либо причине один из выходных валов турбинных колес 16, 17 окажется недогруженным (малая величина крутящего момента), второй выходной вал будет получать мощность от двигателя 1 за счет потока жидкости. При этом поток жидкости в гидротрансформаторе осуществляет не жесткую связь между выходными валами турбинных колес 16, 17, и режим их движения будет слабосвязанным, т.е. любой из выходных валов 16, 17 турбинных колес 3, 4, имея силовой привод через момент на своем турбинном колесе, способен вращаться с разной угловой скоростью. Например, если один ведущий мост автомобиля, связанный с турбинным колесом 3, будет незагружен из-за слабой связи с опорной поверхностью, то второй мост будет продолжать движение, получая мощность от малого турбинного колеса 4 через поток жидкости от насосного колеса 2 гидротрансформатора, связанного с двигателем 1.
Предлагаемый гидротрансформатор гидромеханической передачи для раздельного привода ведущих мостов колесного движителя может работать на пятью режимах: 1 - режим трансформации момента. 2 - режим гидромуфты, 3 - режим блокировки турбинных колес; 4 - режим частичной блокировки, 5 - режим полной блокировки.
Режим трансформации момента используется при увеличенных нагрузках и включает в себя две стадии.
При работе на первой стадии режима трансформации момента оба реактора 5 неподвижны и обеспечивают наибольшую разницу крутящего момента между насосным колесом 2, турбинным 3 и малым турбинным 4 колесами. Реакторы 5 неподвижны, т.к. масло, выходя из турбины, воздействует на лопатки реакторов так, что создается крутящий момент в направлении, противоположенном вращению насосного 2 и турбинных колес 3, 4. Реакторы 5 установлены на муфтах свободного хода 6, которые не позволяют им вращаться в этом направлении. Реакторы 5 изменяют направление потока масла, выходящего из турбинных колес 3, 4, в сторону вращения насосного колеса 2. Такое направление потока масла снижает потерю энергии при входе в насосное колесо 2. В то же время реакция потока со стороны реактора 5 воздействует на турбинные колеса 3, 4 и увеличивает крутящий момент на них.
При работе на второй стадии режима трансформации момента начинает снижаться нагрузка на турбинных колесах 3, 4, скорость вращения их увеличивается, а рабочая жидкость, выходя из турбинных колес 3, 4, воздействует на лопатки первого реактора 5 таким образом, что блокировка его на муфте свободного хода 6 прекращается. При этом степень увеличения крутящего момента уменьшается, скорость вращения турбинных колес 3, 4 увеличивается, и скольжение гидротрансформатора уменьшается.
На режиме гидромуфты второй реактор 5 начинает свободно вращаться в потоке рабочей жидкости. Это означает, что скорость вращения турбинных колес 3, 4 и насосного колеса 2 отличаются незначительно, а их крутящие моменты равны между собой.
Режим гидромуфты характеризуется при малых или установившихся нагрузках, когда не требуется увеличения крутящего момента.
Однако, при замедлении вращения турбинных колес 3, 4, связанных с увеличением нагрузки на них, реакторы 5 поочередно заклинивают на муфтах свободного хода 6, и гидротрансформатор переходит на режим трансформации момента.
При работе гидротрансформатора угловые скорости турбинных колес 3. 4 могут отличаться, в то время как будет возникать необходимость в их равенстве. В этом случае гидротрансформатор переходит на режим блокировки турбинных колес 3, 4. Под воздействием внешней силы муфта блокировки турбинных колес 14 перемещается по шлицам вала турбинного колеса 17 и входит в зацепление с шестерней малого турбинного колеса 15. При этом оба турбинных колеса 3. 4 жестко соединяются между собой.
При возникновении необходимости в согласовании угловых скоростей насосного 2 и турбинного 3 колес гидротрансформатор переходит на режим частичной блокировки, при этом крутящий момент насосного 2 и турбинного 3 колес будут равны, а крутящий момент на малом турбинном колесе 4 может отличаться. Для этого в полости фрикциона (полость между корпусом фрикциона 9 и поршнем фрикциона 10) увеличивают давление рабочей жидкости, заставляя поршень фрикциона 10 перемещаться. Поршень фрикциона 10, перемещаясь, прижимает ведомый диск 11 к упорному диску 12, который соединен с насосным колесом 2, при этом турбинное 3 и насосное 2 колеса жестко соединяются между собой. При сбросе давления в полости фрикциона жесткая связь насосного 2 и турбинного 3 колес ликвидируется.
Для исключения потери мощности из-за проскальзывания турбинных колес 3, 4 и насосного колеса 2, путем их жесткого соединения, используется режим полной блокировки. При этом происходит жесткое соединение обоих турбинных колес 3, 4 как между собой, так и с насосным колесом 2, следовательно, крутящие моменты на насосном 2 и турбинных 3, 4 колесах будут равны. Режим полной блокировки включает в себя одновременно действующие режим блокировки турбинных колес и режим частичной блокировки.