РАБОЧАЯ МАШИНА С РЕГУЛИРОВАНИЕМ, ОГРАНИЧИВАЮЩИМ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ БЕССТУПЕНЧАТОЙ ТРАНСМИССИИ
WORKING MACHINE WITH TORQUE LIMITATION FOR INFINITELY VARIABLE SPEED TRANSMISSION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к рабочим машинам и, в частности к машинам, содержащим двигатель внутреннего сгорания, соединенный с бесступенчатой трансмиссией.
Уровень техники
Рабочая машина, такая как строительная машина, сельскохозяйственная машина или лесная машина, обычно содержит основной двигатель в виде двигателя внутреннего сгорания (ДВС). ДВС может либо быть двигателем с воспламенением от сжатия (то есть дизельным двигателем), либо двигателем с электрозажиганием (то есть, бензиновым двигателем). Для наиболее тяжелых рабочих машин основным двигателем является дизельный двигатель, имеющий лучшие характеристики при перегрузке, сбросе нагрузки и крутящему моменту для соответствующей работы.
Ступенчатое реагирование ДВС на нагрузку в переходном режиме после воздействия нагрузки является признаком, на который более всего влияет рабочий объем двигателя, агрегатное оснащение двигателя (то есть имеет ли он стандартный турбонагнетатель, турбонагнетатель с перепускным клапаном или с регулируемой турбиной и т.п.) и стратегия программного обеспечения для подачи воздуха и привода подачи топлива (например, рециркуляция отработавшего газа, турбонагнетатель с регулируемой турбиной, конфигурация топливного инжектора и т.п.) в отношении требований законодательных актов, ограничивающих выбросы вредных веществ (например, видимого дыма, оксидов азота (NOx) и т.п.), шума и вибрации. Динамическая нагрузка может быть результатом нагрузки на привод на ведущие колеса (то есть рабочего оборудования, буксируемого за рабочей машиной) или внешней нагрузки (то есть вспомогательной гидравлической нагрузки, такой как фронтального погрузчика, навесного оборудования экскаватора и т.п.).
Системы двигателя в целом реагируют линейно во время практического применения динамической нагрузки. Вначале нагрузка прилагается на ведущий вал ДВС. Скорость вращения коленчатого вала ДВС уменьшается при увеличении нагрузки. На падение скорости вращения коленчатого вала двигателя влияет то, является ли регулятор оборотов астатическим, или имеет статизм регулирования скорости. Приток воздуха увеличивается для подачи дополнительного воздуха в ДВС посредством видоизменения пневмоприводов. Задержка времени необходима для получения новой установки расхода воздуха. Количество впрыска топлива, близкого к мгновенному, увеличивается соответственно как ограничение по дымлению так и максимально допустимому количеству топлива. Затем двигатель восстанавливает скорость вращения до точки установки скорости вращения коленчатого вала двигателя. Параметрами, связанными с реагированием двигателя на ступенчатую нагрузку в переходном режиме после динамической нагрузки являются падение скорости вращения коленчатого вала и время восстановления до точки установки скорости вращения коленчатого вала двигателя.
ДВС может соединяться с бесступенчатой трансмиссией, обеспечивающей плавное регулирование скорости на выходном валу от 0 до максимума в бесступенчатом режиме. Обычно бесступенчатая трансмиссия включает в себя гидростатические и механические составные части передачи. Гидростатические составные части преобразуют мощность вращающегося вала в гидравлический поток и обратно. Прохождение потока мощности через бесступенчатую трансмиссию может осуществляться только через гидростатические составные части, только механические составные части или через комбинацию обеих в зависимости от образца и скорости на выходном валу.
Одним примером бесступенчатой трансмиссии для использования в рабочих машинах является гидромеханическая трансмиссия, содержащая гидравлический блок, соединенный с планетарной зубчатой передачей. Другим примером бесступенчатой трансмиссии для рабочей машины является гидростатическая трансмиссия, содержащая гидравлический блок, соединенный с зубчатой передачей.
Рабочая машина, содержащая бесступенчатую трансмиссию, может быть подвержена потере управления противобуксовочной системой и проскальзыванию колеса при изменении передаточного отношения бесступенчатой трансмиссии для соответствия условиям нагрузки. Контроллер бесступенчатой трансмиссии измеряет скорость вращения коленчатого вала двигателя и увеличивает передаточное отношение бесступенчатой трансмиссии по мере снижения скорости вращения коленчатого вала двигателя под нагрузкой. При низких скоростях хода количество мощности, требуемое рабочей машиной, является малым процентом того, что может генерировать двигатель, так что двигатель может не перегружаться, когда крутящий момент на выходном валу увеличивается. Оператор затем не должен беспокоиться, что крутящий момент на колесах увеличивается. В этом случае ведущие колеса могут пробуксовывать и крутиться впустую. Это для некоторых работ является нежелательным.
Таким образом, необходима рабочая машина с бесступенчатой трансмиссией, которая не подвержена пробуксовке в условиях низких скоростей хода.
Сущность изобретения
Изобретение в одной форме направлено на создание рабочей машины, содержащей двигатель внутреннего сгорания, имеющий выходной вал и бесступенчатую трансмиссию, соединенную с выходным валом двигателя внутреннего сгорания. Бесступенчатая трансмиссия содержит гидравлический блок и блок механического привода ведущих колес. Датчик давления, соединен с гидравлическим блоком и обеспечивает выходной сигнал, представляющий гидравлическое давление в гидравлическом блоке. По меньшей мере, одна электронная цепь обработки данных выполнена с возможностью управления выходным валом двигателя внутреннего сгорания в зависимости от выходного сигнала от датчика давления.
Изобретение в другой форме направлено на создание способа управления работой рабочей машины, содержащей двигатель внутреннего сгорания, имеющий выходной вал и бесступенчатую трансмиссию, соединенную с выходным валом двигателя внутреннего сгорания. Бесступенчатая трансмиссия содержит гидравлический блок и блок механического привода ведущих колес. Способ включает в себя этапы, на которых: устанавливают предельное значение крутящего момента, связанного с бесступенчатой трансмиссией; измеряют гидравлическое давление в гидравлическом блоке; управляют выходным валом двигателя внутреннего сгорания в зависимости от измеренного гидравлического давления и предельного значения крутящего момента.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематичный вид варианта осуществления рабочей машины согласно настоящему изобретению; и
Фиг.2 представляет собой блок-схему последовательности операций способа управления работой рабочей машины согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
На Фиг.1 схематично показан вариант осуществления рабочей машины 10 согласно настоящему изобретению. Рабочая машина может представлять собой автогрейдер или строительную машину, такую как фронтальный погрузчик John Deere 644J, или машину другого типа, такую как сельскохозяйственная, лесная или горнодобывающая рабочая машина. Рабочая машина 10 содержит ДВС 12, соединенный с бесступенчатой трансмиссией 14 обычно через выходной коленчатый вал 16 ДВС 12. ДВС 12 в показанном варианте осуществления представляет собой дизельный двигатель, но также может быть бензиновым двигателем, двигателем, работающим на пропане и т.п. ДВС 12 подбирается по размеру и конфигурируется согласно практическому применению. Бесступенчатая трансмиссия, в общем, содержит гидравлический блок 18 и блок 20 механического привода ведущих колес. В показанном варианте осуществления бесступенчатая трансмиссия 14 представляет собой гидромеханическую трансмиссию, но также может являться гидростатической трансмиссией или другим типом бесступенчатой трансмиссии. Бесступенчатая трансмиссия 14 может быть обычной, и поэтому подробно не описана. Бесступенчатая трансмиссия 14 имеет выходной вал, соединенный, по меньшей мере, с одной другой составной частью находящегося ниже по потоку блока 22 механического привода ведущих колес, который, в свою очередь соединен с множеством ведущих колес 24, одно из которых показано на фиг.1. Конечно, следует понимать, что в случае гусеничной рабочей машины, составная часть 22 блока механического привода ведущих колес может соединяться с зацепляющей землю гусеницей.
Бесступенчатая трансмиссия 14 также обеспечивает выходную мощность на одну или более внешних нагрузок 26, что, в свою очередь, создает дополнительную нагрузку на ДВС 12. Внешние нагрузки 26 обычно имеют форму нагрузок на гидравлическую систему, такую как рабочий орган фронтального погрузчика, рукоять экскаватора с обратной лопатой, зерноразгрузочный шнек, мотор пилы для валки деревьев и т.п. Таким образом, общая нагрузка на ДВС 12 является функцией как тяговых нагрузок, так и внешних нагрузок на гидравлическую систему.
Электрическая цепь 28 обработки данных выполнена в виде одного или более контроллеров. В показанном варианте осуществления контроллер 28 включает в себя блок 30 управления двигателем, осуществляющий электронное управление работой ДВС 12 и соединенный с множеством датчиков (специально не показаны), связанных с управлением работой ДВС 12. Например, блок 30 управления двигателем может соединяться с датчиком, показывающим параметры управления двигателем, такие как расход воздуха в одном или более входных коллекторах, скорость вращения коленчатого вала двигателя, скорость подачи топлива и/или синхронизация, рециркуляция отработавшего газа, положение лопаток турбонагнетателя и т.п. Кроме того, блок 30 управления двигателем может принимать выходные сигналы от блока 32 управления транспортного средства, отображающего параметры управления транспортного средства, введенные оператором, такие как заданная путевая скорость (указываемая положением акселератора или рычажка гидростата) или заданное направление движения рабочей машины 10 (указываемое углом поворота рулевого колеса).
Аналогично, блок 34 управления трансмиссией осуществляет электронное управление работой бесступенчатой трансмиссии 14 и соединен с множеством датчиков, связанных с управлением работой бесступенчатой трансмиссии 14. Блок 30 управления двигателем и блок 34 управления трансмиссией соединены вместе шиной, обеспечивающей передачу данных в двух направлениях, такой как шина 36 передачи данных сети локальных контроллеров.
Датчик 38 давления сообщается с гидравлическим блоком 18, предпочтительно сообщается с контуром давления вблизи фиксированного гидростатического блока. Датчик 38 давления подает выходной сигнал на блок 34 управления трансмиссией, представляющий гидравлическое давление в гидравлическом блоке 18. Датчик 38 давления может быть обычным и выбирается для конкретного практического применения.
Устройство 40 регулирования подводимого крутящего момента обеспечивает оператору возможность регулирования крутящего момента от бесступенчатой трансмиссии 14, который регулируется, по меньшей мере, частично через регулирование выходного крутящего момента от ДВС 12. В показанном варианте осуществления устройство 40 регулирования подводимого крутящего момента выполнено в виде вращаемого диска регулирования крутящего момента, расположенного на пульте управления оператора. Диск 40 регулирования крутящего момента может иметь видимые линии, цифры, рисунки и т.п. в пределах установки минимального крутящего момента и установки максимального крутящего момента. В качестве альтернативы, устройство 40 регулирования подводимого крутящего момента может быть выполнено в виде электронного сенсорного экрана или множества других конфигураций.
Хотя различные электронные составные части, такие как блок 30 управления двигателем, блок 32 управления транспортного средства и блок 34 управления трансмиссией, показаны соединенными вместе с использованием проводных соединений, следует также понимать, что для некоторых случаев практического применения может использоваться беспроводное соединение. Кроме того, некоторые из электронных и гидравлических соединений в составных частях, показанных на фиг.1, не показаны для упрощения.
Далее со ссылкой на фиг.2 будет описан более подробно вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению для управления работой рабочей машины 10. Блок-схема последовательности операций способа, показанная на фиг.2, включает многие условия работы, за исключением того, когда ДВС 12 работает на холостом ходу или вблизи него, в таком случае выход мощности от ДВС 12 не ограничивается.
Предельное значение крутящего момента от выходного вала бесступенчатой трансмиссии 14 первоначально устанавливается с использованием диска 40 регулирования крутящего момента (блок 50). Установка рукоятки регулятора соответствует необходимому крутящему моменту на выходном валу бесступенчатой трансмиссии 14. Менее энергичные установки предотвращают проскальзывание колес в некоторых грунтовых условиях, а более энергичные установки увеличивают максимальный требуемый крутящий момент. Поворот рукоятки к менее энергичной установке фактически ограничивает давление, имеющееся в фиксированном гидростатическом блоке, напрямую соединенном с солнечной шестерней планетарной передачи.
Во время работы гидравлическое давление в гидравлическом блоке 18 измеряется с использованием датчика 38 давления (блок 52). Выходной сигнал от датчика 38 давления выводится на блок 34 управления трансмиссией, который, в свою очередь, выводит сигнал на блок 30 управления двигателем. Блок 30 управления двигателем регулирует мощность на выходном валу ДВС 12, в зависимости, как от измеренного давления, так и от установленного предельного значения крутящего момента (блок 54). Датчик 38 давления является очень точным и очень чувствительным, тем самым обеспечивая возможность более точной и своевременной регулировки ограничения крутящего момента на выходном валу бесступенчатой трансмиссии 14. Когда измеренное давление достигает предела расчетного требуемого предельного значения крутящего момента, уменьшается скорость подачи топлива на ДВС 12, для уменьшения в свою очередь крутящего момента подводимого к бесступенчатой трансмиссии 14, для ограничения тем самым крутящего момента на выходном валу бесступенчатой трансмиссии 14.
Способ управления работой согласно настоящему изобретению может также включать динамические нагрузки во время работы (блок 56 принятия решения). Если определяется динамическая нагрузка, такая, как внешняя гидравлическая нагрузка, выполняется запрос, находится ли ДВС 12 в режиме максимального крутящего момента на выходном валу (блок 58 принятия решения). Если ДВС 12 уже работает в режиме максимального крутящего момента на выходном валу для данной скорости вращения коленчатого вала двигателя, то дополнительно невозможно увеличить крутящий момент на выходном валу ДВС 12, так что вместо этого увеличивается передаточное отношение ввод/вывод (I/O) бесступенчатой трансмиссии 14. С другой стороны, если ДВС 12 не работает с максимальным крутящим моментом на выходном валу для данной скорости вращения коленчатого вала двигателя, тогда увеличивается крутящий момент на выходном валу ДВС 12 для соответствия динамической нагрузке (блок 62).
В случае неопределения динамической нагрузки, или когда динамическая нагрузка проходит (линия 64), способ продолжается до выключения ДВС 12 (блок 66 принятия решения). В то время как ДВС 12 продолжает работать, регулирование возвращается к началу цикла в блок 50, где устанавливается новое или старое предельное значение крутящего момента.
С описанным выше способом согласно настоящему изобретению ограничение подводимого от ДВС 12 крутящего момента, основанное на показаниях датчика 38 давления, является чрезвычайно точным посредством регулирования максимального выходного крутящего момента бесступенчатой трансмиссии 14, тем самым регулируя силу тяги для соответствия требованиям оператора при текущих условиях, а показатели работы увеличиваются до максимума.
После описания предпочтительного варианта осуществления становится очевидным, что могут быть выполнены различные изменения, не выходящие за рамки объема, определенного прилагаемой формулой изобретения.