TWO-LINE HYDROMECHANICAL TRANSMISSION
ДВУХПОТОЧНАЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в гидромеханических трансмиссиях самоходных машин, таких как промышленные тракторы, погрузчики, трубоукладчики.
Известна гидромеханическая передача, содержащая планетарный механизм, одно звено которого связано с турбинным колесом гидротрансформатора и ведущим валом коробки передач, а другое звено через элемент управления связано с насосным колесом гидротрансформатора и ведущим валом трансмиссии, третье звено планетарного механизма соединено с выходным валом коробки передач (авторское свидетельство СССР №640874, кл. В60К 17/10, 1976 год). Недостатком данной передачи является то, что планетарный механизм и элемент управления размещены в полости между вращающимся кожухом и турбинным колесом, которая сообщается с кругом циркуляции гидротрансформатора и находится под действием давления подпитки. Вращающиеся в рабочей жидкости детали планетарного механизма перемешивают и нагревают рабочую жидкость, снижая КПД передачи.
Известна двухпоточная гидромеханическая передача (патент США № US8608604B1, кл. F16H 47/08, 2012 год), содержащая корпус, трехэлементный гидротрансформатор с системой подпитки и охлаждения; фрикцион блокировки с гидравлической системой и каналами управления, соединяющий, при его включении, турбинное колесо с валом двигателя; планетарный механизм с солнечной шестерней, эпициклическую шестерню, соединенную с турбинным колесом и водило соединенное с выходным валом; реактор, каналы системы смазки. Данная двухпоточная гидромеханическая передача обеспечивает возможность движения самоходной машины, но обладает существенными недостатками.
1. Фрикцион блокировки расположен в полости между вращающимся кожухом и турбинным колесом, которая сообщается с кругом циркуляции и находится под действием давления подпитки. Давление подпитки воздействуют на поршень фрикциона блокировки с обратной стороны, снижая усилие включения, что повышает давление управления и усложняет, алгоритм управления фрикционом блокировки. Кроме того давление подпитки меняется в зависимости от частоты вращения вала двигателя и насоса системы подпитки.
2. Корпус выполнен без передней стенки. Каналы управления фрикционом блокировки размещены в задней стенке корпуса, что усложняет конструкцию каналов подвода рабочей жидкости для управления фрикционом блокировки. Масло подводится через три вращающихся маслоподвода, которые уплотняются кольцами, имеющими ограниченный ресурс. Первое уплотнение при переходе с задней стенки корпуса на выходной вал, второе уплотнение при переходе с выходного вала на вал турбины, третье уплотнение при переходе с вала турбины на вращающийся кожух.
3. Реактор установлен жестко на корпусе или (вариант) на муфте свободного хода. В первом случае снижается коэффициент полезного действия, а во втором случае - усложняется технология изготовления, детали муфты свободного хода сложны в изготовлении и их ресурс ограничен. Невозможно управлять включением/выключением реактора, например, для использования в качестве тормоза-замедлителя.
В основу изобретения положена задача - создать устройство, обеспечивающее получение следующих результатов: снижение давления управления и упрощение процесса управления фрикционом блокировки, возможность управления реактором, упрощение технологии изготовления деталей и конструкции, увеличение ресурса. Для решения поставленной задачи в известном устройстве, содержащем корпус; трехэлементный гидротрансформатор с системой подпитки и охлаждения; фрикцион блокировки с гидравлической системой и каналами управления, соединяющий, при его включении, турбинное колесо с валом двигателя; планетарный механизм, солнечная шестерня которого соединена с валом двигателя, эпициклическая шестерня соединена с турбинным колесом и водило соединено с выходным валом; реактор; каналы системы смазки;
корпус содержит переднюю стенку, в которой предусмотрены гидравлические каналы управления фрикционом блокировки и смазки дисков фрикциона блокировки и деталей планетарного механизма;
входной вал жестко соединен с барабаном, насосным колесом и как единое целое установлен на опорах в передней и задней стенке корпуса;
на входном валу установлены солнечная шестерня и уплотнительные кольца, предусмотрены каналы управления фрикционом блокировки и смазки дисков фрикциона блокировки и деталей планетарного механизма;
на барабане, рядом с турбинным колесом, жестко закреплен вращающийся кожух с образованием полости со стороны турбинного колеса сообщающегося с кругом циркуляции, полости со стороны барабана, сообщающей через отверстия в барабане с картером;
в полости между барабаном и вращающимся кожухом в барабане размещен фрикцион блокировки, а между фрикционом блокировки и вращающимся кожухом размещен планетарный механизм;
турбинное колесо с эпициклической шестерней и с ведомыми дисками фрикциона блокировки соединено через полый вал, установленный на вращающемся кожухе с уплотнением;
тормоз реактора закреплен на задней стенке корпуса;
реактор, при помощи полого вала, соединен с вращающимися дисками тормоза реактора, полый вал реактора установлен на выходном валу и задней стенке корпуса;
выходной вал соединен с водилом и установлен на входном валу и на валу реактора.
В результате использования предложенных изменений в устройстве снижается давление управления и упрощается алгоритм управления фрикционом блокировки, появляется возможность управлять реактором, упрощается конструкция, упрощается технология изготовления деталей, увеличивается ресурс.
Изготовлен опытный образец. Проведены испытания на стенде и на тракторе.
На фиг. 1 приведена схема двухпоточной гидромеханической передачи. На фиг. 2 показан разрез возможной конструкции двухпоточной гидромеханической передачи.
Двухпоточная гидромеханическая передача содержит (см. фиг. 1) корпус 1 с передней 2 и с задней 3 стенками, трехэлементный гидротрансформатор 4 с реактором 5, насосным колесом 6, турбинным колесом 7; фрикцион блокировки гидротрансформатора 8 с поршнем 9, пакетом ведущих и ведомых дисков 10, упорным диском 11; планетарный механизм 12 состоящий из водила 13, солнечной шестерни 14, сателлитов 15, эпициклической шестерни 16; тормоза реактора 17 с поршнем 18, пакетом тормозных и вращающихся дисков 19, упорного диска 20. Входной вал 21 одновременно соединен с солнечной шестерней 14 и через барабан 22 с насосным колесом 6. Вращающийся кожух 23 соединен с барабаном 22 и образует полости А справа и полость Б слева. Полость А сообщается с кругом циркуляции гидротрансформатора 4 и находится под действием давлением подпитки Рп, а полость Б через отверстие 24 на вращающемся корпусе 22 сообщается с картером корпуса 1 (не показан), давление в этой полости близко к атмосферному. В полости Б размещены фрикцион блокировки 8 и планетарный механизм 12. В барабане 22 установлены поршень 9, пакет дисков 10 и упорный диск 11 фрикциона блокировки 8. Между фрикционом блокировки 8 и вращающимся кожухом 23 размещен планетарный механизм 12. Турбинное колесо 7 через полый вал 25 одновременно соединено с эпициклической шестерней 16 и с ведомыми дисками пакета дисков 10 фрикциона блокировки 8. Реактор 5 через полый вал 26 соединен с вращающимися дисками тормозом реактора 17, который закреплен на задней стенке корпуса 1. Водило 13 соединено с выходным валом 27. Для блокирования гидротрансформатора используется давление (Ру), создаваемой системой управления. В круге циркуляции гидротрансформатора 4 поддерживается давление подпитки (Рп). Входной вал 21, барабан 22 и насосное колесо 6 вместе, как единое целое, на подшипниках 28 и 29 установлен на передней 2 и задней 3 стенке корпуса 1 соответственно. Турбинное колесо 7 на подшипнике 30 с уплотнением установлено на вращающийся кожух 23. Реактор 5 вместе с полым валом 26 на подшипнике 31 закреплен на выходном валу 27 и на подшипнике 32 на задней стенке 3 корпуса 1. Выходной вал 27 вместе с водилом 13 на подшипнике 33 установлен на входном валу 21 и на подшипнике 34 на полом валу реактора 26.
На фиг. 2 приведен разрез возможной конструкции двухпоточной гидромеханической передачи. Номера позиций на фиг. 2 соответствуют номерам позиций на фиг. 1. На фиг. 2 дополнительно в передней стенке 2 корпуса 1 показаны каналы подвода масла 35, 36 и вращающиеся уплотнения 39 для подвода рабочей жидкости к фрикциону блокировки 8. По каналам 35, и 37 рабочая жидкость под давлением Ру подводится для управления фрикционом блокировки 8, а по каналам 36 и 38 - для смазки пакета дисков 10 и деталей планетарного механизма 12. На фиг. 2 также приведены элементы редуктора привода насосов 41, насос 40 и полость В картера. Элементы редуктора привода насосов и насосы установлены на передней стенке 2 корпуса 1.
Двухпоточная гидромеханическая передача работает следующим образом.
В исходном состоянии фрикцион блокировки 8 и тормоз реактора 17 выключены, давление в круге циркуляции гидротрансформатора 4 близко к атмосферному, входной вал 21, соединенный с валом двигателя и выходной вал, соединенный с входным валом коробки передач не вращаются.
Управление фрикционом блокировки 8 и тормозом реактора 17 производится электрогидравлическими клапанами в соответствии с программой управления. Предусмотрены режимы работы трактора «с блокировкой ГТР» и «без блокировки ГТР», которые предназначены для использования на разных видах работ и при разной подаче топлива. В режиме работы «без блокировки» фрикцион блокировки 8 выключен, тормоз реактора 17 во время разгона и наличии нагрузки включен. При снижении нагрузки (передаточное отношение более 0,86) тормоз выключен. В режиме работы «с блокировкой» разгон осуществляется без блокировки, блокировка производится после разгона в зависимости от нагрузки. При небольших нагрузках гидротрансформатор блокируется, при увеличении нагрузки - производится разблокирование. При блокировании фрикцион блокировки 8 включен, тормоз реактора 17 выключен. В нейтральном положении рычага управления коробкой передач гидротрансформатор 4 разблокирован, тормоз реактора 17 включен.
После пуска двигателя насос системы подпитки подает масло в круг циркуляции, давление в полости А и давление в круге циркуляции равны Рп, рабочая жидкость появляется также в каналах системы смазки. Производительность насоса системы подпитки зависит от частоты вращения вала двигателя. Изменение расхода рабочей жидкости, из-за сопротивления трассы, приводит к изменению давления подпитки Рп. Входной вал 21 вместе с барабаном 22, фрикционом блокировки 8, вращающимся кожухом 23, насосным колесом 6, солнечной шестерней 14 начинают вращаться. Выходной вал 27 и водило 13, соединены с входным валом коробки передач, а коробка передач выключена, поэтому входной вал 21 вращается свободно, без нагрузки. Гидротрансформатор переходит в режим гидромуфты. При этом тормоз реактора выключен, реактор вращается свободно. Скорости вращения ведущих и ведомых детали и узлов близки. По каналам 36 и 38, которые уплотнены кольцами 39, из системы смазки масло поступает на смазку пакета фрикционных дисков 10 фрикциона блокировки 8, деталей планетарного механизма 12 и сливается через отверстие 24 в полость картера В. Давление в полости Б близко к атмосферному. Соответственно на поршень 9 рабочая жидкость со стороны планетарного механизма воздействия не оказывает. Шестерни планетарного механизма 12 вращаются свободно, не создавая потери мощности на барботаж рабочей жидкости.
В соответствии с алгоритмом управления разгон трактора всегда производится без блокировки гидротрансформатора. Перед началом движения трактора, передача включена, выходной вал 27 не вращается. В этом случае турбинный вал 7 вместе с эпициклической шестерней 16 вращаются в противоположную, по отношению к входному валу 21, сторону (режим противовращения). Реактор 5 включен.
При выборе режима «без блокировки гидротрансформатора» входной вал 21 вместе с барабаном 22, фрикционом блокировки 8, вращающимся кожухом 23, насосным колесом 6, солнечной шестерней 14 вращаются. Поток мощности от двигателя делится на два потока и передается через насосное колесо 6 и солнечную шестерню 14. Реактор в ходе разгона не вращается, включен тормоз реактора. Выходной вал и водило, в зависимости от нагрузки и подачи топлива, вращаются с разной частотой. После разгона, если нагрузка минимальная и передаточное отношение (отношение скорости выходного вала 27 к скорости входного вала 21) не менее 0,86, тормоз реактора выключается.
При выборе режима «с блокировкой гидротрансформатора» после разгона и небольшой нагрузке фрикцион блокировки включается, тормоз реактора выключается, входной вал 21 вместе с барабаном 22, фрикционом блокировки 8, вращающимся кожухом 23, насосным колесом 6, турбинным колесом 7, солнечной шестерней 14, водило 13, выходным валом 27 вращаются с одинаковой скоростью. Тормоз реактора 17 выключен, реактор в свободном состоянии. При увеличении нагрузки и снижении скорости вращения выходного вала 27 ниже заданного значения, фрикцион блокировки выключается, тормоз реактора включается.
Для использования реактора в качестве тормоза-замедлителя необходимо включить фрикцион блокировки и тормоз реактора одновременно.
В результате использования предложенных изменений в устройстве снижается давление управления, упрощается процесс управления фрикционом блокировки, появляется возможность управления реактором в качестве тормоза-замедлителя, упрощается технология изготовления и конструкция, увеличивается ресурс.
Устройство изготовлено, проведены стендовые испытания и функциональные испытания на тракторе.