МЕХАНИЗМ БЕССТУПЕНЧАТОГО ПОВОРОТА ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для управления поворотом транспортных средств с помощью дифференциального и гидравлического приводов движителей, расположенных на противоположных сторонах транспортного средства. Преимущественной областью применения являются транспортные и тяговые машины.
В настоящее время механизмы бесступенчатого поворота получили широкое применение на зарубежных гусеничных тракторах John Deere, Caterpillar и других, а также на боевых гусеничных машинах.
Известные механизмы бесступенчатого поворота выполнены по различным схемам.
Наиболее широкое распространение получили механизмы, которые условно можно назвать «с дифференциалами на выходе». В них ведущие элементы движителей приводятся от выходных валов одинаковых планетарных механизмов, а входные валы планетарных дифференциалов служат для подвода силового и управляющего потоков мощности, причем валы силового потока вращаются синхронно, а валы управляющего потока связаны между собой кинематической цепью с передаточным числом - 1. При прямолинейном движении они неподвижны и нагружены реактивным моментом, а для осуществления поворота от вспомогательного привода разнонаправленное вращение, в результате чего выходной вал одного дифференциала ускоряется, а другого замедляется. Так выполнен механизм поворота шасси МТ-С. (В.Ф.Платонов и др. «Гусеничные и колесные транспортно-тяговые машины», М. Машиностроение, 1986 г. Стр.149, рис.52)
Фирма Caterpillar на своих тракторах применила другую схему механизма бесступенчатого поворота, которую условно можно назвать «с дифференциалом на входе». Эта схема состоит из силового контура, включающего ведущую и ведомую шестерни главной передачи, несимметричный силовой дифференциал, промежуточный вал и согласующий планетарный редуктор, и системы управления, включающей гидромотор, шестерни привода управляющего дифференциала, управляющий дифференциал, а также полуоси. Ведомая шестерня главной передачи соединена с водилом силового дифференциала. Эпицикл силового дифференциала соединен с водилом управляющего дифференциала и левой полуосью. Промежуточный вал соединяет солнечные шестерни всех трех планетарных механизмов. Правая полуось соединена с водилом согласующего планетарного редуктора, эпицикл которого закреплен на неподвижном корпусе.
(Материалы фирмы Caterpillar «SENR 4242», являющиеся составной частью руководства по эксплуатации трактора «Challenger 65»).
В этом механизме силовой поток через ведущую и ведомую шестерни главной передачи поступает на водило несимметричного силового дифференциала и далее через сателлиты на эпицикл и солнечную шестерню. Отношение крутящих моментов, создаваемых сателлитами на эпицикле и солнечной шестерне равно Кс - отношению зубьев эпицикла и солнечной шестерни. Поскольку при прямолинейном движении мощности, передаваемые к левому и правому борту должны быть одинаковы, такое же отношение должна иметь частота вращения солнечной шестерни к частоте вращения эпицикла. Согласующий редуктор служит для синхронизации частот вращения полуосей при прямолинейном движении.
Транспорное средство должно иметь равную возможность поворота влево и вправо, поэтому при прямолинейном движении вал гидромотора, шестерни и эпицикл должны быть неподвижны. При отношении частоты вращения солнечной шестерни силового дифференциала, а вместе с ней промежуточного вала и остальных солнечных шестерен к частоте вращения эпицикла силового дифференциала, а вместе с ним водила управляющего дифференциала и полуоси, равном Кс это требование может быть выполнено при отношении чисел зубьев эпицикла и солнечной шестерни управляющего дифференциала Ку=Кс-1.
Для осуществления поворота забегающая гусеница должна иметь_, по отношению к отстающей большую скорость и большую тягу для преодоления момента сопротивления повороту. Вращение вала гидромотора вызывает вращение шестерен и эпицикла управляющего дифференциала, в результате чего происходит разнонаправленное изменение частоты вращения водила и солнечной шестерни, т.е. связанных с ними кинематически, соответственно левой и правой полуосей.
Рассмотенные конструкции механизмов поворота имеют недостаток - при прямолинейном движении транспортного средства силовой поток вынужден дополнительно проходить через одно или два зубчатых зацепления, что неизбежно ведет к определенным потерям мощности и снижению эффективности работы механизма.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению и взятым в качестве прототипа является механизм бесступенчатого поворота транспортной машины, содержащий корпус, главную передачу с ведущей и ведомой шестернями, симметричный силовой дифференциал, кинематически связанный с ведомой шестерней главной передачи, и содержащий по меньшей мере пару находящихся в зацеплении цилиндрических сателлитов, установленных с возможностью вращения вокруг своих осей, параллельных оси вращения дифференциала, и систему управления поворотом, включающую гидромотор и управляющий планетарный дифференциал, кинематически связанный с гидромотором, а также содержащий полуоси левого и правого движителей.
При этом эпицикл симметричного силового дифференциала жестко соединен с ведомой шестерней главной передачи, водило с парными сателлитами связано с одной полуосью, а солнечная /полуосевая/ шестерня связана с другой полуосью.
У управляющего дифференциала и опорного редуктора солнечные шестерни жестко соединены между собой, одно из водил кинематически связано с гидромотором, а другое водило жестко соединено с корпусом механизма поворота, один из эпициклов соединен с полуосью, связанной с солнечной шестерней силового симметричного дифференциала, а другой эпицикл соединен с водилом силового симметричного дифференциала и через него с другой полуосью./ Свидетельство РФ на полезную модель №25483, B62D 11/02, 11/10, 11/18, с приоритетом от 25.12.2002 г./
Эта известная конструкция механизма бесступенчатого поворота позволяет избежать потерь мощности за счет кинематики при прямолинейном движении транспортного средства, хотя является достаточно сложной, поскольку содержит два дифференциала: силовой симметричный и управляющий дифференциалы и гидромотор, кинематически связанный с управляющим дифференциалом.
Задача предлагаемого технического решения состоит в упрощении конструкции механизма бесступенчатого поворота, путем совмещения в одном механизме силового симметричного дифференциала функций дифференциала и гидромотора.
Для решения поставленной задачи с достижением предлагаемого технического результата в известном механизме бесступенчатого поворота транспортной машины, включающем главную передачу, соединенный с ее ведомой шестерней симметричный силовой дифференциал, содержащий по меньшей мере одну пару находящихся в зацеплении цилиндрических сателлитов, установленных с возможностью вращения вокруг осей, параллельных оси вращения дифференциала, и систему управления поворотом, включающую гидромотор, кинематически связанный с полуосями левого и правого движителей, согласно первому варианту исполнения предлагаемой полезной модели, водило силового дифференциала выполнено составным из центральной секции и примыкающих к ней с обеих сторон, симметрично расположенных и жестко соединенных с ней гидрораспределительных и опорных секций, ведомая шестерня главной передачи соединена с одной из опорных секций водила, каждый сателлит выполнен в виде вала с двумя шестернями разного диаметра, из которых шестерня большего диаметра находится в зацеплении с шестерней большего диаметра парного сателлита с образованием отдельного гидромотора, размещенного внутри центральной секции водила, кинематическая связь каждого гидромотора с полуосями обоих движителей выполнена посредством двух полуосевых шестерен, каждая из которых находится в зацеплении с шестерней меньшего диаметра парных сателлитов, а гидрораспределительные и опорные секции водила снабжены каналами для подвода и отвода масла к каждому гидромотору.
Каждый сателлит может быть выполнен составным, состоящим из шестерни меньшего диаметра, выполненной заодно с валом, и шестерни большего диаметра, установленной на шлицах.
По второму варианту исполнения в известном механизме бесступенчатого поворота транспортной машины, включающем главную передачу, соединенный с ее ведомой шестерней симметричный силовой дифференциал, содержащий
находящиеся в зацеплении цилиндрические сателлиты, установленные с возможностью вращения вокруг осей, параллельных оси вращения дифференциала, и систему управления поворотом, включающую гидромотор, кинематически связанный с полуосями левого и правого движителей, согласно предлагаемой полезной модели, водило силового дифференциала выполнено составным из центральной секции, и примыкающих к ней с обеих сторон, и жестко соединенных с ней гидрораспределительных и опорных секций, ведомая шестерня главной передачи соединена с одной из опорных секций водила, каждый сателлит выполнен в виде вала с двумя шестернями разного диаметра, из которых шестерня большего диаметра находится в зацеплении с шестернями большего диаметра обоих смежных сателлитов с образованием единого гидромотора, размещенного внутри центральной секции, состоящей из внешнего кольца, охватывающего снаружи все находящиеся в зацеплении шестерни сателлитов с большим диаметром, и соосного с кольцом внутреннего вкладыша, кинематическая связь гидромотора с полуосями обоих движителей выполнена посредством двух полуосевых шестерен, каждая из которых находится в зацеплении с шестерней меньшего диаметра смежных сателитов, а гидрораспределительные и опорные секции водила снабжены каналами для подвода и отвода масла к гидромотору.
Каждый сателлит может быть выполнен составным, состоящим из шестерни меньшего диаметра, выполненной заодно с валом, и шестерни большего диаметра, установленной на шлицах.
Сущность предлагаемого решения поясняется графически.
На фиг.1 показана схема предлагаемого механизма поворота.
На фиг.2 показано продольное сечение составного водила предлагамого механизма поворота.
На фиг.3 показано продольное сечение составного водила предлагаемого механизма поворота через масляные каналы.
На фиг.4 показано поперечное сечение механизма по первому варианту исполнения.
На фиг.5 показано поперечное сечение механизма по второму варианту исполнения.
На фиг.6 показан вид на центральную секцию водила при выполнении механизма поворота по первому варианту исполнения.
На фиг.7 показан вид на центральную секцию водила при выполнении механизма поворота по второму варианту исполнения.
На фиг.8 показан вид на опорную секцию водила по первому варианту исполнения.
На фиг.9 показан составной сателлит.
Предлагаемый механизм бесступенчатого поворота по первому варианту исполнения содержит главную передачу, включающую ведущую 1 и ведомую 2 шестерни, и соединенный с последней симметричный силовой дифференциал 3, содержащий по меньшей мере одну пару цилиндрических сателлитов, находящихся в зацеплении между собой и установленных с возможностью вращения
вокруг своих осей 4 - для одного сателлита и 5 - для другого сателлита и вокруг оси вращения 6 дифференциала 3, причем оси 4, 5 и ось 6 выполнены параллельными.
Механизм поворота содержит также систему управления поворотом, включающую гидромотор, кинематически связанный с полуосями 7 левого и 8 правого движителей /не показаны/ посредством полуосевых шестерен 9 и 10, соответственно.
Водило силового дифференциала 3 выполнено составным из центральной секции 11 и примыкающих к ней с двух сторон, симметрично относительно нее расположенных, гидрораспределительных секций 12, 13, и опорных секций 14, 15, последовательно соединенных с центральной и с каждой гидрораспределительной секцией соответственно. Все секции жестко соединены между собой и жестко соединены с центральной секцией 11. Плоскости разъема всех секций выполнены перпендикулярно оси 6 вращения дифференциала 3. Ведомая шестерня 2 главной передачи соединена с одной из опорных секций 15 водила посредством шлицев 16..
Каждый парный сателлит выполнен с двумя шестернями разного диаметра, причем в парном зацеплении находятся шестерни 17 и 18 большего диаметра, одна из которых размещена на валу 19, а другая - на валу 20 соответственно.
Кинематическая связь каждого гидромотора с полуосями 7 и 8 обоих движителей выполнена посредством двух полуосевых шестерен 9 и 10 соответственно, для чего полуосевая шестерня 9 находится в зацеплении с шестерней 21 меньшего диаметра одного из парных сателитов, а полуосевая шестерня 10 находится в зацеплении с шестерней 22 меньшего диаметра другого парного сателлита.
Гидромотор 23 образован каждой парой находящихся в зацеплении шестерен 17 и 18 сателлитов с большим диаметром и размещен внутри центральной секции 11 водила, являющейся корпусом всех гидромоторов, образованных отдельными парами сателлитов. Для размещения внутри центральной секции 11 отдельных пар сателлитов, находящихся в парном зацеплениями своими большими шестернями 17 и 18 внутри центральной секции 11 выполнены полости 24, предназначенные для размещения каждой пары парных шестерен 17 и 18 большего диаметра с минимальным зазором между зубьями этих шестерен и поверхностью полости 24 соответственно для каждой пары. Полости 24 каждой пары сателлитов, размещенные внутри центральной секции 11 водила и образующие отдельный гидромотор, отделены одна от другой. Число гидромоторов внутри центральной секции 11 соответствует количеству пар смежных сателлитов.
Гидрораспределительные секции 12, 13 и опорные секции 14, 15 водила снабжены каналами 25 и 26 для подвода и отвода масла к каждому гидромотору соответственно, а также масляными каналами 27, сообщающими каждую пару прилегающих одна к другой гидрораспределительных 12 или 13 и опорных 14 или 15 секций соответственно. Обе опорные секции 15, 16 водила предназначены для установки подшипников 28 дифференциала 3, в которых вращается водило. Кроме того каждая гидрораспределительная секция выполнен с отверстием 29, а каждая опорная секция - с отверстием 30. Отверстия 29 и 30 служат для установки подшипников, на которые опираются цапфы сателлитов.
Каждый сателлит может быть выполнен составным, состоящим из шестерни 21 или 22 меньшего диаметра, выполненной заодно с валом 19 и 20 соответственно, и шестерни 17 или 18 большего диаметра, установленной на шлицах 31 или 32 каждого вала соответственно. Вал каждого сателлита с одного торца установлен в подшипнике 33, размещенном внутри опорной секции 15, а с другого торца установлен в подшипнике 34, размещенным внутри гидрораспределительной секции 13, выполненной с противоположной стороны от центральной секции 11.
В соответствии со вторым вариантом исполнения предлагаемого механизма поворота транспортной машины водило силового дифференциала выполнено также составным, состоящим из центральной секции 11 и примыкающих к ней с двух сторон и симметрично относительно нее расположенных гидрораспределительных секций 12, 13, и последовательно с ними соединенных опорных секций 14, 15. Все секции жестко соединены между собой и жестко соединены с центральной секцией 11. Плоскости разъема всех секций выполнены перпендикулярно оси 6 вращения дифференциала 3.
Центральная секция 11 состоит из внешнего кольца 35, охватывающего снаружи все находящиеся в зацеплении шестерни 17 и 18 сателлитов с большим диаметром и соосного с кольцом 35 внутреннего вкладыша 36.
Ведомая шестерня 2 главной передачи также соединена с одной из опорных секций 15 водила.
Каждый сателлит выполнен в виде вала с двумя шестернями разного диаметра, из которых каждая шестерня 17 большего диаметра находится в зацеплении с шестернями 18 и 37 большего диаметра обоих смежных сателлитов с образованием единого гидромотора 23, размещенного внутри центральной секции 11.
Находящиеся в зацеплении между собой шестерни большего диаметра образуют при этом замкнутый круг.
Кинематическая связь гидромотора 23 с полуосями 7 и 8 обоих движителей выполнена посредством двух полуосевых шестерен 9 и 10 соответственно, каждая из которых находится в зацеплении с шестерней 21 и 22 меньшего диаметра парных сателитов соответственно.
Гидрораспределительные секции 12, 13 и опорные секции 14, 15 водила снабжены каналами 25 и 26 для подвода и отвода масла к
гидромотору, а также масляными каналами 27, сообщающими каждую пару прилегающих одна к другой гидрораспределительных 12 или 13 и опорных 14 или 15 секций соответственно. Обе опорные секции 15, 16 водила предназначены для установки подшипников 28 дифференциала, в которых вращается водило.
Кроме того каждая гидрораспределительная секция выполнена с отверстиями 29, а каждая опорная секция - с отверстием 30. Отверстия 29 и 30 служат для установки подшипников, на которые опираются цапфы сателлитов.
Каждый сателлит может быть выполнен составным, состоящим из шестерни 21 или 22 меньшего диаметра, выполненной заодно с валом 19 и 20 соответственно, и шестерни 17 или 18 большего размера, установленной на шлицах 30 и 31 вала соответственно.
Работа предлагаемого механизма бесступенчатого поворота осуществляется при наличии одного симметричного силового дифференциала, внутри которого размещен по меньшей мере один гидромотор 23.
Водило установлено с возможностью вращения вокруг оси 6 дифференциала при движении транспортной машины. Все элементы дифференциала 3 неподвижны по отношению к водилу.
При прямолинейном движении транспортной машины шестерни 17 и 18 большего диаметра неподвижны по отношению к водилу, т.е. к неподвижны по отношению к жестко связанным между собой центральной секции 11, гидрораспределительным 12, 13 и опорным секциям 14, 15. Ведомая шестерня 2 главной передачи соединена с одной из опорных секций, например, 15.
Снабжение механизма поворота рабочей жидкостью, в качестве которой используется минеральное масло, осуществляется посредством насоса гидросистемы, снабженной регулируемым дросселем, гидрозамком и клапаном изменения направления потока жидкости /не показаны/. С помощью гидролиний через масляные каналы 25 и 26 опорной и гидрораспределительной секций масло под заданным давлением поступает внутрь центральной секции 11 - к шестерням 17 и 18 с большим диаметром отдельного гидромотора 23.
Работа механизма бесступенчатого поворота осуществляется следующим образом.
При прямолинейном движении сателлиты, полуосевые шестерни и полуоси неподвижны относительно водила и вращаются вместе с ним, как единое целое.
Крутящий момент, поступающий на водило от ведомой шестерни главной передачи, разделяется поровну между полуосями правого и левого движителей.
При необходимости изменить направление движения водитель воздействует на систему управления механизмом поворота, что приводит к поступлению масла к гидромотору по одной из двух гидролиний, соединяющих насос и гидромотор, в зависимости от направления поворота транспортной машины. Давление
масла, поступившего в гидромотор 23 будет подниматься до той величины, при которой гидромотор преодолеет сопротивление провороту одного сателлита по отношению к другому и к водилу. Вращение находящихся в зацеплении сателлитов относительно друг друга в разных направлениях ведет к тому, что находящиеся в зацеплении с ними полуосевые шестерни начинают вращаться относительно водила, причем одна из них опережает водило, а другая отстает от него. Разность угловых скоростей полуосей вызывает разность линейных скоростей движителей, что ведет к повороту транспортной машины.
Предлагаемый механизм поворота транспортной машины успешно прошел испытания и подготовлен к внедрению.
Применение предлагаемой полезной модели позволит существенно упростить конструкцию механизма поворота транспортной машины.