САМОБЛОКИРУЮЩИЙСЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛ КОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
SELF-LOCKING DIFFERENTIAL OF WHEELED TRANSPORT FACILITY

Изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано в колесных тракторах, автогрейдерах и автомобилях повышенной проходимости.
Известен самоблокирующийся дифференциал колесного транспортного средства
кр
min
min
min
min
[1], принцип автоматического управления блокировкой которого основан на сравнении соотношения угловых скоростей ведущих полуосей (бортов) с заданным (критическим) значением, равным α=R/r, где R и r - минимально возможные радиусы внешней и внутренней траектории, описываемой ведущими колесами при маневрировании машины.
Недостатком этого дифференциала является то, что он блокируется при снижении скорости движения машины, по причине буксования, примерно на 20%. При этом привод продолжает вращаться со скоростью, соответствующей скорости движения машины до начала буксования. По этой причине срабатывание блокировки сопровождается значительными динамическими нагрузками в трансмиссии.
кр
В настоящее время лучшим решением рассматриваемой проблемы может быть предлагаемый в работе [2] симметричный зубчатый дифференциал с автоматическим блокирующим устройством, исключающим появление вышеупомянутых динамических нагрузок. Достигается это тем, что алгоритм автоматического управления блокировкой основан на сравнении углового ускорения буксующего борта с критическим значением, которое соизмеримо со значениями ε ускорений при маневрировании, трогании с места, ускорении и замедлении движения машины. Это объясняется тем, что при буксовании борта из участия в переходных процессах выпадает масса всей машины в целом и значительная часть вращающихся частей трансмиссии и буксующих колес. В результате колеса буксующего борта вращаются с ускорением, превышающим ускорения, имеющие место при упомянутых ситуациях движения машины без буксования (3).
тр
б
тр
б
МАН
Исследования уравнений, описывающих предложенный алгоритм управления, показали, что ускорение колес буксующего борта превышает ускорение ε колес при отсутствии буксования в несколько (порой более чем на порядок) раз. При этом кратность ускорений ε/ε (и ε/ε) не зависит от абсолютных значений скорости движения машины.
Недостатком упомянутой конструкции дифференциала является их некомпактность. Они набираются из нескольких отдельных систем, в том числе и из электронных блоков (системы измерения скорости, системы преобразования скорости в сигнал ускорения, системы сравнения скоростей (ускорений) бортов, реле времени, системы формирования управляющего сигнала, воздействующего на исполнительный механизм (привод муфты блокировки) и пр.).
Задача изобретения - упрощение системы автоматической блокировки дифференциального привода и повышение его быстродействия.
Технический результат - снижение трудоемкости обслуживания системы управления, уменьшение динамических нагрузок на привод и трансмиссию, повышение надежности и долговечности машины. Это достигается тем, что в самоблокирующемся дифференциале колесного транспортного средства, содержащем дифференциальную передачу, центральные колеса которой соединены жестко с полуосями ведущих колес, и блокирующее устройство, включающее сервопривод, сцепную муфту, ведущая полумуфта которой жестко соединена с водилом, а ведомая установлена на шлицах одной из полуосей с возможностью осевого перемещения и кинематически связана с сервоприводом, и управляющий орган, содержащий датчики угловой скорости и схему измерения и сравнения, - управляющий орнан содержит гидронасосы, кинематически связанные с полуосями и гидравлически, через магистрали, с двусторонним гидроцилиндром, поршни которого соединены с подпружиненными штоками, которые связаны с управляющими цилиндрами, выполненными с возможностью поочередного перекрытия указанных магистралей. При этом неперекрытая магистраль сообщается с цилиндром управления сервопривода через параллельно установленные обратный клапан и дроссель.
На рисунке 1 приводится принципиальное решение самоблокирующегося дифференциала, выполненного с гидромеханическим органом управления муфтой блокировки. Предлагаемый дифференциал содержит дифференциальную передачу 1, 2, 2' блокирующее устройство и управляющий орган. Управляющий орган содержит два гидронасоса 3, 3', кинематически связанных с помощью кулачковых механизмов 19, 19' с полуосевыми шестернями дифференциала 2, 2' и нагнетающих масло (из резервуара 4) через обратные (запорные) клапаны 5, 5' магистрали 6, 6' на устройство сравнения сопротивлений. Последнее выполнено в виде двухстороннего гидроцилиндра 7 и двух подпружиненных штоков 8, 8', жестко связанных с управляющими цилиндрами 9, 9', перекрывающими магистрали 6,6'. При этом нагнетаемое масло через дроссели 10, 10' возвращается в резервуар 4. Дроссели 10, 10' настраиваются на сопротивление движению масла, соответствующее необходимому (достаточному) давлению в магистрали 6, 6' и времени для срабатывания системы блокировки.
При буксовании, например, правого борта частота вращения колес правого борта ускоряется до значения, в несколько раз превышающего величину, имеющую место до буксования. Расход масла (производительность насоса 3') возрастает в несколько раз, и возрастает давление (сопротивление движению жидкости в правой магистрали, кстати, пропорционально квадрату скорости движения масла) в правой полости управляющего цилиндра 7. Поршень цилиндра 7 перемещается влево, через штоки 8, 8' перемещает влево поршни управляемых цилиндров 9, 9. При этом правая магистраль 11' сообщается с цилиндром управления 12 сервопривода через параллельно установленные обратный клапан 20 и дроссель 21. Левая магистраль 11 остается при этом перекрытой. Сервопривод перемещает полумуфту блокировки 13 в сторону сцепления с полумуфтой 14. Благодаря наличию шлицев в ступице полумуфты 13 и на полуоси 16 последняя лишается подвижности относительно водила 17 дифференциала, и дифференциал блокируется. Небуксующие и буксующие колеса начинают при этом вращаться с прежней скоростью, за счет чего и обеспечиваются повышенные тяговосцепные свойства моста и проходимость машины в целом.
Не трудно убедиться, что при буксовании левого колеса (борта) частота вращения левого колеса ускоряется до значения, в несколько раз превышающего величину, имеющую место при движении без буксования. Расход масла (производительность левого насоса 3) возрастает в несколько раз и возрастает давление (сопротивление движению масла) в левой полости цилиндра 7. Поршень цилиндра 7 перемещается вправо, через штоки 8, 8' перемещает поршни управляющих цилиндров 9, 9'. При этом перекрывается правая магистраль 11' и сообщается левая магистраль 11 с цилиндром управления 12 сервопривода через параллельно установленные обратный клапан 20 и дроссель 21. Правая магистраль 11' остается при этом перекрытой. Сервопривод перемещает полумуфту блокировки 13 в сторону зацепления с полумуфтой 14 и блокирует дифференциал, подобно тому, как это имело место при буксовании правого борта.
При заблокированном дифференциале частота вращения левой 16 и правой 16' полуосей, а также левого и правого насосов 3, 3' одинакова, и последние реализуют одинаковую подачу масла. В результате давление масла в левой и правой полостях цилиндра 7 выравнивается. Под давлением пружин 18 поршень цилиндра 7 занимает нейтральное положение, и гидросистемы 6 6', 11, 11' возвращаются в исходное (нейтральное) состояние. Поршень 12, а следовательно, и полумуфта 13 также возвращаются в исходное положение под воздействием пружины 22, и полумуфта 13 выходит из зацепления с полумуфтой 14. При этом дифференциал разблокируется и привод обретает дифференциальные свойства. При сохранившейся ситуации буксования дифференциал будет тут же блокироваться и вновь разблокироваться, т.е. будет иметь место «звонковый эффект». Во избежание такого явления сопротивление дросселя 21 выполняется (настраивается) таким, чтобы масло из цилиндра 12 расходовалось в процессе разблокировки дифференциала замедленно, в течение некоторого (заданного) времени. Это позволит избежать «звонкового эффекта», и дифференциальный мост в сложной дорожной ситуации будет периодически (через заданный промежуток времени) разблокироваться и, при необходимости, блокироваться, пока будет сохраняться сложная дорожная ситуация.
Особенностью предлагаемой системы автоматической блокировки является то, что она может обладать сколь угодно высоким быстродействием, поскольку мгновенно реагирует на изменение давления в масляной магистрали. Следовательно, она мгновенно реагирует на ускорение буксующего колеса в несколько (порой на порядок) раз выше любого ускорения при отсутствии буксования (при изменении скорости движения, при маневрировании машины).
Производительность насосов, связанных кинематически с колесами, прямо пропорциональна частоте вращения, а сопротивление магистрали движению жидкости прямо пропорционально квадрату скорости (расхода) жидкости. Отсюда следует, что давление в магистралях системы будет изменяться прямо пропорционально квадрату изменения частоты вращения колес машины, и система управления блокировкой будет обладать надежными быстродействующими сигналами автоматического управления.
Источники информации
[1] Пат. 2162974. Россия. Самоблокирующийся дифференциал колесного транспортного средства / В.Д.Мишагин, В.А.Сандлер, В.П Луневич; ОАО «Брянский Арсенал». - Заявлено 22.03.99. Опубл. 12.11.2000. - 5 с.
[2] Пат. 2265766. Россия, С1 МПК F16H 48/30, В60К 17/16. Самоблокирующийся дифференциал колесного транспортного средства / В.Д.Мишагин, Н.И.Ушев, Д.Мглинец, А.Михеенко, А.Хоблов; Брян. Инжен.-технол. акад. Опубл. 10.12.05. - 5 с.
[3] Мишагин В.Д. Алгоритм автоматического управления блокировкой дифференциала ведущего моста колесного транспортного средства /. В.Д.Мишагин, Н.И.Ушев, А, Кумков., Д.Мглинец, А.Михеенко, С.Чекусов // Вклад ученых и специалистов в национальную экономику. Материалы региональной научно-технической конференции (16-18 мая 2002 г.).