Трансмиссия быстроходной гусеничной машины

Изобретение относится к трансмиссиям транспортных и тяговых гусеничных машин. Трансмиссия содержит согласующий редуктор, который одновременно является и редуктором отбора мощности, две одинаковые бортовые коробки передач, гидрообъемную передачу, состоящую из регулируемого насоса, нерегулируемого мотора и двух связывающих их гидролиний, два одинаковых суммирующих планетарных механизма. Эпициклические зубчатые колеса суммирующих планетарных механизмов связаны с выходом согласующего редуктора. Водила связаны с входами бортовых коробок передач. Солнечные зубчатые колеса посредством дополнительного привода связаны с мотором гидрообъемной передачи. Дополнительный привод выполнен в виде двух зубчатых передач с одинаковым числом внешних цилиндрических зубчатых зацеплений между мотором и каждым из солнечных колес суммирующих планетарных механизмов. Дополнительный привод снабжен двумя соединительными отключаемыми фрикционными муфтами и двумя управляемыми тормозами. Каждый из двух суммирующих планетарных механизмов снабжен управляемой блокировочной фрикционной муфтой, установленной между эпициклическим и солнечным зубчатыми колесами. Достигается упрощение системы управления движением машины и снижение необходимой установочной мощности гидрообъемной передачи с одновременным уменьшением массогабаритных параметров механизма поворота, а также повышение надежности и долговечности. 1 ил.

 

Изобретение относится к наземной транспортной технике, а конкретно - к трансмиссиям быстроходных гусеничных машин с двумя бортовыми коробками передач и бесступенчатым механизмом поворота.

Известна трансмиссия быстроходной гусеничной машины с двумя бортовыми коробками передач и дифференциальным бесступенчатым механизмом поворота с гидрообъемной передачей и двумя одинаковыми суммирующими планетарными механизмами, см., например, Васильченков В.Ф. Военные гусеничные машины. Конструкция и расчет. Учебник. Часть первая. Трансмиссия и приводы управления. - Рыбинск: Издание ОАО «РДП». Рязань: ВАИ, 1998 - 560 с. (рис.10.17. МПП отечественного опытного танка, с.438).

Недостатками аналога является затрудненность входа в поворот из-за необходимости создания в гидрообъемной передаче большого пускового (страгивающего) момента и перегрузка гидрообъемной передачи на переходных режимах входа машины в поворот и выхода из поворота вследствие возникновения динамических (инерционных) нагрузок, вызывающих срабатывание предохранительного клапана гидрообъемной передачи и, в результате, потерю управляемости машиной, то есть неадекватность изменения величины радиуса поворота углу поворота штурвала, особенно при резких поворотах штурвала. Кроме того, недостатком является необходимость использования в механизме поворота гидрообъемной передачи с большой установочной мощностью, в идеале - не меньше, чем номинальная мощность двигателя машины для получения высоких показателей подвижности машины при повороте, а также из-за передачи всей мощности, вырабатываемой двигателем, к движителю при вращении машины на месте только через гидрообъемную передачу.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков и достигаемому эффекту является трансмиссия с бесступенчатым независимым (бортовым) механизмом поворота и центральной коробкой передач, см., например, патент РФ на изобретение «Бесступенчатый механизм поворота быстроходной гусеничной машины» RU 2233760 С1, 31.03.2003 (рег. 10. 08.2004).

В прототипе в дополнительном приводе от мотора гидрообъемной передачи к солнечным зубчатым колесам суммирующих планетарных механизмов установлены две одинаковые зубчатые передачи, ведущие зубчатые колеса которых снабжены двумя соединительными отключаемыми фрикционными муфтами и двумя управляемыми тормозами, а ведомый вал центральной коробки передач посредством двух управляемых многодисковых фрикционных муфт связан с выходными (бортовыми) валами механизма поворота.

Это техническое решение устраняет ряд недостатков аналога, таких как затрудненность входа машины в поворот, облегчает переходные процессы входа машины в поворот, выхода из поворота, резких изменений величины радиуса поворота и даже направления поворота. Самое главное, в прототипе по сравнению с аналогом возможно существенное уменьшение необходимой установочной мощности гидрообъемной передачи без ухудшения показателей подвижности машины в повороте.

Недостатками прототипа являются: необходимость наличия автоматической следящей системы управления производительностью насоса гидрообъемной передачи по отклонению рабочего давления в ее основных гидролиниях при прямолинейном движении машины и достаточно высокий уровень необходимой установочной мощности гидрообъемной передачи.

Второй недостаток объясняется несовпадением режимов работы гидрообъемной передачи с максимальной производительностью насоса, что имеет место при прямолинейном движении машины на высшей передаче с максимальной скоростью, и с максимально допустимым рабочим давлением, что имеет место при повороте машины с минимальным радиусом поворота имеет место при повороте машины с минимальным радиусом поворота на низших передачах переднего или заднего хода. Вследствие этого загрузочная, текущая мощность гидрообъемной передачи на любых режимах движения машины будет существенно меньше ее установочной мощности, которая определяется именно при совпадении максимальной производительности насоса и максимально допустимого рабочего давления.

Предлагаемое изобретение позволяет устранить все отмеченные недостатки прототипа.

Цель изобретения - упрощение системы управления движением машины и снижение необходимой установочной мощности гидрообъемной передачи с одновременным уменьшением массогабаритных параметров механизма поворота, а также повышением его надежности и долговечности.

Указанная задача решается тем, что трансмиссия гусеничной машины, содержащая согласующий редуктор (гитару), который одновременно является и редуктором отбора мощности, две одинаковые бортовые коробки передач, например планетарные с фрикционным управлением, гидрообъемную передачу, состоящую из регулируемого насоса, нерегулируемого мотора и двух связывающих их гидролиний, два одинаковых суммирующих планетарных механизма, эпициклические зубчатые колеса которых связаны с выходом согласующего редуктора, водила связаны с входами бортовых коробок передач, солнечные зубчатые колеса посредством дополнительного привода связаны с мотором гидрообъемной передачи, а дополнительный привод выполнен в виде двух зубчатых передач с одинаковым числом внешних цилиндрических зубчатых зацеплений между мотором и каждым из солнечных колес суммирующих планетарных механизмов, снабжен двумя соединительными отключаемыми фрикционными муфтами и двумя управляемыми тормозами, а также два одинаковых бортовых редуктора, в которой, согласно изобретению, каждый из двух суммирующих планетарных механизмов снабжен управляемой блокировочной фрикционной муфтой, установленной между эпициклическим и солнечным зубчатыми колесами, а дополнительный привод выполнен с передаточным числом , где ω_М - угловая скорость мотора гидрообъемной передачи; ω_С - угловая скорость солнечных зубчатых колес суммирующих планетарных механизмов при прямолинейном движении машины; - передаточное число согласующего редуктора от вала двигателя машины до эпициклических зубчатых колес суммирующих планетарных механизмов; ω_Д - угловая скорость вала двигателя машины; ω_Э - угловая скорость эпициклических зубчатых колес суммирующих планетарных механизмов; - передаточное отношение гидрообъемной передачи при максимальной производительности насоса и рабочем давлении, составляющем 0,10...0,15 от максимально допустимого; ω_Нном - номинальная (паспортная) угловая скорость вала насоса гидрообъемной передачи; - кинематическая характеристика суммирующих планетарных механизмов; Z_Э,Z_С - числа зубьев соответственно эпициклического и солнечного зубчатых колес; - передаточное число редуктора отбора мощности от вала двигателя машины до вала насоса гидрообъемной передачи; ω_{Д ном} - номинальная угловая скорость вала двигателя машины.

Благодаря наличию двух управляемых блокировочных фрикционных муфт, установленных между эпициклическими и солнечными зубчатыми колесами суммирующих планетарных механизмов, упрощается система управления движением машины, так как при прямолинейном движении машины на любых передачах и любых угловых скоростях двигателя машины в пределах его рабочего скоростного диапазона насос гидрообъемной передачи постоянно установлен на максимальную производительность.

Благодаря вполне определенному передаточному числу дополнительного привода, а именно обеспечивается совпадение режимов работы гидрообъемной передачи с максимальной производительностью насоса и с максимально допустимым рабочим давлением при повороте машины с минимальным радиусом на низшей передаче и работе двигателя на номинальном скоростном режиме при полной подаче топлива. При этом загрузочная мощность гидрообъемной передачи становится равной ее установочной мощности, что и минимизирует последнюю.

При возможном выходе из строя гидрообъемной передачи штатный бесступенчатый механизм поворота может быть отсоединен от трансмиссии путем одновременного выключения обеих фрикционных муфт дополнительного привода и поворот машины может осуществляться переключением бортовой коробки передач на смежную пониженную передачу.

Второй возможный и даже более предпочтительный резервный механизм поворота типа двухступенчатого планетарного состоит из двух имеющихся суммирующих планетарных механизмов, блокировочных фрикционных муфт и управляемых тормозов в дополнительном приводе. Весьма существенным и полезным отличием трансмиссии с таким резервным механизмом поворота от известных трансмиссий гусеничных машин с обычным двухступенчатым планетарным механизмом поворота является возможность обеспечения поворотов с малыми радиусами (меньше промежуточного фиксированного и больше минимального) на низших передачах путем включения с управляемой пробуксовкой третьего фрикционного управляющего элемента в бортовой коробке отстающего борта, замедляющего вращение входного вала этой коробки, соединенного с водилом отстающего суммирующего планетарного механизма.

Возможность использования гидрообъемной передачи механизма поворота трансмиссии для обеспечения максимально эффективного торможения машины двигателем расширяет круг функциональных возможностей механизма поворота.

Кинематическая схема заявляемой трансмиссии гусеничной машины представлена на чертеже.

Трансмиссия гусеничной машины содержит связанный с двигателем 1 машины валом 2 согласующий редуктор 3, являющийся также редуктором отбора мощности с выходным валом 4, гидрообъемную передачу, составленную из регулируемого насоса 5, нерегулируемого мотора 6 и двух гидролиний 7 и 8, два одинаковых суммирующих планетарных механизма, состоящих из эпициклических зубчатых колес 9 и 10, связанных с выходным валом 4 согласующего редуктора 3, водил 11 и 12 с установленными на них сателлитами 13 и 14, солнечных зубчатых колес 15 и 16, связанных с мотором 6 гидрообъемной передачи посредством дополнительного привода, состоящего из двух одинаковых зубчатых передач 17 и 18, ведущие зубчатые колеса которого снабжены управляемыми фрикционными муфтами 19 и 20 и тормозами 21 и 22. Водила 11 и 12 суммирующих планетарных механизмов связаны с бортовыми планетарными коробками передач 23 и 24, которые, в свою очередь, через бортовые редукторы 25 и 26 связаны с ведущими колесами 27 и 28 машины. Суммирующие планетарные механизмы снабжены двумя блокировочными фрикционными муфтами 29 и 30, установленными между эпициклическими зубчатыми колесами 9 и 10 и солнечными зубчатыми колесами 15 и 16.

Трансмиссия гусеничной машины работает следующим образом.

При запуске двигателя 1 машины электростартером или системой пневмопуска в насосе 5 гидрообъемной передачи устанавливается нулевая производительность, фрикционные муфты 19, 20, 29 и 30, а также тормоза 21 и 22 выключены, в бортовых коробках передач 23 и 24 выключены все управляющие фрикционные муфты и тормоза, кроме стояночных (нейтраль).

После запуска и прогрева двигателя 1 в насосе 5 гидрообъемной передачи устанавливается максимальная производительность, фрикционные муфты 19, 20, 29 и 30 включаются. Прямолинейное движение машины начинают включением одинаковых низших передач переднего или заднего хода синхронно в обеих бортовых коробках передач 23 и 24. По мере разгона машины следует одновременно переключать обе коробки 23 и 24 на следующие, более высокие передачи. При прямолинейном движении машины на любых передачах оба суммирующих планетарных механизма сблокированы включенными фрикционными муфтами 29 и 30, угловые скорости всех основных звеньев суммирующих планетарных механизмов: эпициклических зубчатых колес 9 и 10, водил 11 и 12, солнечных зубчатых колес 15 и 16 абсолютно одинаковы, относительные угловые скорости сателлитов 13 и 14 равны нулю.

При прямолинейном движении машины осуществляется передача мощности от двигателя 1 к суммирующим планетарным механизмам двумя потоками: один, основной, через согласующий редуктор 3 к эпициклам 9 и 10 (95...97% мощности) и второй через гидрообъемную передачу к солнечным колесам 15 и 16 (3...5% мощности), что обеспечивает надежное самосмазывание ходовых частей насоса 5 и мотора 6 гидрообъемной передачи, а значит, и защиту гидрообъемной передачи от механического износа. Такая двухпоточная передача мощности достигается благодаря вполне определенной величине передаточного числа дополнительного привода, а именно

При необходимости расширения диапазона трансмиссии в сторону уменьшения скорости прямолинейного движения и увеличения тяговых усилий следует выключить обе фрикционные муфты 19 и 20, а после этого включить оба тормоза 21 и 22. При этом суммирующие планетарные механизмы начинают работать как два одинаковых замедляющих редуктора на входах бортовых коробок передач 23 и 24. Передаточное число каждого из этих редукторов будет

Торможение машины двигателем при ее прямолинейном движении может осуществляться обычным порядком: уменьшением подачи топлива в двигатель с включенными передачами в бортовых коробках передач. Если необходимо увеличить интенсивность торможения, следует уменьшить производительность насоса 5 гидрообъемной передачи, что переводит ее на тормозной режим работы, и одновременно выключить блокировочные фрикционные муфты 29 и 30. Интенсивность торможения увеличится, во-первых, из-за потерь передаваемой от ведущих колес 27 и 28 к двигателю 1 тормозной мощности в гидрообъемной передаче и, во-вторых, из-за разгона вала 2 двигателя 1. Величина разгона вала 2 пропорциональна уменьшению производительности насоса 5 гидрообъемной передачи. Увеличение частоты вращения двигателя 1 при торможении делает ненужным переключение передач бортовых коробок 23 и 24 в нисходящем порядке, как зачастую делается при торможении двигателем машин с известными трансмиссиями, и тем самым защищает двигатель 1 от недопустимого заброса оборотов и возможного его разрушения инерционными силами.

Переход к криволинейному движению (повороту) машины осуществляют поворотом штурвала в сторону отстающего борта. Рассмотрим, например, поворот машины при отстающем ведущем колесе 27 и забегающем ведущем колесе 28. При повороте штурвала на угол, превышающий его люфт, одновременно полностью выключаются фрикционные муфты 20 и 29, а управление производительностью насоса 5 переключается непосредственно на штурвал, причем производительность насоса уменьшается с увеличением угла поворота штурвала. Угловая скорость вала мотора 6 при этом снижается и через дополнительный привод и включенную фрикционную муфту 19 обеспечивает уменьшение угловой скорости солнечного колеса 15 суммирующего планетарного механизма отстающего борта, что, в свою очередь, вызывает уменьшение угловой скорости водила 11 и ведущего колеса 27 отстающего борта. Угловая скорость эпициклического колеса 10, водила 12, солнечного колеса 16 суммирующего планетарного механизма забегающего борта остается той же, что и до входа машины в поворот, благодаря включенной фрикционной муфте 30, то есть на забегающем борту машины в повороте сохраняется скорость прямолинейного движения, которая была до входа машины в поворот, или, другими словами, поворот осуществляется по бортовому (независимому) принципу.

Для защиты гидрообъемной передачи от динамической перегрузки в переходном процессе входа в поворот можно, при необходимости, дозированно включать тормоз 21, помогающий гидрообъемной передаче замедлить вращение солнечного колеса 15 суммирующего планетарного механизма отстающего борта. Проще и надежнее всего это делать с помощью элементарной автоматической системы управления включением тормозов 21 или 22 (в зависимости от направления поворота) по скорости нарастания давления в гидролиниях 7 и 8 гидрообъемной передачи.

При повороте машины величину радиуса поворота регулируют изменением производительности насоса 5 гидрообъемной передачи. После входа машины в поворот можно уменьшать радиус поворота, уменьшая производительность насоса 5, вплоть до его нулевой производительности. На этом режиме произойдет остановка вала мотора 6 и связанного с ним посредством включенной фрикционной муфты 19 и зубчатой передачи 17 дополнительного привода солнечного колеса 15 суммирующего планетарного механизма отстающего борта. Машина будет поворачивать с промежуточным фиксированным радиусом, величина которого R_Ф=(К+1)·В, определяется размером колеи машины (5) и величиной кинематической характеристики (К) суммирующих планетарных механизмов 11 и 12. Вся мощность, вырабатываемая двигателем машины, будет передаваться к ведущему колесу 28 только через бортовую коробку передач 24 забегающего борта с минимальными потерями при нулевой мощности гидрообъемной передачи, а тормозная мощность с ведущего колеса 27 будет полностью передаваться (рекуперироваться) на ведущее колесо 28 через суммирующие планетарные механизмы и бортовую коробку передач 24. Энергетически это наиболее выгодный режим поворота с нулевой мощностной загрузкой гидрообъемной передачи.

Для получения радиусов поворота, меньших, чем промежуточный фиксированный (R_Ф), следует, используя гидравлический реверс, начать увеличивать производительность насоса 5, продолжая поворачивать штурвал машины в сторону отстающего борта. Вал мотора 6 начинает вращаться, постепенно разгоняясь, в противоположном, по сравнению с тем, что было до фиксированного радиуса, направлении, обеспечивая через дополнительный привод противовращение солнечного колеса 15 в планетарном механизме отстающего борта, тем самым продолжая уменьшать угловую скорость водила 11 этого планетарного механизма и, соответственно, угловую скорость отстающего ведущего колеса 27. В случае динамической перегрузки гидрообъемной передачи в этом диапазоне следует, воспользовавшись автоматической системой управления, подключить с необходимой пробуксовкой третий управляющий фрикционный элемент помимо двух уже полностью включенных в бортовой коробке передач 23 для недопущения превышения максимально допустимого давления в напорной гидролинии 7 или 8 гидрообъемной передачи.

При повороте на низших передачах и при достижении определенной, близкой к максимальной или равной ей производительности насоса 5 и угловой скорости мотора 6, а также солнечного колеса 15 скорость вращения водила 11 и ведущего колеса 27 уменьшится до нулевого значения и машина будет поворачивать вокруг остановленного отстающего борта с минимальным радиусом, равным колее машины, R_min=В.

При выводе машины из поворота возвращают штурвал в исходное положение, при этом автоматически включатся фрикционные муфты 20 и 29, уравнивая угловые скорости всех основных звеньев суммирующих планетарных механизмов и защищая при этом гидрообъемную передачу от возможной динамической перегрузки в переходном процессе. Возврат штурвала в исходное положение также восстанавливает производительность насоса 5 до величины, соответствующей прямолинейному движению машины после ее выхода из поворота.

В случае выхода из строя гидрообъемной передачи следует отсоединить ее мотор 6 от дополнительного привода, выключив одновременно две фрикционные муфты 19 и 20.

Подвижность машины в прямолинейном движении при этом сохранится в полном объеме, а поворот машины можно осуществлять или использованием бортовых коробок передач 23 и 24, переключая коробку отстающего борта на смежную пониженную передачу, или, что представляется более целесообразным, использовать в качестве резервного двухступенчатого планетарного механизма поворота суммирующие планетарные механизмы и тормоза 21 и 22 для поворотов с радиусами до промежуточного фиксированного, а для поворотов с радиусами от промежуточного фиксированного до минимального при движении машины на пониженных передачах использовать включение с дозированной пробуксовкой третьего фрикционного управляющего элемента в бортовой коробке передач отстающего борта.

Резервный механизм поворота, каждый элемент которого выполняет на разных режимах движения машины, как с исправной, так и с вышедшей из строя гидрообъемной передачей, несколько различных функций, обеспечивает машине вполне удовлетворительные показатели подвижности в прямолинейном движении и в повороте, поэтому может использоваться не только в аварийной ситуации, чтобы экипаж мог самостоятельно, без буксира, добраться до сборного пункта поврежденных машин, но и при движении исправной машины в несложных условиях, например при совершении марша вне населенных пунктов по дорогам и подготовленным колонным путям, для сбережения ресурса гидрообъемной передачи.

Предложенная трансмиссия с бортовыми коробками передач может быть использована, в первую очередь, для основных боевых танков, а также транспортеров-тягачей, минных тральщиков, ремонтно-эвакуационных, инженерных и других машин, выполненных на базе основных боевых танков с двумя бортовыми коробками передач в трансмиссии, для существенного повышения маневренных качеств при поворотах машин.

Трансмиссия быстроходной гусеничной машины, содержащая согласующий редуктор, который одновременно является и редуктором отбора мощности, две одинаковые бортовые коробки передач, например планетарные с фрикционным управлением, гидрообъемную передачу, состоящую из регулируемого насоса, нерегулируемого мотора и двух связывающих их гидролиний, два одинаковых суммирующих планетарных механизма, эпициклические зубчатые колеса которых связаны с выходом согласующего редуктора, водила связаны с входами бортовых коробок передач, солнечные зубчатые колеса посредством дополнительного привода связаны с мотором гидрообъемной передачи, а дополнительный привод выполнен в виде двух зубчатых передач с одинаковым числом внешних цилиндрических зубчатых зацеплений между мотором и каждым из солнечных колес суммирующих планетарных механизмов, снабжен двумя соединительными отключаемыми фрикционными муфтами и двумя управляемыми тормозами, а также два одинаковых бортовых редуктора, отличающаяся тем, что каждый из двух суммирующих планетарных механизмов снабжен управляемой блокировочной фрикционной муфтой, установленной между эпициклическим и солнечным зубчатыми колесами, а дополнительный привод выполнен с передаточным числом , где ω_М - угловая скорость мотора гидрообъемной передачи; ω_С - угловая скорость солнечных зубчатых колес суммирующих планетарных механизмов при прямолинейном движении машины; - передаточное число согласующего редуктора от вала двигателя машины до эпициклических зубчатых колес суммирующих планетарных механизмов; ω_Д - угловая скорость вала двигателя машины; ω_Э - угловая скорость эпициклических зубчатых колес суммирующих планетарных механизмов; - передаточное отношение гидрообъемной передачи при максимальной производительности насоса и рабочем давлении, составляющем 0,10-0,15 от максимально допустимого; ω_Нном - номинальная угловая скорость вала насоса гидрообъемной передачи; кинематическая характеристика суммирующих планетарных механизмов; Z_Э, Z_С - числа зубьев соответственно эпициклического и солнечного зубчатых колес; - передаточное число редуктора отбора мощности от вала двигателя машины до вала насоса гидрообъемной передачи; ω_Дном - номинальная угловая скорость вала двигателя машины.