Способ увеличения тягового класса трактора или дорожно-строительной машины на его шасси и устройство для его осуществления (варианты)

Группа изобретений относится к способу увеличения тягового класса трактора или дорожно-строительной машины на его шасси. На базовом устройстве тягового класса А заменяют энергетическую установку (ЭУ) на установку с добавочной мощностью ΔN ≥ 0 и крутящим моментом ΔM > 0, а также вносят изменение в трансмиссию. Коробка передач соответствует максимальному крутящему моменту M_А устройства тягового класса А. Передачу добавочной мощности ΔN и добавочного момента ΔM организуют в обход КПП (6) параллельным потоком, с последующим суммированием до ведущего звена (13) движителя устройства. Первый вариант устройства для осуществления описанного способа содержит ЭУ (1) с потребными мощностью N_Б и крутящим моментом M_Б устройства тягового класса Б и трансмиссию с КПП (6). Перед КПП (6) установлен трехзвенный дифференциальный механизм (ДМ, 2). Первое входное звено (3) ДМ (2) связано с ЭУ (1). Второе звено (4) ДМ (2) связано с входным звеном КПП (6) с возможностью передачи мощности до N_А включительно. Третье выходное звено (5) - с входным звеном дополнительной ветви трансмиссии (ΔN), параллельной КПП (6), с возможностью передачи мощности до ΔN включительно. Предусмотрен суммирующий механизм (СМ, 8). Первое (9) и второе (10) звенья СМ (8) связаны с выходными звеньями (X) КПП (6) и дополнительной ветви трансмиссии (7), а третье выходное звено (11) связано с элементами трансмиссии. Второй вариант устройства для осуществления описанного способа содержит энергетическую установку с потребной мощностью N_Б. Энергетическая установка устройства тягового класса Б выполнена комбинированной по меньшей мере из двух энергетических установок (ЭУ). Одна ЭУ базовая, с максимальной мощностью N_А, связана с входным звеном КПП с возможностью передачи через последнюю мощности до N_А. Другая ЭУ, дополнительная, мощностью до ΔN = N_Б - N_А включительно, связана с входным звеном дополнительной ветви трансмиссии. Предусмотрен СМ, первое и второе входные звенья которого связаны с выходными звеньями КПП и дополнительной ветви трансмиссии. Третье звено СМ связано с элементами трансмиссии. Достигается повышение унификации и расширение возможностей выбора конструктивных вариантов. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Группа изобретений относится к области транспортного машиностроения, конкретно - к созданию и модернизации универсальных колесных и гусеничных тракторов и дорожно-строительных машин на их шасси (далее по тексту - «устройств»).

Шасси энергонасыщенных тракторов, относящихся к высоким тяговым классам, востребованы, как основа транспортно-тяговых и транспортно-технологических машин. Такие машины предназначены для решения задач, связанных с необходимостью создания большой силы тяги на крюке. В условиях Сибири и Крайнего Севера колесные тракторы 6-8 тягового класса, например, машины семейства «Кировец» [1. Шарипов В.М. Конструирование и расчет тракторов: Учебник для студентов вузов. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 2009. - 752 с.; 2. Трактор «Кировец». Описание конструкции и расчет / Е.А. Шувалов, Б.А. Добряков, Ю.И. Борисов и др. - Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1971. - 168 с.; 3. Шувалов Е.А. Повышение работоспособности трансмиссий тракторов. - Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1986. - 126 с.; 4. Теория и расчет трактора «Кировец» / Е.А. Шувалов и др.; Под ред. А.В. Бойкова. - Л.: Машиностроение, 1980. - 208 с.], применяются в качестве тяговых машин в составе комплексов для обслуживания нефтяных и газовых месторождений. На шасси энергонасыщенных тракторов создаются специальные дорожные и строительные машины (грейдеры, скреперы, погрузчики, скиддеры, форвардеры и др.). Как правило, производитель предлагает «линейку» машин, создаваемых а базе одного шасси.

На отечественных и зарубежных тракторах в составе их трансмиссий широкое применение нашли коробки перемены передач (КПП) механического типа [5. RU 00131781, МПК B60K 17/32, 27.05.2000; 6. RU 2419007, МПК F16H 3/083, F16H 37/04, 20.05.2011; 7. RU 2167772, МПК B60K 17/00, B60K 17/08, 27.05.2001; а также «свежие» авторские запатентованные изобретения: 8. RU 2657483, МПК F16H 3/08, F16H 3/093, 14.06.2018; 9. RU 2658474, МПК B60K 3/093, B60K 3/095, 21.06.2018; 10. RU 2691506, МПК F16H 3/093, F16H 37/02, 14.06.2019; 11. RU 2691678, МПК F16H 3/093, F16H 37/02, 17.06.2019].

Наиболее близким к заявляемому способу по назначению и совокупности существенных признаков является принимаемый за ближайший аналог (способ-прототип) способ увеличения тягового класса трактора или дорожно-строительной машины на его шасси (с класса 4 до 6-8 тонн силы на крюке), при котором на базовом устройстве некоторого тягового класса А (конкретно - класса 4) заменяют энергетическую установку (конкретно для модели КИРОВЕЦ К-424 «ПРЕМИУМ» - двигатель ЯМЗ-53625 с моторной установкой, с максимальными свободными мощностью и моментом на коленчатом валу N_A = 240 л.с. и M_A = 900 Н⋅м соответственно) на установку с добавочной мощностью ΔN ≥ 0 и крутящим моментом ΔM > 0, исходя из потребной мощности N_Б и крутящего момента М_Б (конкретно - двигатель ЯМЗ-238НД5 с моторной установкой, с максимальными свободными мощностью и моментом на коленчатом валу N_A = 300 л.с. и M_A = 1280 Н⋅м соответственно) устройства некоторого более высокого тягового класса Б (конкретно - класса 6-8), а также заменяют практически всю трансмиссию, включая КПП (см. ниже) [12. Электронный ресурс: kirovets-ptz.com/catalog/kirovets-k-424/ Инструкция по эксплуатации К-424-0000010ИЭ/pdf, Гл. 3, с. 25-30, 53-56; kirovets-ptz.com/catalog/kirovets-k-744r1-prom/ Листовка по К-744Р1 Пром.pdf].

При этом КПП выполнена однопоточной, соответствующей максимальному крутящему моменту M_Б устройства тягового класса Б, т.е. испытывает существенно возросшие дополнительные энергетическую и силовую нагрузки (увеличение крутящего момента составляет до 42%).

Однако, если на пути к большей унификации, наоборот, пытаться использовать КПП от базового устройства более низкого тягового класса, сохранив однопоточность трансмиссии, то очевидное существенное превышение крутящего момента (упомянутые в примере 42%) над максимально допустимым в базовой КПП делает такую попытку бессмысленной как не отвечающей условиям прочности и ресурса работы.

При радикальной же модернизации приходится перерабатывать конструкцию трансмиссии и ходовой части практически полностью (КПП, мосты, карданы и т.д.). Особенно большие затраты при этом связаны с проектированием и отладкой новой КПП, рассчитанной на работу с большим крутящим моментом. Вместе с тем, изменять гамму передаточных отношений в коробке, скорее всего, не потребуется.

Паллиативные решения - установка повышающего редуктора перед входом в КПП, изменение параметров зацепления шестерен, усиление отдельных элементов управления и т.д. применимы ограниченно. Причина - в конструктивных особенностях КПП: конструкция может просто не допускать некоторые изменения без серьезной переработки смежных узлов.

В любой из этих ситуаций неизбежно увеличение продолжительности и удорожание технологии создания новых и модернизации морально устаревших тракторов по меньшей мере смежных тяговых классов и дорожно-строительных машин на их шасси за счет недостаточного использования унификации.

При налаженном серийном производстве и наличии удачной конструкции КПП устройства (трактора) класса A представляется экономически целесообразным использовать такую КПП в паре с более мощным (для устройства класса Б) двигателем.

Задачей (проблемой), на решение которой направлено заявляемое изобретение-способ, является сокращение продолжительности и удешевление технологии создания новых и модернизации морально устаревших тракторов по меньшей мере двух тяговых классов и дорожно-строительных машин на их шасси за счет существенной унификации.

Решение поставленной задачи (устранение проблемы), в приложении к способу, достигается тем, что в способе увеличения тягового класса трактора или дорожно-строительной машины («устройства») на его шасси, при котором на базовом устройстве некоторого тягового класса А заменяют энергетическую установку на установку с добавочными мощностью ΔN ≥ 0 и крутящим моментом ΔM > 0, исходя из потребной мощности N_Б и крутящего момента М_Б энергетической установки устройства некоторого более высокого тягового класса Б, а также вносят изменение в трансмиссию, в состав которой входит КПП, согласно заявляемому изобретению-способу, КПП оставляют соответствующей максимальному крутящему моменту M_А устройства тягового класса А, а передачу добавочной мощности ΔN и добавочного момента ΔM организуют в обход КПП параллельным потоком, с последующим суммированием до ведущего звена движителя устройства.

Для осуществления заявляемого изобретения-способа предложены два варианта устройства - первый и второй, оба - также на уровне предлагаемых изобретений, связанных со способом и между собой единым изобретательским (техническим, инженерным) замыслом.

При этом, несмотря на принципиальную известность трансмиссий с параллельным(ыми) потоком(ами) мощности [13. Расчет и конструирование гусеничных машин / Носов Н.А. и др.; Под ред. Носова Н.А. - Л: «Машиностроение», 1972. - 559 с - С. 334, рис. VIII.9], [2], общим ближайшим аналогом (устройством-прототипом) первого и второго вариантов заявляемых устройств представляется целесообразным принять устройство для осуществления способа увеличения тягового класса трактора или дорожно-строительной машины на его шасси, содержащее энергетическую установку с потребной мощностью N_Б устройства тягового класса Б, превышающей максимальную мощность N_А устройства тягового класса А на величину ΔN > 0 добавочной мощности, и трансмиссию с КПП (см. [12]).

В источнике [12] содержатся сведения как о базовом (в нашем примере, изделии тягового класса 4, в нашей системе идентификации - класса А), так и об изделии более высокого тягового класса (в нашем примере, изделии тягового класса 6-8, в нашей системы идентификации - класса Б).

В устройстве-прототипе (трактор К-744Р1 ПРОМ) входной вал КПП соединен с маховиком коленчатого вала энергетической установки (ДВС) мощностью N_Б (300 л.с.) через упругую муфту. Существенно большие, в сравнении с величинами N_А (240 л.с.) и M_А (900 Н⋅м)_, мощность N_Б (300 л.с.) и крутящий момент M_Б (1280 Н⋅м)_, однопоточно передаются КПП, которая традиционно для конструирования спроектирована с большими габаритно-массовыми характеристиками и, как всякое полностью создаваемое заново промышленное изделие серийного производства, обусловило относительно высокие продолжительность создания и себестоимость КПП и трактора в целом, далеко не в полной мере реализован один из фундаментальных принципов инженерного конструирования - принцип максимальной унификации агрегатов, узлов, деталей (о чем уже писалось в критике способа-прототипа).

Таким образом, применением устройства-прототипа не реализовать заявляемый способ и, соответственно, не достичь декларированных ускорения и удешевления создания изделия-устройства более высокого тягового класса (Б).

Задача (техническая проблема), на решение которой направлено заявляемое изобретение-устройство (в обоих заявляемых его вариантах), заключается в устранении указанных недостатков прототипа-устройства и, соответственно, в возможности осуществления заявляемого изобретения-способа, а значит - достижения упомянутых выше преимуществ:

Решение поставленной задачи (проблемы), по первому варианту, достигается тем, что в устройстве для осуществления заявляемого способа, содержащем энергетическую установку с потребными мощностью N_Б и крутящим моментом M_Б устройства тягового класса Б, превышающими, соответственно, максимальные мощность N_А и крутящий момент M_А энергетической установки устройства тягового класса А на величины, соответственно, добавочной мощности ΔN и добавочного момента ΔM, а также трансмиссию с КПП, согласно заявляемому изобретению-устройству по первому варианту, перед КПП установлен по меньшей мере трехзвенный дифференциальный механизм, первое звено которого, являющееся входным, связано с упомянутой энергетической установкой с максимальной мощностью N_Б, второе звено, являющееся выходным, связано с входным звеном упомянутой КПП с возможностью передачи через последнюю мощности до N_А включительно и крутящего момента до M_А включительно, а третье звено, также являющееся выходным, - с входным звеном дополнительной ветви трансмиссии, параллельной упомянутой КПП, с возможностью передачи через последнюю мощности до ΔN включительно, кроме того, предусмотрен суммирующий механизм, первое и второе входные звенья которого связаны с выходными звеньями упомянутых КПП и дополнительной ветви трансмиссии соответственно, а третье звено, являющееся выходным, связано с элементами трансмиссии до ведущего звена движителя устройства, например с межколесным дифференциалом и/или бортовым (колесным) редуктором, с возможностью, таким образом, двухпоточной передачи всей мощности до величины

N _Б = N_А + ΔN

включительно на движитель устройства.

Решение поставленной задачи (проблемы) достигается также за счёт дополнительных конструктивных признаков (при сформулированной выше основной совокупности признаков устройства по первому варианту):

- в нем может быть сохранена конструктивно КПП базового устройства тягового класса А (Это в наибольшей степени реализует принцип унификации агрегатов и, следовательно, при прочих равных условиях обеспечивает максимальный технический результат использования изобретения);

- в нем КПП может быть конструктивно отлична от КПП базового устройства тягового класса А (Это обеспечивает относительно высокий уровень унификации, но такое решение рационально в случае модернизации КПП устройств обоих тяговых классов - А и Б по иным основаниям, продиктованным актуальными задачами технического прогресса);

- в нем дополнительная ветвь трансмиссии может быть выполнена электромеханической, с электрогенератором, тяговыми электродвигателями в количестве одного или по числу ведущих элементов движителя устройства, подключенными через электрический распределитель к электрогенератору и накопителю электроэнергии по параллельной схеме, при этом электрогенератор связан с упомянутым третьим звеном дифференциального механизма непосредственно или через согласующий редуктор (Это не только позволяет по случаю реализовать общеизвестный спектр положительных свойств электромеханических приводов в приложении к трансмиссиям, но и дает устройству дополнительные преимущества в «гибкой» компоновке в стесненных габаритах шасси, обогащает технический результат расширением компоновочных возможностей и возможностей новых технических решений вообще, в частности, в применении мотор-колес).

Решение поставленной задачи (проблемы), по второму варианту, достигается тем, что в устройстве для осуществления заявляемого способа, содержащем энергетическую установку с потребными мощностью N_Б и крутящим моментом M_Б устройства тягового класса Б, превышающими, соответственно, максимальные мощность N_А и крутящий момент M_А энергетической установки устройства тягового класса А на величины, соответственно, добавочной мощности ΔN и добавочного момента ΔM, а также трансмиссию с КПП, согласно заявляемому изобретению-устройству по второму варианту, энергетическая установка устройства тягового класса Б выполнена комбинированной, по меньшей мере, из двух энергетических установок, одна из которых, базовая, с максимальной мощностью N_А, связана с входным звеном упомянутой коробки перемены передач с возможностью передачи через последнюю мощности до N_А включительно и крутящего момента до M_А включительно, а другая, дополнительная, мощностью до ΔN = N_Б - N_А включительно, связана с входным звеном упомянутой дополнительной ветви трансмиссии, кроме того предусмотрен суммирующий механизм, первое и второе входные звенья которого связаны с выходными звеньями упомянутых коробки перемены передач и дополнительной ветви трансмиссии соответственно, а третье звено, являющееся выходным, связано с элементами трансмиссии до ведущего звена движителя устройства, например с межколесным дифференциалом и/или бортовым (колесным) редуктором, с возможностью, таким образом, двухпоточной передачи всей мощности до величины N_Б = N_А + ΔN включительно на движитель устройства.

Решение поставленной задачи (проблемы) достигается также за счёт дополнительных конструктивных признаков (при сформулированной выше основной совокупности признаков устройства по второму варианту):

- в нем может быть сохранена конструктивно КПП базового устройства тягового класса А (Это в наибольшей степени реализует принцип унификации агрегатов и, следовательно, при прочих равных условиях обеспечивает максимальный технический результат использования изобретения);

- в нем КПП может быть конструктивно отлична от КПП базового устройства тягового класса А (Это обеспечивает относительно высокий уровень унификации, но такое решение рационально в случае модернизации КПП устройств обоих тяговых классов - А и Б по иным основаниям, продиктованным актуальными задачами технического прогресса);

- в нем упомянутая дополнительная ветвь трансмиссии может быть выполнена электромеханической, с тяговыми электродвигателями в количестве одного или по числу ведущих элементов движителя устройства, подключенными через электрический распределитель к электрогенератору и накопителю электроэнергии по параллельной схеме (Это не только позволяет по случаю реализовать общеизвестный спектр положительных свойств электромеханических приводов в приложении к трансмиссиям, но и дает устройству дополнительные преимущества в «гибкой» компоновке в стесненных габаритах шасси, обогащает технический результат расширением компоновочных возможностей и возможностей новых технических решений, в частности, в применении мотор-колес).

Среди известных устройств и способов не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявленной. В то же время, именно за счёт последней достигается новый технический результат в соответствии с обозначенной проблемой.

Заявляемое устройство тягового класса Б в двух вариантах исполнения пояснено на чертежах:

на фиг. 1 показана блок-схема силовой установки устройства тягового класса Б по первому варианту исполнения, где ЭУ - энергетическая установка; ДМ - дифференциальный механизм для разветвления потока мощности от ЭУ; КПП - коробка перемены передач от устройства тягового класса А; ΔN - избыточная мощность в сравнении с мощностью устройства тягового класса А; СМ - суммирующий механизм; РЧ - редукторная часть (например, межколесный дифференциал плюс колесный редуктор или бортовой редуктор);

на фиг. 2 - то же, частный случай с электромеханической дополнительной ветвью двухпоточной трансмиссии, где ЭГ - электрогенератор; ЭН - электронакопитель (аккумуляторная и/или конденсаторная батарея); ЭР - электрораспределитель; ТЭД - тяговый электродвигатель;

на фиг. 3 показана блок-схема силовой установки устройства тягового класса Б по второму варианту исполнения, где ЭУ1 и ЭУ2 - первая (основная) и вторая (дополнительная) энергетические установки; Р - редуктор при ТЭДе;

на фиг. 4 - первый пример подключения агрегатов к трехзвенному дифференциальному планетарному зубчатому механизму (ДМ), кинематическая схема;

на фиг. 5 - второй пример подключения агрегатов к трехзвенному дифференциальному планетарному зубчатому механизму (ДМ), кинематическая схема.

На иллюстрациях (чертежах, схемах) фиг. 1-5 дополнительно введены следующие номера позиций и условные обозначения (символы):

1 - энергетическая установка (ЭУ) устройства тягового класса Б; 2 - дифференциальный механизм (ДМ) распределения мощности по ветвям трансмиссии; 3 - первый (входной) вал ЭУ; 4 - второй (выходной) вал ЭУ; 5 - третий (выходной) вал ЭУ; 6 - коробка перемены передач (КПП); 7 - дополнительная (параллельная основной) ветвь трансмиссии, служащая для передачи избыточной мощности (ΔN); 8 - суммирующий механизм (СМ); 9 - первый (входной) вал СМ; 10 - второй (входной) вал СМ; 11 - третий (выходной) вал СМ; 12 - редукторная выходная часть (РЧ) трансмиссии (например, дифференциал плюс редуктор); 13 - ведущее звено (ведущее колесо) движителя; 14 - электрогенератор (ЭГ); 15 - электронакопитель (ЭН); 16 - электрораспределитель (ЭР); 17 - первый (входной) вал ЭР; 18 - второй вал ЭР; 19 - третий (выходной) вал ЭР; 20 - тяговый электродвигатль (ТЭД); 21 - редуктор (Р) к ТЭДу; 22 - первая (основная) энергетическая установка (ЭУ1); 23 - вторая (дополнительная) энергетическая установка (ЭУ2); 24 - солнечная шестерня; 25 - эпициклическая шестерня; 26 - водило; 27 - сателлиты.

Устройство по первому варианту (см. фиг. 1) для осуществления заявляемого способа содержит, во-первых, энергетическую установку (ЭУ) 1 с потребными мощностью N_Б и крутящим моментом M_Б устройства тягового класса Б (например, 6-8 класса), превышающими, соответственно, максимальные мощность N_А и крутящий момент M_А энергетической установки устройства тягового класса А (например, 4 класса) на величины, соответственно, добавочной мощности ΔN и добавочного момента ΔM и, во-вторых, трансмиссию с коробкой перемены передач (КПП) 6.

Перед КПП 6 установлен по меньшей мере трехзвенный дифференциальный механизм (ДМ) 2, первое звено 3 которого, являющееся входным, связано с ЭУ, имеющей максимальную мощность N_Б, второе звено 4, являющееся выходным, связано с входным звеном (вал 0) КПП 6 с возможностью передачи через последнюю мощности до N_А включительно и крутящего момента до M_А включительно, а третье звено 5, также являющееся выходным, - с входным звеном дополнительной ветви 7 трансмиссии, параллельной КПП 6, с возможностью передачи через дополнительную ветвь 7 трансмиссии мощности до ΔN включительно.

Кроме того, предусмотрен суммирующий механизм (СМ) 8, например вальная зубчатая передача или в трехзвенный планетарный зубчатый механизм (см. фиг. 4, 5), первое 9 и второе 10 входные звенья которого связаны с выходным звеном (валом X) КПП 6 и выходным звеном дополнительной ветви 7 трансмиссии соответственно, а третье звено 11, являющееся для СМ 8 выходным, связано с элементами трансмиссии до ведущего звена (ведущего колеса) 13 движителя устройства. Как правило, с редукторной частью (РЧ) 12, например межколесным дифференциалом и/или бортовым (колесным) редуктором.

С возможностью, таким образом, двухпоточной передачи всей мощности до величины N_Б = N_А + ΔN включительно на движитель устройства.

Остановимся на этом узле с его внешними связями подробнее.

Рекомендуется выполнение ДМ, повторим, зубчатым и планетарным. Первым (входным) его валом, связанным с ЭУ (на фиг. 3, относящейся ко второму варианту заявляемого устройства - ЭУ1), однозначно должно быть водило 26 (см. фиг. 4, 5).

При этом желательно также защитить КПП 6 от угрозы перегрузки фрикционной муфтой или разрушаемым звеном - «механическим предохранителем» (не показаны).

Кинематический параметр k механизма 2 определяется из известных в теории планетарных передач соотношений для моментов на основных его звеньях 24, 25, 26:

М ₂₅=-kM₂₄; М₂₆=-(1-k)M₂₄.

Для обозначений основных звеньев ДМ введены индексы, повторяющие номера позиций этих звеньев, а именно: 24 (солнечная шестерня), 25 (эпицикл) и 26 (водило) - так, чтобы выполнялось условие k = - (Z₂₅ / Z₂₄), где Z_24,25 - числа зубьев шестерен.

Основная ветвь трансмиссии (КПП 6 с валом 0) подключается к звену 24 (см. фиг. 4), если выполняется условие:

Для подключения основной ветви трансмиссии к звену 25 (см. фиг. 5) необходимо выполнение условия:

Параллельная ветвь 7 трансмиссии подключается к оставшемуся звену (см. фиг. 4, 5).

Если условие (1) не выполняется, необходимо предусмотреть более сложную схему ДМ 2 (известны из теории планетарных механизмов).

Дальнейшее описание устройства по первому варианту касается частных (то есть не обязательных, но рекомендуемых) конструктивных его особенностей.

Сохранена конструктивно КПП 6 базового устройства тягового класса А (в нашем примере - КПП с трактора 4 тягового класса). То есть речь идет об идентичности КПП 6 для устройств обоих тяговых классов (А и Б).

В другом частном примере КПП 6, напротив, конструктивно отлична от КПП 6 базового устройства тягового класса А. Речь идет, прежде всего, о случае умеренной (локальной) модернизации КПП 6 устройства класса А («перспективная КПП») без увеличения запаса прочности. Например, при замене зубчатой муфты переключения диапазонов передач на фрикционную муфту.

Дополнительная ветвь 7 трансмиссии по фиг. 2 выполнена электромеханической, с электрогенератором (ЭГ) 14, с ТЭД 20 в количестве одного (в нашем примере) или по числу ведущих элементов 13 движителя устройства (подварианты: один ТЭД на КПП; два ТЭД - по одному на мост; четыре ТЭД - по числу колес колесного устройства), подключенными через электрический распределитель (ЭР) 16, посредством электрических связей 19, 17 и 18, к электрогенератору (ЭГ) 14 и накопителю электроэнергии (ЭН) 15 по параллельной схеме (здесь и далее в описании второго варианта устройства - в том смысле «по параллельной схеме», что ЭГ 14 и ЭН 15 электрически подключены к каждому ТЭДу 20 параллельно, с возможностью выбора источника электроснабжения). НЭ 15 выступает в качестве дополнительного энергетического устройства - поставщика электроэнергии. ЭГ 14 здесь не является самостоятельной, дополнительной энергетической установкой (хотя и выступает преобразователем механической энергии в электрическую - главным источником электроэнергии). Он связан с третьим звеном 5 ДМ 2 непосредственно или через согласующий редуктор, который не показан. А значит, входит в состав ЭУ 1.

Работа (функционирование) первого варианта устройства происходит следующим образом.

Мощность N_Б и крутящий момент M_Б от ЭУ 1 распределяется, посредством ДМ 2, между основной (КПП 6) и дополнительной (параллельной) 7 ветвями трансмиссии (см. фиг. 1, 2). За счет описанного выше по тексту подбора параметра k и других кинематических, динамических и прочностных параметров ДМ 2, на основную ветвь, а значит на входное звено (вал 0) КПП 6, направляются мощность до N_А включительно и крутящий момент до M_А включительно. Главное (ключевой момент в изобретении) - непревышение расчетного (допустимого) значения крутящего момента M_А базовой КПП 6 (исходной серийной или перспективной в случае одновременной модернизации и устройства тягового класса А). Избыток же мощности ΔN = N_Б - N_А и разность крутящих моментов M_Б - M_А = ΔM идут по дополнительной (параллельной) ветви 7 в обход КПП 6, вновь «сливаясь» на СМ 8.

Новизна здесь - не в двух (трёх- и т.д.)-поточности трансмиссии (что само по себе известно в теории и практике машин и механизмов - см. например [13]), а в указанном распределении исходных силовых и энергетических величин M_Б и N_Б, в соотношении силовых и энергетических потоков из условия не только непревышения М_Б над М_А и, следовательно, работоспособности КПП 6 базового (в порядке унификации) устройства (тракторов и др. машин на их базе) тягового класса А в составе устройства тягового класса Б, но и максимально возможного для базовой модели (устройства) КПП 6 нагрузки, то есть полноты использования этого агрегата базового устройства А.

Независимо от конкретного варианта или частного случая конструкции параллельного(ых) потока(ов) и последующих агрегатов, узлов и деталей трансмиссии, на ведущее звено движителя (ведущее колесо) 13 приходят преобразованные расчетные (потребные) крутящий момент (собственно и определяющий более высокий в сравнении с А тяговый класс Б) и скорость вращения.

В рекомендуемом частном примере (см. фиг. 2) с электромеханической дополнительной ветвью 7 (или несколькими такими ветвями), ЭГ 14, приводимый во вращение через третье (выходное) звено 5 ДМ 2, в режиме мощности ΔN вырабатывает электроэнергию, которая поступает либо на ТЭД 20 (один или несколько в параллель) по электрическим связям 17, 16, 19, либо в ЭН 15 по электрическим связям 17, 16, 18. ТЭД 20 (в примере по фиг. 2) в свою очередь вращает второе (одно из входных) звено 10 СМ 8. С третьего (выходного) звена 11 СМ 8 суммарная мощность передается через последующие элементы, например через редукторную часть (РЧ 12) трансмиссии на ведущее звено движителя (ведущее колесо) 13. При этом не исключена возможность «аварийного» или иного особого режима движения при выходе из строя КПП 6 или включенной нейтрали в ней - за счет исключительно дополнительной ветви 7 трансмиссии.

При этом реализуется заявляемый способ увеличения тягового класса трактора или дорожно-строительной машины на его шасси.

Устройство по второму варианту для осуществления заявляемого способа содержит, во-первых, энергетическую установку ЭУ1 (основную) с потребными мощностью N_Б и крутящим моментом M_Б устройства тягового класса Б, превышающими, соответственно, максимальные мощность N_А и крутящий момент M_А энергетической установки устройства тягового класса А на величины, соответственно, добавочной мощности ΔN и добавочного момента ΔM и, во-вторых, трансмиссию с КПП 6.

Энергетическая установка устройства тягового класса Б выполнена комбинированной, по меньшей мере, из двух энергетических установок. Одна энергетическая установка - ЭУ1 22, базовая, с максимальной мощностью N_А, связана с входным звеном КПП 6 с возможностью передачи через последнюю мощности до N_А включительно и крутящего момента до M_А включительно. Другая энергетическая установка - ЭУ2 23, дополнительная, мощностью до ΔN = N_Б - N_А включительно, связана через дополнительную ветвь 7 трансмиссии - с возможностью передачи мощности до ΔN включительно.

Кроме того предусмотрен суммирующий механизм (СМ) 2, например вальная передача или трехзвенный планетарный зубчатый. Первое 9 и второе 10 входы звенья СМ 8 связаны с выходным звеном (валом X) КПП 6 и выходным звеном дополнительной ветви 7 трансмиссии соответственно. Третье звено 11 СМ 8, являющееся для него выходным, связано с элементами трансмиссии до ведущего звена движителя (ведущего колеса) 13 устройства, например с редукторной частью (РЧ 12) - межколесным дифференциалом и/или колесным (бортовым) редуктором.

С возможностью, таким образом, двухпоточной передачи всей мощности до величины N_Б = N_А + ΔN включительно на движитель устройства.

Дальнейшее описание устройства по второму варианту касается частных (то есть не обязательных, но рекомендуемых) конструктивных его особенностей.

Сохранена конструктивно КПП 6 базового устройства тягового класса А.

Как альтернативный пример, КПП 6 конструктивно отлична от КПП 6 базового устройства тягового класса А (см. пояснения, приведенные в аналогичном конструктивном признаке первого варианта устройства).

Дополнительная ветвь 7 трансмиссии по фиг. 3 выполнена электромеханической, с электрогенератором 14, с ТЭД 20 в количестве одного или по числу ведущих элементов 13 движителя устройства (подварианты: один ТЭД на КПП; два ТЭД - по одному на мост; четыре ТЭД - по числу колес колесного устройства), подключенными к ЭГ 14 и ЭН 15 по параллельной схеме посредством электрораспределителя 16 и электрических связей 17-19. ЭН2 с ЭГ 14 и ЭН 15 порознь или совместно образуют источник электроэнергии.

Работа (функционирование) второго варианта устройства, еще в большей мере реализующее принцип унификации за счет возможности использования уже двух дорогостоящих базовых агрегатов - КПП и ЭУ1 (как и в устройстве тягового класса А, как правило, ДВС) происходит в основном аналогично описанной для первого варианта, с нижеуказанными особенностями (см. фиг. 3).

ЭУ1 22 с основной ветвью трансмиссии (на фиг. 3 - верхней) одинаковы для устройств тяговых классов А и Б. Во всяком случае соблюдено оговоренное выше главное условие - непревышение крутящего момента на КПП 6 в сравнении с базовым значением M_А.

Дополнительным источником мощности ΔN и крутящего момента ΔM служит вторая (дополнительная) энергетическая установки - ЭУ2, например второй ДВС, вращающий ЭГ 14 (с дублированием от НЭ 15), который, в свою очередь, вращает один или несколько ТЭД 20, а также ЭН 15.

При любом конструктивном варианте/частном примере реализуется заявляемый способ увеличения тягового класса трактора или дорожно-строительной машины на его шасси.

Возможны и другие варианты и частные примеры устройства в рамках заявляемых совокупностей существенных конструктивных признаков.

Технологии проектирования и изготовления заявляемых устройств и реализация заявляемого способа доступны для отечественного машиностроения, поскольку применяются при работе над планетарными коробками передач и механизмами поворота гусеничных машин (см., например, источник [13]).

Электромеханические трансмиссии опробованы на карьерных самосвалах (например, серия автомобилей БелАЗ) и гусеничном тракторе ДЭТ-250. На данных транспортных средствах использована так называемая схема «последовательного гибрида», при которой тепловой двигатель вращает электрогенератор, а привод ведущих колес осуществляется от ТЭД. В рассматриваемом случае может быть использован принцип «параллельного гибрида», родственный описанному в статьях [14. Porshnev G.P. ect. Performance improvement of Arctic tracked vehicles. MATEC Web of Conferences 245, 17001 (2018). EECE-2018. DOI https://doi.org/10.1051/matecconf/201824517001. 15. Выбор схемного варианта построения трансмиссий военных машин с гибридной силовой установкой / Р.Ю. Добрецов и др. // Сборник статей научн.-практ. конф-и «Разработка и использование электрических трансмиссий для образцов вооружения и военной техники». - Санкт-Петербург, Издание ОАО «ВНИИТрансмаш», 2016. - С. 87-100. 16. Увеличение подвижности гусеничных вездеходов для вахтовых лесозаготовок / И.В. Григорьев, Р.Ю. Добрецов, В.А. Иванов // Системы. Методы. Технологии. - 2016. - №2 - С. 114-119.].

Учитывая, что через дополнительную (параллельную) ветвь энергонасыщенного трактора будет передаваться значительная мощность (ΔN), для минимизации размеров электрических машин целесообразно применить бортовую сеть высокого напряжения (750 В), что апробировано, например, на немецком бронетранспортере «Пума», ТЭД подключать через двухступенчатый редуктор (Р).

Наличие ТЭД позволяет ставить вопрос о рекуперации энергии при торможении устройства и о возможности его движения на электротяге. Большие силы сопротивления движению устройства и малые скорости движения делают вопрос рекуперации энергии торможения малоактуальным.

Таким образом, заявляемая группа изобретений (способ и два варианта устройства для осуществления способа) позволяет ускорить и удешевить технологию создания новых и модернизации морально устаревших тракторов по меньшей мере смежных тяговых классов и дорожно-строительных машин на их шасси, а также самой продукции, за счет существенной унификации и расширенных возможностей выбора конструктивных вариантов.

1. Способ увеличения тягового класса трактора или дорожно-строительной машины на его шасси, при котором на базовом устройстве некоторого тягового класса А заменяют энергетическую установку на установку с добавочными мощностью ΔN ≥ 0 и крутящим моментом ΔM > 0, исходя из потребных мощности N_Б и крутящего момента М_Б энергетической установки устройства некоторого более высокого тягового класса Б, а также вносят изменение в трансмиссию, в состав которой входит КПП, отличающийся тем, что коробку перемены передач оставляют соответствующей максимальному крутящему моменту M_А устройства тягового класса А, а передачу добавочной мощности ΔN и добавочного крутящего момента ΔM организуют в обход коробки перемены передач параллельным потоком, с последующим суммированием до ведущего звена движителя устройства, например межколесного дифференциала и/или бортового (колесного) редуктора.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее энергетическую установку с потребными мощностью N_Б и крутящим моментом M_Б устройства тягового класса Б, превышающими, соответственно, максимальные мощность N_А и крутящий момент M_А энергетической установки устройства тягового класса А на величины, соответственно, добавочной мощности ΔN и добавочного момента ΔM, а также трансмиссию с КПП, отличающееся тем, что перед коробкой перемены передач установлен по меньшей мере трехзвенный дифференциальный механизм, первое звено которого, являющееся входным, связано с упомянутой энергетической установкой с максимальной мощностью N_Б, второе звено, являющееся выходным, связано с входным звеном упомянутой коробки перемены передач с возможностью передачи через последнюю мощности до N_А включительно и крутящего момента до M_А включительно, а третье звено, являющееся также выходным, – с входным звеном дополнительной ветви трансмиссии, параллельной упомянутой коробке перемены передач, с возможностью передачи через упомянутую дополнительную ветвь трансмиссии мощности до ΔN включительно, кроме того, предусмотрен суммирующий механизм, первое и второе входные звенья которого связаны с выходными звеньями упомянутых коробки перемены передач и дополнительной ветви трансмиссии соответственно, а третье звено, являющееся выходным, связано с элементами трансмиссии до ведущего звена движителя устройства, например с межколесным дифференциалом и/или бортовым (колесным) редуктором, с возможностью таким образом двухпоточной передачи всей мощности до величины N_Б = N_А + ΔN включительно на движитель устройства.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в нем сохранена конструктивно коробка перемены передач базового устройства тягового класса А.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в нем коробка перемены передач конструктивно отлична от коробки перемены передач базового устройства тягового класса А.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в нем дополнительная ветвь трансмиссии выполнена электромеханической, с электрогенератором, тяговыми электродвигателями в количестве одного или по числу ведущих элементов движителя устройства, подключенными через электрический распределитель к электрогенератору и накопителю электроэнергии по параллельной схеме, при этом электрогенератор связан с упомянутым третьим звеном дифференциального механизма непосредственно или через согласующий редуктор.

6. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее энергетическую установку с потребными мощностью N_Б и крутящим моментом M_Б устройства тягового класса Б, превышающими, соответственно, максимальные мощность N_А и крутящий момент M_А энергетической установки устройства тягового класса А на величины, соответственно, добавочной мощности ΔN и добавочного момента ΔM, а также трансмиссию с КПП, отличающееся тем, что энергетическая установка устройства тягового класса Б выполнена комбинированной, по меньшей мере, из двух энергетических установок, одна из которых базовая, с максимальной мощностью N_А, связана с входным звеном упомянутой коробки перемены передач с возможностью передачи через последнюю мощности до N_А включительно и крутящего момента до M_А включительно, а другая дополнительная, мощностью до ΔN = N_Б – N_А включительно, связана с входным звеном упомянутой дополнительной ветви трансмиссии, кроме того, предусмотрен суммирующий механизм, первое и второе входные звенья которого связаны с выходными звеньями упомянутых коробки перемены передач и дополнительной ветви трансмиссии соответственно, а третье звено, являющееся выходным, связано с элементами трансмиссии до ведущего звена движителя устройства, например с межколесным дифференциалом и/или бортовым (колесным) редуктором, с возможностью, таким образом, двухпоточной передачи всей мощности до величины N_Б = N_А + ΔN включительно на движитель устройства.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в нем сохранена конструктивно коробка перемены передач базового устройства тягового класса А.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в нем коробка перемены передач конструктивно отлична от коробки перемены передач базового устройства тягового класса А.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в нем упомянутая дополнительная ветвь трансмиссии выполнена электромеханической, с тяговыми электродвигателями в количестве одного или по числу ведущих элементов движителя устройства, подключенными через электрический распределитель к электрогенератору и накопителю электроэнергии по параллельной схеме.