Механизм управления фрикционом

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(72) Авторы Тарасик Владимир Петрович Дычкин Иван Михайлович Плякин Роман Владимирович(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) 1. Механизм управления фрикционом, состоящий из установленных в корпусе и гидравлически связанных регулятора давления и индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона, с возможностью соединения гидролиниями регулятора давления на входе с источником подачи рабочей жидкости под давлением, еще одной гидролинией - с гидробаком, выхода индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона - с полостью гидроцилиндра фрикциона через последовательно установленный дроссель с переменной площадью проходного сечения, а также электрическими связями - с электронным блоком 12510 1 2009.10.30 управления таким образом, что одна электрическая линия связи соединяет электронный блок управления с электромагнитом регулятора давления, а вторая электрическая линия связи разомкнута при не полностью заполненном гидроцилиндре фрикциона или замкнута посредством индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона в момент полного заполнения гидроцилиндра фрикциона рабочей жидкостью, отличающийся тем, что установленный в гидролинию связи регулятора давления с полостью гидроцилиндра фрикциона дроссель с переменной площадью проходного сечения выполнен в виде расположенного в расточке корпуса асимметричного дросселирующего золотника, торцевая сторона меньшего диаметра которого сообщена с выходной гидролинией регулятора давления и подпружинена, а торцевая сторона большего диаметра сообщена гидролинией с полостью гидроцилиндра фрикциона и снабжена внутренней расточкой, образующей совместно с наружной поверхностью пояска большего диаметра асимметричного дросселирующего золотника замкнутую цилиндрическую оболочку, вдоль которой выполнены радиальные дроссельные отверстия, обеспечивающие при перемещении асимметричного дросселирующего золотника в расточке корпуса изменение площади проходного сечения в соответствии с характеристикой, заданной из условия плавности включения фрикциона. 2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что радиальные дроссельные отверстия в цилиндрической оболочке асимметричного дросселирующего золотника выполнены в виде двух продольных пазов, симметрично расположенных относительно продольной оси асимметричного дросселирующего золотника. 3. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что радиальные дроссельные отверстия в цилиндрической оболочке асимметричного дросселирующего золотника выполнены в виде цилиндрических отверстий, расположенных попарно симметрично относительно продольной оси асимметричного дросселирующего золотника и с определенным шагом по длине цилиндрической оболочки. 4. Механизм по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что суммарная площадь проходного сечения радиальных дроссельных отверстий в цилиндрической оболочке асимметричного дросселирующего золотника изменяется в сторону уменьшения по мере осевого перемещения асимметричного дросселирующего золотника при заполнении гидроцилиндра фрикциона. 5. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что индикатор заполнения гидроцилиндра фрикциона содержит датчик обнаружения момента полного заполнения гидроцилиндра,выполненный в виде индикатора давления с возможностью соединения его входа посредством асимметричного дросселирующего золотника с гидролинией подачи рабочей жидкости под давлением в полость гидроцилиндра фрикциона, а выход индикатора давления соединен электрической связью с электронным блоком управления. Изобретение относится к области автотракторостроения и может быть использовано в системах управления фрикционами гидромеханических передач. Известен механизм управления фрикционом, состоящий из установленных в корпусе и гидравлически связанных регулятора давления и индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона. Механизм имеет возможность соединения гидролиниями регулятора давления на входе с источником подачи рабочей жидкости под давлением, еще одной гидролинией - с гидробаком, выхода индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона - с полостью гидроцилиндра фрикциона через последовательно установленный дроссель с постоянной площадью проходного сечения, а также электрическими связями - с электронным блоком управления таким образом, что одна электрическая линия связи соединяет электронный блок управления с электромагнитом регулятора давления, а вторая электрическая линия связи разомкнута при не полностью заполненном гидроцилиндре фрикциона или замкнута 2 12510 1 2009.10.30 посредством индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона в момент полного заполнения гидроцилиндра фрикциона рабочей жидкостью 1, 2. Использование дросселя постоянного сечения в гидролинии связи механизма управления фрикционом с гидроцилиндром фрикциона приводит к тому, что в момент заполнения гидроцилиндра рабочей жидкостью в нем возникает нежелательный пик давления и,как следствие, происходит нарушение плавности включения фрикциона и возникновение динамических нагрузок в трансмиссии. В известном техническом решении, являющемся наиболее близким аналогом настоящего изобретения, механизм управления фрикционом состоит из установленных в корпусе и гидравлически связанных регулятора давления и индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона, с возможностью соединения гидролиниями регулятора давления на входе с источником подачи рабочей жидкости под давлением, еще одной гидролинией - с гидробаком, выхода индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона - с полостью гидроцилиндра фрикциона через последовательно установленный дроссель с переменной площадью проходного сечения, а также электрическими связями - с электронным блоком управления таким образом, что одна электрическая линия связи соединяет электронный блок управления с электромагнитом регулятора давления, а вторая электрическая линия связи разомкнута при не полностью заполненном гидроцилиндре фрикциона или замкнута посредством индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона в момент полного заполнения гидроцилиндра фрикциона рабочей жидкостью. Установленный в гидролинии связи регулятора давления с полостью гидроцилиндра фрикциона дроссель с переменной площадью проходного сечения выполнен в виде подпружиненного плунжера, установленного в гильзе и снабженного дросселирующим элементом в виде усеченного конуса и установленного концентрично дросселирующему отверстию гильзы с возможностью перемещения относительно гильзы в осевом направлении. Величина этого перемещения определяет проходное сечение дросселя, которое автоматически уменьшается при уменьшении расхода жидкости в гидролинии заполнения гидроцилиндра фрикциона. Такое техническое решение обеспечивает снижение пиковых всплесков давления в гидроцилиндре фрикциона, способствуя плавности переключения передач. При полном взаимном перемещении гильзы относительно плунжера она замыкает электрическую цепь, связывающую индикатор заполнения гидроцилиндра фрикциона с электронным блоком управления 3. Конструктивно это устройство несколько усложнено, так как гильза должна одновременно перемещаться относительно прецизионных поверхностей как корпуса, так и плунжера. Возможности формирования изменяющихся характеристик дросселя с дросселирующим элементом в виде усеченного конуса ограничены. Расположение электрического контакта в рабочей жидкости в случае большого присутствия в ней ферромагнитных продуктов износа может быть причиной неполадок в этой электрической цепи. Задачами изобретения являются повышение надежности функционирования механизма управления фрикционом, улучшение технологичности изготовления за счет упрощения конструкции, получение оптимальных характеристик дросселя во всем диапазоне изменения его проходного сечения и улучшение плавности переключения передач. Одной из важных задач является получение возможности адаптации механизма управления фрикционом к параметрам гидролиний и гидроцилиндров всех фрикционов гидромеханической передачи, имеющих отличия в характеристиках и в режимах работы. Поставленные задачи решаются тем, что в механизме управления фрикционом, состоящем из установленных в корпусе и гидравлически связанных регулятора давления и индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона, с возможностью соединения гидролиниями регулятора давления на входе с источником подачи рабочей жидкости под давлением,еще одной гидролинией - с гидробаком, выхода индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона - с полостью гидроцилиндра фрикциона через последовательно установленный 3 12510 1 2009.10.30 дроссель с переменной площадью проходного сечения, а также электрическими связями с электронным блоком управления таким образом, что одна электрическая линия связи соединяет электронный блок управления с электромагнитом регулятора давления, а вторая электрическая линия связи разомкнута при не полностью заполненном гидроцилиндре фрикциона или замкнута посредством индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона в момент полного заполнения гидроцилиндра фрикциона рабочей жидкостью, согласно изобретению, установленный в гидролинию связи регулятора давления с полостью гидроцилиндра фрикциона дроссель с переменной площадью проходного сечения выполнен в виде расположенного в расточке корпуса асимметричного дроссельного золотника, торцевая сторона меньшего диаметра которого сообщена с выходной гидролинией регулятора давления и подпружинена, а торцевая сторона большего диаметра сообщена гидролинией с полостью гидроцилиндра фрикциона и снабжена внутренней расточкой, образующей совместно с наружной поверхностью пояска большего диаметра асимметричного дросселирующего золотника замкнутую цилиндрическую оболочку, вдоль которой выполнены радиальные дроссельные отверстия, обеспечивающие при перемещении асимметричного дросселирующего золотника в расточке корпуса изменение площади проходного сечения в соответствии с характеристикой, заданной из условия плавности включения фрикциона. Радиальные дроссельные отверстия в цилиндрической оболочке асимметричного дросселирующего золотника выполнены в виде двух продольных пазов, симметрично расположенных относительно продольной оси асимметричного дросселирующего золотника. Радиальные дроссельные отверстия в цилиндрической оболочке асимметричного дросселирующего золотника выполнены в виде цилиндрических отверстий, расположенных попарно симметрично относительно продольной оси асимметричного дросселирующего золотника и с определенным шагом по длине цилиндрической оболочки. Суммарная площадь проходного сечения радиальных дроссельных отверстий в цилиндрической оболочке асимметричного дросселирующего золотника изменяется в сторону уменьшения по мере осевого перемещения асимметричного дросселирующего золотника при заполнении гидроцилиндра фрикциона. Индикатор заполнения гидроцилиндра фрикциона содержит датчик обнаружения момента полного заполнения гидроцилиндра, выполненный в виде индикатора давления с возможностью соединения его входа посредством асимметричного дросселирующего золотника с гидролинией подачи рабочей жидкости под давлением в полость гидроцилиндра фрикциона, а выход индикатора давления соединен электрической связью с электронным блоком управления. Сущность изобретения поясняется рисунками. На фиг. 1 показана принципиальная схема механизма управления фрикционом на фиг. 2 - конструктивная схема механизма в исходном состоянии на фиг. 3 - конструктивные схемы дросселирующих золотников и графики характеристик дросселей на фиг. 4 циклограммы процесса включения фрикциона на фиг. 5 - схема механизма на начальном этапе заполнения гидроцилиндра фрикциона на фиг. 6 - схема механизма на конечном этапе заполнения гидроцилиндра фрикциона на фиг. 7 - схема механизма в момент полного заполнения гидроцилиндра фрикциона. Механизм управления фрикционом 1 (фиг. 1) состоит из регулятора давления 2 и индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона 3. Вход механизма управления фрикционом 1 соединен гидролинией 4 с источником подачи рабочей жидкости под давлением 5, а выход соединен гидролинией 6 с полостью гидроцилиндра фрикциона 7 и сливной гидролинией 8 с гидробаком 9. Регулятор давления 2 состоит из электрогидравлического пилотного клапана управления давлением 10 и регулятора-распределителя 11. В состав электрогидравлического пилотного клапана управления давлением 10 входят электромагнит 12 и пилотный гидрораспределитель 13. Электромагнит 12 соединен электрической связью 14 с электронным блоком управления 15. Пилотный гидрораспределитель 13 4 12510 1 2009.10.30 представляет собой трехлинейный многопозиционный регулирующий гидроаппарат, его входом является гидролиния 4 связи с источником подачи рабочей жидкости 5, а выходом гидролиния 16 связи с регулятором-распределителем 11. Кроме того, пилотный гидрораспределитель 13 связан со сливной гидролинией 8, а также охвачен гидролинией обратной связи 17. Электрогидравлический пилотный клапан управления давлением 10 может быть выполнен либо с пропорциональным электромагнитом, либо с обычным электромагнитом в сочетании с модулирующим гидроклапаном. Регулятор-распределитель 11 представляет собой четырехлинейный многопозиционный гидроаппарат золотникового типа, его входами являются гидролиния 4 связи с источником подачи рабочей жидкости 5 и гидролиния 16 связи с выходом пилотного гидрораспределителя 13, а выход представляет собой гидролинию 18 связи со входом индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона 3. Кроме того, регулятор-распределитель 11 связан со сливной гидролинией 8, а также охвачен гидролинией обратной связи 19. Индикатор заполнения гидроцилиндра фрикциона 3 представляет собой гидроаппарат 20 золотникового типа, четырехлинейный, многопозиционный, охваченный двумя гидролиниями обратных связей 22 и 23 (на входе и выходе). Его вход соединен с выходом регулятора-распределителя 11 гидролинией 18, а выход связан гидролинией 6 с полостью гидроцилиндра фрикциона 7. Индикатор заполнения гидроцилиндра фрикциона 3 снабжен датчиком 21 обнаружения момента полного заполнения гидроцилиндра фрикциона 7 (в дальнейшем - датчик индикатора). Датчик индикатора 21 соединен гидролинией 24 с регулирующим гидроаппаратом индикатора 20 и гидролинией 41 со сливом, а также электрической линией связи 25 с электронным блоком управления 15. На фиг. 2 раскрыто конструктивное исполнение гидроаппарата 20 индикатора заполнения гидроцилиндра фрикциона 3. Он состоит из асимметричного дросселирующего золотника 26 с двумя поясками 29 и 30 разных диаметров, расположенного в расточке корпуса 27, и пружины 28. В пояске 30 большего диаметра выполнена внутренняя расточка 31, образующая совместно с наружной поверхностью пояска 30 замкнутую цилиндрическую оболочку 32, в которой выполнены радиальные дроссельные отверстия 33 и 34,симметрично расположенные относительно продольной оси золотника 26. Дроссельные отверстия могут иметь различную конфигурацию, с тем чтобы обеспечить требуемую характеристику переменного дросселя, устанавливающую зависимость между суммарной площадью проходного сечения дроссельных отверстий Адр и перемещениемдросселирующего золотника 26 относительно корпуса 27 при заполнении гидроцилиндра фрикциона 7. Выбор конфигурации дроссельных отверстий определяется из условия обеспечения плавности включения фрикциона путем снижения пиковых всплесков давления в полости гидроцилиндра фрикциона в момент его полного заполнения. На фиг. 3 а, 3 в, 3 д, 3 ж, 3 и показаны возможные виды дроссельных отверстий, а на фиг. 3 б, 3 г, 3 е, 3 з, 3 к - получаемые графики зависимостей Адр. На фиг. 3 а (а также на фиг. 2) изображен дросселирующий золотник, в котором выполнены пазы с прямолинейными параллельными стенками. Такая конфигурация дроссельных отверстий обеспечивает линейную зависимость между площадью проходного сечения переменного дросселя Адр и его перемещением(фиг. 3 б). При необходимости получения нелинейной характеристики Адрприменяют дроссельные отверстия, возможные варианты конфигураций которых изображены на фиг. 3 в, 3 д, 3 ж, 3 и. Дроссельные отверстия по варианту на фиг. 3 в обеспечивают кусочно-линейную характеристику, состоящую из двух линейных участков (фиг. 3 г). На фиг. 3 и представлен вариант переменного дросселя, выполненного в виде набора цилиндрических отверстий, расположенных попарно симметрично относительно продольной оси золотника. Штриховыми линиями изображены отверстия, расположенные на противоположной стороне цилиндрической 5 12510 1 2009.10.30 оболочки золотника. При постоянном шаге их расположения по длине цилиндрической оболочки характеристика Адрпрактически линейная, а при переменном - нелинейная. На фиг. 1 и 2 положение всех элементов механизма управления фрикционом показано в исходном состоянии, соответствующем выключенному состоянию фрикциона. На фиг. 4 а-4 д показаны циклограммы включения фрикциона гидромеханической передачи, иллюстрирующие изменение основных параметров процесса. В момент времени 0 электронный блок управления 15 выдает команду на начало процесса включения фрикциона. В течение интервала времени зап происходит заполнение полости гидроцилиндра фрикциона 7, а затем в течение времениосуществляется этап регулирования давления в гидроцилиндре 7, обеспечивающий заданную характеристику синхронизации скоростей ведущей и ведомой частей включаемого фрикциона, при которой достигается плавное переключение передач. На обмотку электромагнита 12 (фиг. 1 и 2) пилотного клапана управления давлением 10 в момент времени 0 подается максимальное напряжение, формируемое электронным блоком управления, и возникающая в обмотке сила тока максимальной величины увыдерживается в течение интервала времени зап 1 (фиг. 4 а). Это обеспечивает поддержание высокого уровня давления рабочей жидкости ррд, устанавливаемого регулятором давления 2 в выходной гидролинии 18, что способствует быстрому заполнению гидроцилиндра на начальном этапе. Окончательный этап заполнения в течение интервала времени зап 2 происходит при меньшем давлении, что способствует снижению величины всплеска давления рв, возникающего в гидроцилиндре фрикциона (фиг. 4 г) в момент его полного заполнения. Кроме того, на величину рв оказывает существенное влияние конфигурация дроссельных отверстий (фиг. 3 а, 3 в, 3 д, 3 ж, 3 и). Значения давлений рц 0 и рцк определяются усилиями возвратных пружин поршня гидроцилиндра фрикциона (фиг. 4 г). Давление насоса рн обычно падает незначительно и только на интервале времени зап 1 (фиг. 4 б). В момент времени 2 датчик индикатора 21 выдает дискретный электрический сигнал д, по которому электронный блок управления 15 запускает программу регулирования давления ррд (фиг. 4 в), обеспечивая заданную характеристику изменения давления в гидроцилиндре фрикциона рц (фиг. 4 г). При этом давление ррд (фиг. 4 в) изменяется пропорционально силе тока в обмотке электромагнита у(фиг. 4 а). При включении передачи механизм управления фрикционом работает следующим образом. На первом этапе заполнения гидроцилиндра фрикциона 7 (фиг. 5) в течение времени зап 1 электронный блок управления 15 выдает электрический управляющий сигнал на обмотку электромагнита 12, сила тока которого максимальна уу . Возникающее усилие на якоре электромагнита перемещает запорно-регулирующий элемент пилотного гидрораспределителя 13 в положение, при котором гидролиния 4 сообщается с гидролинией 16,в которой возникает давление рабочей жидкости, величина которого пропорциональна силе тока в обмотке электромагнита 12. В свою очередь, золотник регулятора-распределителя 11,реагируя на силовое воздействие давления рабочей жидкости в гидролинии 16, перемещается в положение, при котором сообщает гидролинию 4 с выходной гидролинией 18 регулятора давления, давление рабочей жидкости в которой также пропорционально силе тока в обмотке электромагнита 12. Регулятор-распределитель 11 при этом выполняет роль усилителя мощности потока рабочей жидкости, подаваемой в полость гидроцилиндра фрикциона 7. Рабочая жидкость под давлением ррд из выходной гидролинии 18 регулятора давления 2 поступает по гидролинии 35 в кольцевую проточку 36 корпуса индикатора 27 и далее через систему дроссельных отверстий 33 и 34 в правую полость 37 дросселирующего золотника 26 и затем по гидролинии 6 в полость гидроцилиндра фрикциона 7. Одновременно 6 12510 1 2009.10.30 рабочая жидкость под тем же давлением ррд поступает по гидролинии 38 в левую полость 39 дросселирующего золотника 26. В результате на дросселирующий золотник 26 слева действует усилие пружины 28 и сила давления на левый торец золотника, диаметр которого меньше, чем правого торца. На правый торец дросселирующего золотника 26 действует сила давления рабочей жидкости в полости 37. Но при прохождении потока жидкости через систему дроссельных отверстий 33 и 34 происходят потери энергии потока, поэтому давление жидкости в полости 37 оказывается ниже, чем в полости 39. В результате суммарное усилие на левый торец дросселирующего золотника 26 оказывается больше, чем на правый, и золотник занимает крайнюю правую позицию. Дроссельные отверстия 33 и 34 при этом полностью открыты, а мощность потока жидкости максимальна, поэтому происходит быстрое заполнение полости гидроцилиндра фрикциона 7. Такие условия обусловлены тем, что на первом этапе заполнения гидроцилиндра на интервале времени зап 1 сила тока в обмотке электромагнита 12 максимальна уу , и поэтому давление рабочей жидкости, поддерживаемое регулятором давления 2 в выходной гидролинии 18, близко к максимальному (фиг. 4 в). На втором этапе заполнения гидроцилиндра фрикциона 7 величину силы тока у электронный блок управления 15 снижает до значения у(фиг. 4 а), давление в гидролинии 18 соответственно уменьшается до величины ррд(фиг. 4 в), в результате мощность потока жидкости, проходящей через дроссельные отверстия 33 и 34, снижается, а потери давления на дросселе падают. При этом устанавливается иной баланс усилий, действующих на дросселирующий золотник 26, и он может изменить свое положение относительно корпуса 27 (фиг. 6). Переменная площадь проходного сечения дросселя позволяет индикатору заполнения гидроцилиндра фрикциона 3 адаптироваться к изменяющимся параметрам потока рабочей жидкости и обеспечить надежное функционирование механизма управления фрикционом в широком диапазоне условий. С уменьшением давления ррд в выходной гидролинии 18 регулятора давления 2 дросселирующий золотник 26 перемещается на некоторое расстояние влево (фиг. 6). При этом левая кромка 40 проточки 36 корпуса перекрывает часть площади проходного сечения дроссельных отверстий 33 и 34, увеличивая при этом потери на дросселе и снижая давление в правой полости 37 дросселирующего золотника 26. Установившийся новый баланс усилий, действующих на золотник 26, удерживает его в соответствующих промежуточных равновесных состояниях между двумя крайними возможными положениями до окончания процесса заполнения гидроцилиндра фрикциона. В момент полного заполнения гидроцилиндра фрикциона 7 скорость потока рабочей жидкости через дроссельные отверстия 33 и 34 золотника 26 становится практически равной нулю, поэтому давления жидкости в правой 37 и левой 39 полостях дросселирующего золотника оказываются одинаковыми. Но поскольку площадь правого торца золотника 26 больше, чем левого, а соотношение площадей обоих торцов подобрано таким образом, что при одинаковых давлениях в полостях 37 и 39 усилие справа на золотник больше суммарного усилия пружины 28 и силы давления на левый торец золотника 26, то дросселирующий золотник перемещается в крайнее левое положение (фиг. 7) и открывает вход в гиролинию 24, сообщающую датчик индикатора 21 с полостью 37, и одновременно закрывает сливную гидролинию 41. Датчик индикатора 21 выполнен в виде индикатора давления, поэтому под действием давления в гидролинии 24 он замыкает свои контакты, и на электронный блок управления 15 по электрической линии связи 25 поступает электрический сигнал об обнаружении момента полного заполнения гидроцилинра фрикциона 7. По этому сигналу электронный блок управления 15 запускает программу регулирования давления ррд, реализуемую на интервале времени р регулятором давления 2 механизма управления фрикционом 1 (фиг. 4 в), и давление рц в полости гидроцилиндра фрикциона 7 изменяется согласно фиг. 4 г. 7 12510 1 2009.10.30 Для выключения фрикциона электронный блок управления 15 формирует команду на обесточивание обмотки электромагнита 12, запорно-регулирующие органы пилотного гидрораспределителя 13 и регулятора-распределителя 11 возвращаются в исходные положения (фиг. 2), а полость гидроцилиндра фрикциона сообщается с гидробаком. Рабочая жидкость при этом удаляется из полости гидроцилиндра фрикциона 7 через гидролинию 6,полость 37 дросселирующего золотника 26, систему дроссельных отверстий 33 и 34, гидролинию 18, регулятор-распределитель 11, сливную гидролинию 8 и поступает в гидробак 9. После удаления рабочей жидкости из гидроцилиндра фрикциона 7 давление в полостях 37 и 39 дросселирующего золотника падает до нуля, и золотник 26 усилием пружины 28 возвращается в исходное положение (фиг. 2), сообщая гидролинию 41 датчика давления 21 со сливом. При этом датчик 21 размыкает электрическую линию связи 25 с электронным блоком управления 15. Фиг. 7 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 10