Гидромеханическая трансмиссия

(71) Заявители Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси Производственное объединение Минский тракторный завод(72) Авторы Грицкевич Вацлав Владимирович Мелешко Михаил Григорьевич Айзикович Валерий Маратович Болвако Иван Иванович Дудовцов Виктор Петрович Шарангович Андрей Иванович(73) Патентообладатели Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси Производственное объединение Минский тракторный завод(57) Гидромеханическая трансмиссия, содержащая входной и выходной валы, две гидравлически связанные регулируемые гидромашины, четырехзвенный планетарный механизм,включающий водило с сателлитами, два центральных колеса с наружными зубьями и центральное колесо с внутренними зубьями, управляемые муфты и зубчатые передачи, при этом первая гидромашина кинематически связана через зубчатую передачу с первым центральным колесом с наружными зубьями, вторая гидромашина соединена через первую управляемую муфту и зубчатую передачу с центральным колесом с внутренними зубьями,отличающаяся тем, что сателлиты планетарного механизма выполнены парными зацепляющимися, вторая гидромашина соединена через вторые управляемую муфту и зубчатую передачу со вторым центральным колесом с наружными зубьями, входной вал кинематически связан с водилом планетарного механизма, выходной вал соединен со вторым центральным колесом с наружными зубьями через дополнительно введенный механический редуктор, содержащий, по крайней мере, одну передачу переднего хода и одну передачу заднего хода.(56) 1. А.с. СССР 691318, МПК В 60 К 17/10, 1977. 2. Патент США 5766107, МПК 16 47/04, 1999 (прототип). Полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована в трансмиссиях автомобилей и тракторов. Гидрообъемные передачи применяются в трансмиссиях различных машин для бесступенчатого регулирования передаточного отношения и соответственно скорости движения. Наибольшее распространение получили полнопоточные трансмиссии с передачей всей мощности через гидрообъемную передачу. В последнее время ведутся работы по созданию двухпоточных бесступенчатых передач, у которых часть мощности передается механическим путем для повышения общего КПД. Известна бесступенчатая трансмиссия транспортного средства 1, содержащая гидрообъемную передачу в виде двух гидравлически связанных гидромашин, одна из которых выполнена регулируемой, трехзвенный планетарный механизм, первое звено которого соединено с входным валом, второе звено - с выходным валом и с регулируемой гидромашиной, а третье звено связано через зубчатую передачу с нерегулируемой гидромашиной. Трансмиссия обеспечивает двухпоточную передачу мощности, когда один из потоков направлен через гидрообъемную передачу, а второй поток передается через механические звенья планетарного механизма. Недостатком трансмиссии является небольшой диапазон бесступенчатого регулирования передаточного отношения, который в двухпоточных передачах уменьшается по сравнению с диапазоном регулирования гидромашин пропорционально снижению гидравлической мощности. Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является гидромеханическая трансмиссия 2 (дата публикации оригинального документа 16.06.1998 г.), содержащая входной и выходной валы, две гидравлически связанные регулируемые гидромашины, четырехзвенный планетарный механизм, включающий водило с сателлитами, два центральных колеса с наружными зубьями и центральное колесо с внутренними зубьями,управляемые муфты и зубчатые передачи, при этом первая гидромашина кинематически связана через зубчатую передачу с первым центральным колесом с наружными зубьями,вторая гидромашина соединена через первую управляемую муфту и зубчатую передачу с центральным колесом с внутренними зубьями. В данной бесступенчатой передаче первая гидромашина связана через управляемую муфту и зубчатую передачу с выходным валом и водилом планетарного механизма, вторая гидромашина кинематически соединена через вторую управляемую муфту и зубчатую передачу с центральным колесом с внутренними зубьями. Трансмиссия имеет два режима переднего хода и один режим заднего хода с бесступенчатым регулированием передаточного отношения. Центральное место в конструкции двухпоточной передачи занимает четырехзвенный планетарный механизм с двухвенцовыми сателлитами, кинематика которого не обеспечивает оптимального и равномерного распределения передаточного отношения и гидравлической мощности между первым и вторым режимами. На первом режиме происходит постепенное торможение центрального колеса с внутренними зубьями, на втором режиме тормозится центральное колесо с наружными зубьями. Диапазон регулирования передаточного отношения и гидравлическая мощность на первом режиме будут меньше диапазона регулирования и мощности на втором режиме. Это приводит к снижению КПД и увеличению нагруженности гидромашин на втором режиме, который имеет большую длительность использования в эксплуатационном режиме. На заднем ходу наблюдается циркуляция мощности, когда мощность на гидрообъемной передаче превышает входную мощность, что приводит к снижению экономичности и надежности машины в целом. 2 1263 Задачей полезной модели является обеспечение равномерного распределения диапазона регулирования передаточного отношения между режимами для снижения гидравлической мощности и повышения КПД гидромеханической трансмиссии. Задача решена в гидромеханической трансмиссии, содержащей входной и выходной валы, две гидравлически связанные регулируемые гидромашины, четырехзвенный планетарный механизм, включающий водило с сателлитами, два центральных колеса с наружными зубьями и центральное колесо с внутренними зубьями, управляемые муфты и зубчатые передачи, при этом первая гидромашина кинематически связана через зубчатую передачу с первым центральным колесом с наружными зубьями, вторая гидромашина соединена через первую управляемую муфту и зубчатую передачу с центральным колесом с внутренними зубьями, причем согласно техническомурешению, сателлиты планетарного механизма выполнены парными зацепляющимися, вторая гидромашина соединена через вторые управляемую муфту и зубчатую передачу со вторым центральным колесом с наружными зубьями, входной вал кинематически связан с водилом планетарного механизма,выходной вал соединен со вторым центральным колесом с наружными зубьями через дополнительно введенный механический редуктор, содержащий, по крайней мере, одну передачу переднего хода и одну передачу заднего хода. В двухпоточной бесступенчатой трансмиссии используется четырехзвенный планетарный механизм с парными зацепляющимися сателлитами и образованы новые связи между гидромашинами, звеньями планетарного механизма, зубчатыми передачами и муфтами. Благодаря этому достигнуто равномерное распределение передаточного отношения между первым и вторым режимами и отсутствует циркуляция мощности. Все это дает возможность снизить гидравлическую мощность, уменьшить вес конструкции и повысить КПД передачи. На чертеже изображена кинематическая схема гидромеханической трансмиссии. Гидромеханическая трансмиссия содержит входной вал 1, промежуточные валы 2, 3 и выходной вал 4, четырехзвенный планетарный механизм, включающий первое центральное колесо 5 и второе центральное колесо 6 с наружными зубьями, водило 7 с зацепляющимися парными сателлитами 8, 9 и центральное колесо 10 с внутренними зубьями, две гидравлически связанные регулируемые гидромашины 11 и 12. Первая гидромашина 11 жестко соединена с промежуточным валом 13, а вторая гидромашина 12 - с промежуточным валом 14. Входной вал 1 связан с водилом планетарного механизма 7 через зацепляющиеся зубчатые колеса 15 и 16. Управляемые муфты 17, 18, 19, 20 и 21 предназначены для связи валов 3, 4, 14 с другими звеньями передачи вторая гидромашина 12 и вал 14 соединены с вторым центральным колесом 6 с наружными зубьями через зацепляющиеся зубчатые колеса 22, 23 и вторую управляемую муфту 17, а также с центральным колесом 10 с внутренними зубьями через зацепляющиеся зубчатые колеса 24, 25 и первую управляемую муфту 18 первая гидромашина 11 и вал 13 кинематически связаны через зацепляющиеся зубчатые колеса 26, 27 с первым центральным колесом 5 с наружными зубьями центральное колесо 6 связано с промежуточным валом 3, который одновременно является входным валом механического редуктора. Выходной вал 4 соединен со вторым центральным колесом 6 с наружными зубьями через дополнительно введенный механический редуктор, состоящий из валов 3 и 4, зубчатых колес 28-34 и муфт 19-21, который обеспечивает, по крайней мере, одну передачу переднего хода и одну передачу заднего хода. По своей структуре бесступенчатая трансмиссия состоит из двухпоточной передачи и механического диапазонного редуктора. К двухпоточной передаче относятся четырехзвенный планетарный механизм, зубчатые колеса 22-27, муфты 17, 18 и гидромашины 11, 12. В состав диапазонного редуктора входят валы 3, 4, зубчатые колеса 28-34 и муфты 19-21. 3 1263 Гидромеханическая трансмиссия работает следующим образом. Путем включения муфт 19-21 обеспечивается получение двух диапазонов переднего хода и одного диапазона заднего хода с бесступенчатым регулированием передаточного отношения. В каждом диапазоне имеется два режима двухпоточной передачи мощности, переключаемых муфтами 17, 18. В таблице указаны включаемые на диапазонах муфты, параметры регулирования гидромашин и пределы бесступенчатого регулирования передаточного отношения при следующих соотношениях чисел зубьев 10/53,833 10/62,3 27/261 16/151,863 24/254,11 22/231,906 29/281,207 31/301,783 34/321,783. Параметр регулирования Пределы передаточного гидромашин Диапазон Режим отношения 11 12 1-0,3950,822 Под передаточным отношением принято отношение оборотов выходного вала 4 к оборотам входного вала 1 параметр регулирования равен отношению текущего рабочего объема гидромашины к ее максимальному рабочему объему 10 - число зубьев зубчатого колеса 10. На первом диапазоне включена муфта 19, что приводит к соединению валов 3 и 4 через зацепляющиеся зубчатые колеса 28-31. Двухпоточная передача имеет два режима работы А 1 и В. Рассмотрим работу передачи на режиме А 1 с дифференциалом на входе, когда включена муфта 17. В нейтральном положении валы 3, 4, центральное колесо 6,зубчатые колеса 22, 23, 28-34, вал 14 и гидромашина 12 находятся в неподвижном состоянии, а гидромашины 11 и 12 имеют соответственно нулевой и максимальный рабочие объемы. Входной вал 1 приводит в движение водило 7, которое при неподвижном центральном колесе 6 вращает сателлиты 8, 9 и центральные колеса 5, 10 без нагрузки. Центральное колесо 5 приводит в движение гидромашину 11 через зубчатые колеса 26, 27 и вал 13. Увеличение передаточного отношения производится путем изменения рабочего объема гидромашины 11 от нулевого до максимального значения, при этом гидромашина 12 приводит в движение валы 3 и 4 через звенья 14, 23, 22, 28, 29, 30, 31, 19. Скорость вращения выходного вала 4 увеличивается пропорционально изменению рабочего объема гидромашины 11. Входной вал 1 приводит в движение водило 7 через зубчатые колеса 15,16 и вал 2. Водило планетарного механизма 7 разделяет мощность на механический и гидравлический потоки. Механическая мощность направлена через звенья 7, 8, 9, 6 на вал 3,где суммируется с гидравлической мощностью, передающейся через звенья 7, 5, 26, 27,13, гидромашины 11, 12, звенья 14, 23, 22. Вал 3 приводит в движение выходной вал 4 через зубчатые колеса 28, 29, 30, 31 и муфту 19. С ростом передаточного отношения увеличивается доля передаваемой через гидромашины гидравлической мощности. На режиме А 1 гидромашина 11 кинематически связана с центральным колесом 5 планетарного механизма и работает в режиме гидронасоса, а связанная с валом 3 гидромашина 12 работает в режиме гидромотора. На следующем этапе регулируется гидромашина 12 путем уменьшения ее рабочего объема от максимального до нулевого значения, что приводит к увеличению скорости центрального колеса 6 и связанного с ней вала 3. На данном режиме гидравлическая мощность уменьшается от максимального до нулевого значения. При нулевом рабочем объеме гидромашины 12 происходит остановка гидромашины 11 и свяВключены муфты 1263 занного с ней центрального колеса 5, а весь поток мощности передается чисто механическим путем. Переключение трансмиссии с режима А 1 на режим В производят путем выключения муфты 17 и включения муфты 18. Переключение производится при синхронизированных скоростях соединяемых звеньев и отсутствии нагрузки на включаемой муфте 18, в результате чего гидромашина 12 соединяется с центральным колесом 10 через звенья 24, 25, 18. Режим работы по схеме В характеризуется тем, что гидромашины 11, 12 кинематически связаны с промежуточными звеньями планетарного механизма 5 и 10 соответственно, а входной вал 1 и промежуточный вал 3 кинематически соединены со звеньями планетарного механизма 7 и 6. На первом этапе регулируется гидромашина 12 путем увеличения ее рабочего объема от нулевого до максимального значения в обратную сторону по сравнению с режимом А 1. Происходит увеличение скорости вращения гидромашины 11, валов 3,4, и растет передаточное отношение. Гидромашина 11 вращается в обратную сторону по сравнению с режимом А 1 и работает в режиме гидромотора, а гидромашина 12 работает в режиме гидронасоса. Механический поток мощности передается через звенья 7, 8, 9, 6,гидравлическая мощность направлена через звенья 7, 8, 9, 10, 24, 25, 14, гидромашины 12,11, звенья 13, 27, 26, 5. С увеличением рабочего объема гидромашины 12 происходит рост передаточного отношения. На втором этапе регулируется гидромашина 11 путем уменьшения ее рабочего объема от максимального до нулевого значения, что приводит к замедлению вращения гидромашины 12, звена 10 и к увеличению скорости вращения центрального колеса 6 и связанных с ним валов 3 и 4. При максимальном передаточном отношении, когда рабочий объем гидромашины 11 равен нулю, центральное колесо 10 и связанная с ним гидромашина 12 находятся в неподвижном состоянии, а вся мощность передается механическим путем через планетарный механизм. На втором диапазоне включена муфта 20, которая напрямую соединяет валы 3 и 4, а на диапазоне заднего хода включена муфта 21 и соединение валов 3 и 4 происходит через зацепляющиеся зубчатые колеса 28, 29, 32, 33, 34. Работа бесступенчатой передачи и переключение режимов муфтами 17 и 18 происходит так же, как и на первом диапазоне. Конструкция четырехзвенного планетарного механизма и новые рациональные связи между гидромашинами и звеньями планетарного механизма обеспечивают равномерное распределение передаточного отношения и соответственно гидравлической мощности между режимами А 1 и В. Гидравлическая мощность на всех режимах не превышает 2025 от передаваемой мощности, в результате чего уменьшается вес конструкции и повышается КПД заявляемой передачи. Двухпоточная передача мощности и отсутствие циркуляции мощности на всех режимах обеспечивает снижение нагрузок на гидромашинах 11, 12, уменьшение гидравлического давления и повышение общего КПД, который приближается к КПД механических передач. КПД бесступенчатой трансмиссии на некоторых режимах может превышать КПД аналогичных механических передач. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.