Электромеханическая однопоточная трансмиссия

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Михайлов Валерий Валерианович Альгин Владимир Борисович Басалаев Владимир Николаевич Галямов Павел Маратович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Электромеханическая однопоточная трансмиссия, включающая электропривод, состоящий из блока управления электромашиной с педалями разгона и торможения, преобразователя и электромашины, ведущий вал которой соединен механическим приводом с ведущими колесами, содержащими фрикционы, управляемые, по крайней мере, одним тормозным контуром, отличающаяся тем, что тормозной контур снабжен двухпозиционным электромагнитным клапаном, а педали разгона и торможения связаны с электромагнитным клапаном через дополнительно введенный задатчик положения.(56) 1. Максимов А.Н. Городской электротранспорт. Троллейбус Учебник для нач. проф. образования. - М. Академия, 2004. - 256 с. 2. Патент РБ на полезную модель 823, 2003. 3. Патент РФ 2179119, 2002. Полезная модель относится к тяговым и транспортным средствам и может быть использована в конструкциях электромеханических трансмиссий преимущественно троллейбусов. Конструкции троллейбусов содержат задний ведущий мост и имеют колесную формулу 42 1. На троллейбусах используются трансмиссии с постоянным передаточным отношением. Тяговый электродвигатель совместно с пускорегулирующей аппаратурой должен обеспечить требуемую величину крутящего момента и диапазон частот вращения. Электрическая схема предусматривает два вида торможения электродинамическое электродвигателем - с максимальной скорости до скоростей, равных примерно 10 км/ч, и глубокое торможение с применением колесных тормозов. При этом наряду с электродинамическим торможением производится торможение колесными механическими тормозами, исполнительные механизмы которых приводятся в действие рабочей средой 1. Существенной отличительной особенностью элетромеханических трансмиссий машин по сравнению с чисто механическими (использующими фрикционные сцепления) является меньшая суммарная крутильная податливость и невысокая демпфирующая способность при действии динамических нагрузок. По причине отсутствия фрикционного элемента вал электродвигателя на всех режимах движения машины не может быть принудительно отсоединен от трансмиссии, т.е. при движении накатом и на остановках на тяговый электродвигатель просто не подается питающее напряжение. Последнее обстоятельство выдвигает на первый план влияние люфта в механическом приводе и проблему его выборки, что в дальнейшем определяет качество движения и уровень динамического нагружения. На практике режимы движения троллейбуса попеременно чередуются за разгоном следует движение накатом или электродинамическое торможение, при этом окружной люфт в трансмиссии оказывается либо раскрытым, либо выбранным. Раскрытие зазора означает раскрытие всех зазоров в зубчатых и шлицевых соединениях деталей трансмиссии к началу приложения нагрузки разгона или торможения. По этой причине при подаче напряжения на тяговый электродвигатель троллейбус начинает трогаться с места не в тот же момент, а лишь по истечении некоторого промежутка времени, необходимого для того,чтобы якорь тягового электродвигателя под действием развиваемого им электромагнитного крутящего момента полностью выбрал окружной люфт в трансмиссии. При движении накатом постоянное хаотичное взаимодействие вращающихся масс электродвигателя и приведенной массы троллейбуса приводит к самопроизвольной разнонаправленной выборке окружного люфта, что вызывает повышенный износ контактирующих поверхностей, шум и вибрацию. Известна конструкция тормозной системы транспортного средства 2, в которой задача коррекции тормозного режима решается сочетанием управления электродвигателем и пневматической тормозной системы. В этой конструкции тормозная система транспортного средства включает электронный блок управления, связанный с тяговым электродвигателем и тормозной педалью. Система также содержит датчики частот вращения ведущих колес и электронный блок коррекции. 46302008.08.30 При движении транспортного средства водитель воздействует на тормозную педаль и сигнал положения педали передается в электронный блок управления. При торможении электродвигателем (основная тормозная система не работает) электронный блок управления подает сигнал пропорционально ходу тормозной педали на увеличение тормозного момента на тяговом электродвигателе. В случае достижения заданной критической величины скольжения одного из ведущих колес электронный блок коррекции, получив сигнал от датчиков частоты вращения ведущих колес, направляет сигнал электронному блоку управления на изменение тормозного момента электродвигателя. При дальнейшем перемещении тормозной педали совместно с электрическим торможением действует основная тормозная система, при этом снижается тормозной момент электродвигателя. Применение указанной конструкции не позволяет уменьшить влияние люфта механических узлов при разгоне и торможении, поскольку блок коррекции производит лишь регулировку момента торможения электродвигателем фактически уже после совершенного двигателем торможения. Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому изобретению является электромеханическая трансмиссия по патенту 3. Электромеханическая однопоточная трансмиссия включает электропривод, содержащий блок управления, связанный с педалями разгона и торможения, преобразователя и электромашины, ведущий вал которой кинематически соединен с ведущими колесами, содержащими фрикционы, управляемые отдельными контурами для поворота и остановки. Применение этой конструкции не позволяет уменьшить влияние люфта механических узлов на режимах разгона и торможения, а также при переходе с одного режима на другой. Задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение динамических нагрузок переходных процессов, связанных с выбором и/или перекладкой кинематического зазора в передаче при разгоне, торможении или переходе с одного режима движения на другой. Решение поставленной задачи также позволит улучшить эксплуатационные качества и повысить надежность трансмиссии. Поставленная задача решается тем, что в электромеханической однопоточной трансмиссии, включающей электропривод, состоящий из блока управления электромашиной с педалями разгона и торможения, преобразователя, и электромашины, ведущий вал которой соединен механическим приводом с ведущими колесами, содержащими фрикционы,управляемые, по крайней мере, одним тормозным контуром, тормозной контур снабжен двухпозиционным электромагнитным клапаном, а педали разгона и торможения связаны с электромагнитным клапаном через дополнительно введенный задатчик положения педалей. Такая конструкция позволяет производить выборку окружного люфта валом электромашины (его инерцией) в самом начале каждого разгона или торможения при кратковременно включенных колесных фрикционах. Осуществление выборки люфта в начальный момент процесса разгона или торможения позволяет в последующем без ударов и существенных колебаний выходить на требуемый уровень крутящего или тормозного момента. Уменьшение амплитуды колебаний снижает шумы и вибрацию, уменьшает нагрузки и износ рабочих поверхностей элементов привода. На фиг. 1 представлена схема устройства фиг. 2 - схема работы на режиме разгона фиг. 3 - схема работы на режиме торможения. Электромеханическая однопоточная трансмиссия содержит силовой электропривод,включающий блок управления 1, связанный с педалями разгона 2 и торможения 3, и электромашину 4. Ведущий вал электромашины 4 кинематически связан через механический привод карданную передачу 5, дифференциал 6, полуоси 7 и 8, бортовые колесные пере 3 46302008.08.30 дачи 9 и 10 соединены с правым 11 и левым 12 ведущими колесами. Ведущие колеса 11 и 12 снабжены соответственно фрикционами 13 и 14, управляемыми гидроцилиндрами 15 и 16 соответственно. Гидроцилиндры 15 и 16 объединены контуром 17 управления фрикционами 13 и 14, в котором установлен двухпозиционный электромагнитный клапан 18. Клапан 18 имеет два положения открытое 19 соответствует положению создания давления в гидроцилиндрах 15 и 16 и закрытое 20 - давление в гидроцилиндрах 15 и 16 отсутствует. Электрический вход электромагнитного клапана 18 связан линией 21 управления с задатчиком 22 положения педалей 2 и 3. Для экстренного торможения электромагнитный клапан 18 связан механически с рычагом 23. Контур 17 управления гидроцилиндрами 15 и 16 может быть выполнен как гидравлического, так и пневматического типа. На фиг. 1 представлен вариант системы гидравлического типа. Давление в системе создается насосом 24, приводимым от независимого двигателя 25. Для ограничения давления служит предохранительный клапан 26. Сливная емкость обозначена 27. Управление электромашиной 4 осуществляется преобразователем 28, регулируемым блоком управления 1. Питание электропривода осуществляется от контактной сети 29. Характерные точки режима разгона представлены на фиг. 2 точка 30 характеризует открытие электромагнитного клапана 18 и начало выбора люфта начало режима притормаживания фрикционами 13 и 14 точка 31 характеризует закрытие электромагнитного клапана 18 и окончание выбора люфта по окончании режима притормаживания точка 32 соответствует полному ходу педали 2 разгона. Характерные точки режима торможения представлены на фиг. 3 точка 33 характеризует открытие электромагнитного клапана 18 и начало выбора люфта начало режима притормаживания точка 34 характеризует закрытие электромагнитного клапана 18 и окончание выбора люфта по окончании режима притормаживания точка 35 соответствует открытию электромагнитного клапана 18 для работы фрикционов 13 и 14 и торможения точка 36 соответствует закрытию электромагнитного клапана 18 и окончанию работы фрикционов 13 и 14 на торможении. Торможение электродвигателем 4 обычно совершается во всем диапазоне хода педали 3 независимо от включения фрикционов 13 и 14, что соответствует диапазону положений от точки 33 до точки 36. Работает устройство следующим образом. При разгоне машины водитель производит нажатие на педаль 2. Сигнал о перемещении педали 2 подается на задатчик 22 положения. Задатчик 22 по линии управления 21 подает электрический сигнал на вход электромагнитного клапана 18. Электромагнитный клапан 18 переводится в открытое положение 19 и открывает доступ находящейся под давлением рабочей среде в тормозной контур 17, включая гидроцилиндры 15 и 16 фрикционов 13 и 14. Одновременно с нажатием педали 2 сигнал поступает на блок управления 1, который формирует регулирующий импульс преобразователя 28. Поданное преобразователем 28 необходимое электрическое воздействие приводит во вращение ведущий вал электромашины 4. Это движение при кратковременно замкнутых фрикционах 13 и 14 позволяет выбрать люфт, включая межосевой люфт дифференциала 6, что весьма важно. По достижении величины хода педали 2 точки 31 (фиг. 2) задатчик 22 положения подает сигнал на закрытие клапана 18. В дальнейшем осуществляется плавный разгон машины (не показана) до требуемой скорости без толчков, ударов и люфта. При торможении водитель производит нажатие на педаль торможения 3. Сигнал о перемещении педали 3 подается на задатчик 22 положения. Задатчик 22 по линии управления 21 подает электрический сигнал на вход электромагнитного клапана 18. Электромагнитный клапан 18 переводится в открытое положение 19 и открывает доступ находящейся 4 46302008.08.30 под давлением рабочей среде в тормозной контур 17, включая гидроцилиндры 15 и 16 фрикционов 13 и 14. Одновременно с нажатием педали 3 электродвигатель 4 переводится в режим генератора и начинает торможение ведущего вала электромашины 4. При этом энергия инерционного поступательного движения массы машины (не показана) кратковременно частично замыкается на колесные тормозные механизмы 13 и 14, которые удерживаются до тех пор(точка 34, фиг. 3), пока относительная приведенная к валу электродвигателя 4 угловая скорость массы машины не станет выше угловой скорости вала электродвигателя 4. Это позволяет плавно выбрать и переложить люфт в обратном направлении, также включая межосевой люфт дифференциала 6. По достижении педалью 3 точки 34 задатчик 22 положения подает сигнал на закрытие клапана 18. При дальнейшем перемещении педали 3 точки диапазон от поз. 34 до поз. 35 (фиг. 3) производится наиболее эффективное торможение электродвигателем 4, в результате чего достигается более значительное снижение скорости машины без толчков и ударов, т.е. после выбора люфта. Если требуется дальнейшее понижение скорости, вплоть до остановки, то по достижении педалью 3 величины хода, соответствующего точке 35 (фиг. 3), задатчик 22 вновь подает сигнал на открытие клапана 18 и переводит его в состояние 19, обеспечивающее требуемую продолжительность работы фрикционов 13 и 14 - поз. 35- 36 (фиг. 3). При прекращении воздействия на педаль 3 задатчик 22 переводит клапан 18 в исходное закрытое положение 20. При необходимости экстренного торможения предусмотрена возможность механического принудительного перевода клапана 18 манипулятором 23 в открытое положение 19,что приводит к срабатыванию гидроцилиндров 15 и 16 фрикционов 13 и 14. При буксировке транспортного средства или неисправной электромашине 4 система управления фрикционами 13 и 14 будет находиться в работоспособном состоянии, поскольку давление рабочей среды в магистрали 17 создается независимым двигателем 25, а управление клапанном 18 производится механически от манипулятора 23. Применение предлагаемой конструкции уменьшает динамические нагрузки переходных процессов, связанные с выбором и/или перекладкой кинематического зазора в механическом приводе при разгоне, торможении или переходе с одного режима движения на другой. Это позволяет улучшить эксплуатационные качества и повысить надежность трансмиссии. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5