Гидромеханическая трансмиссия

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Королькевич Виктор Александрович Королькевич Александр Викторович Шевченко Василий Савельевич Усс Иван Никодимович Шарангович Андрей Иванович Айзикович Валерий Маратович Арефьев Сергей Александрович Маковский Максим Антонович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Гидромеханическая трансмиссия, содержащая входной и выходной валы, гидропередачу из двух гидравлически соединенных в замкнутый контур регулируемых гидромашин,четырехзвенный планетарный механизм, включающий водило с парными сателлитами,11874 1 2009.04.30 два центральных колеса с наружными зубьями и центральное колесо с внутренними зубьями, управляемые муфты и зубчатые передачи, при этом вал первой гидромашины кинематически связан через зубчатую передачу с первым центральным колесом с наружными зубьями, вал второй гидромашины кинематически связан через первые зубчатую передачу и управляемую муфту с центральным колесом с внутренними зубьями, а через вторые зубчатую передачу и управляемую муфту - со вторым центральным колесом с наружными зубьями, входной вал связан с водилом планетарного механизма, выходной вал кинематически связан с центральным колесом с внутренними зубьями, отличающаяся тем, что каждая из гидромашин кинематически связана с соответствующим дополнительно введенным тормозом, а напорная и всасывающая гидролинии замкнутого контура гидропередачи соединены между собой через запорный клапан с электромагнитным управлением. Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях автомобилей и тракторов. Известна гидромеханическая трансмиссия 1, содержащая входной и выходной валы,гидропередачу из двух гидравлически соединенных в замкнутый контур регулируемых гидромашин, планетарный механизм, включающий водило с сателлитами, центральное колесо с наружными зубьями и центральное колесо с внутренними зубьями, управляемые муфты и зубчатые передачи. Возможно получение понижающей передачи с передаточным числом 4 и прямой с 1. Недостатком указанной трансмиссии является необходимость использования большой для поточных передач, до 75 , гидравлической мощности, что требует установки гидропривода повышенной мощности, а значит, увеличение стоимости и габаритов. Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является гидромеханическая трансмиссия 2, содержащая входной и выходной валы и две гидравлически соединенные регулируемые гидромашины. Четырехзвенный планетарный механизм содержит водило с парными сателлитами, два центральных колеса с наружными зубьями и центральное колесо с внутренними зубьями, управляемые муфты и зубчатые передачи. При этом первая гидромашина кинематически связана с первым центральным колесом с наружными зубьями, а вторая гидромашина кинематически связана через первую зубчатую передачу и первую управляемую муфту с центральным колесом с внутренними зубьями. Вторая гидромашина кинематически связана через вторую зубчатую передачу и вторую управляемую муфту со вторым центральным колесом с наружными зубьями. Входной вал связан с водилом планетарного механизма, а выходной вал кинематически связан с центральным колесом с внутренними зубьями. Трансмиссия обеспечивает два диапазона переднего хода и один диапазон заднего хода с бесступенчатым регулированием передаточного отношения и двухпоточной передачей мощности. Разделение мощности на механический и гидравлический потоки и отсутствие циркуляции мощности на всех режимах обеспечивает снижение нагрузок на гидромашинах в 34 раза, уменьшается давление в гидрообъемной передаче и повышается КПД. Кинематика четырехзвенного планетарного механизма с парными зацепляющимися сателлитами устроена таким образом, что достигается равномерное распределение гидравлической мощности между двумя режимами двухпоточной передачи мощности в пределах одного диапазона. Это обеспечивает снижение гидравлической мощности до 20-25 от передаваемой мощности, в результате чего уменьшается вес, габариты и повышается КПД передачи. К недостаткам описанной гидромеханической трансмиссии следует отнести отсутствие возможности работы с блокированной гидропередачей. При работе с блокированной гидропередачей мощность передается механическим путем и трансмиссия имеет более высокий КПД. 2 11874 1 2009.04.30 Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение КПД трансмиссии путем блокировки гидропередачи на двух скоростях (передачах) пониженной или повышенной. Поставленная техническая задача решена в гидромеханической трансмиссии, содержащей входной и выходной валы, гидропередачу из двух гидравлически соединенных в замкнутый контур регулируемых гидромашин, четырехзвенный планетарный механизм,содержащий водило с парными сателлитами, два центральных колеса с наружными зубьями и центральное колесо с внутренними зубьями, управляемые муфты и зубчатые передачи. При этом вал первой гидромашины кинематически связан через зубчатую передачу с первым центральным колесом с наружными зубьями. Вал второй гидромашины кинематически связан через первые зубчатую передачу и управляемую муфту с центральным колесом с внутренними зубьями, а через вторые зубчатую передачу и управляемую муфту со вторым центральным колесом с наружными зубьями. Входной вал связан с водилом планетарного механизма, а выходной вал кинематически связан с центральным колесом с внутренними зубьями. Причем, согласно изобретению, каждая из гидромашин кинематически связана с соответствующим дополнительно введенным тормозом. Напорная и всасывающая гидролинии замкнутого контура гидропередачи соединены между собой через запорный клапан с электромагнитным управлением. На чертеже изображена схема гидромеханической трансмиссии. Гидромеханическая трансмиссия содержит входной вал 1, промежуточный вал 2 и выходной вал 3, гидропередачу из двух гидравлически соединенных в замкнутый контур регулируемых гидромашин 4 и 5, четырехзвенный планетарный механизм 6, включающий водило 7 с парными зацепляющимися сателлитами 8 и 9, центральные колеса 10 и 11 с наружными зубьями и центральное колесо 12 с внутренними зубьями. Управляемые муфты 13, 14, 15, 16, 17 предназначены для связи валов 2 и 3 с другими звеньями передачи. Первая гидромашина 4 через вал 18, зацепляющиеся зубчатые колеса 19, 20 связана с первым центральным колесом 10 с наружными зубьями. Вторая гидромашина 5 через вал 21, зацепляющиеся зубчатые колеса 22, 23 и первую управляемую муфту 13 связана с центральным колесом 12 с внутренними зубьями. Вторая гидромашина 5 через вал 21,зацепляющиеся зубчатые колеса 24, 25 и вторую управляемую муфту 14 связана также со вторым центральным колесом 11 с наружными зубьями. Входной вал 1 связан с водилом 7 четырехзвенного планетарного механизма 6. Выходной вал 3 через зубчатые передачи и промежуточный вал 2 связан тремя кинематическими связями с центральным колесом 12 с внутренними зубьями. Первая связь осуществляется через зубчатые колеса 26, 27 и муфту 15. Вторая связь осуществляется через зубчатые колеса 28, 29 и муфту 16. Третья связь осуществляется через зубчатые колеса 30, 31 и 32 и муфту 17. В целом гидромеханическая трансмиссия разделяется на объемную гидромеханическую передачу (ОГМП) и механический диапазонный редуктор. В состав ОГМП входит четырехзвенный планетарный механизм 6, зубчатые колеса 19, 20, 22-25, муфты 13, 14 и гидропередача из гидромашин 4, 5. В состав диапазонного редуктора входят валы 2, 3,зубчатые колеса 26-32 и муфты 15-17. Для обеспечения блокировки гидропередачи установлены дополнительные тормозы 33 и 34, связанные с гидромашинами 4 и 5 соответственно. Для включения муфт 13, 14 и тормозов 33 и 34 установлены гидроцилиндры 35, 36, 37, 38 соответственно. Гидроцилиндры 35, 36, 37, 38 соединены с распределителями 39, 40, 41, 42 соответственно. Упомянутые распределители 39, 40, 41, 42 соединены с блоком 43 электронного управления. С блоком 43 электронного управления соединены также датчики 44 и 45 частоты вращения входного вала 1 и промежуточного вала 2 соответственно для регистрации текущего передаточного отношения ОГМП 2/1. 11874 1 2009.04.30 Для исключения кинематического несоответствия валов 18, 21 гидромашин 4, 5 и любой из блокированной передачи (пониженной или повышенной) напорная 46 и всасывающая 47 гидролинии замкнутого контура гидропередачи соединены между собой через запорный клапан 48 с электромагнитным управлением. Гидромеханическая трансмиссия работает следующим образом. Путем включения муфт 15-17 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 режим А 1, когда включена муфта 13 и выключена муфта 14, и режим В, когда включена муфта 14 и выключена муфта 13. На низшем диапазоне включена муфта 16, что приводит к соединению валов 2 и 3 через зубчатые колеса 28 и 29. Рассмотрим работу передачи на режиме А. В исходном положении валы 2, 3, центральное колесо 12 с внутренними зубьями, зубчатые колеса 22, 23, вал 21 и гидромашина 5 находятся в неподвижном состоянии, а гидромашины 4 и 5 имеют соответственно нулевой и максимальный рабочие объемы. Входной вал 1 приводит в движение водило 7, которое при неподвижном центральном колесе 12 вращает сателлиты 8, 9 и центральные колеса 10, 11 без нагрузки. Центральное колесо 10 приводит в движение гидромашину 4 через зубчатые колеса 20, 19 и вал 18. При трогании машины система управления постепенно увеличивает рабочий объем гидромашины 4 от нулевого до максимального значения, при этом гидромашина 4 создает движение через гидромашину 5 и звенья 22, 23, 13,29, 28, 16 и выходной вал 3. Скорость выходного вала 3 и передаточное отношение передачи увеличиваются пропорционально изменению рабочего объема гидромашины 4. Мощность передается с входного вала 1 на водило 7, где разделяется на механический и гидравлический потоки. Механическая мощность направляется через звенья 7, 9, 12 на вал 2, где суммируется с гидравлической мощностью, передающейся через звенья 7, 10, 20,19, 18, гидромашин 4, 5, звенья 22, 23, 13. Вал 2 приводит в движение выходной вал 3 через зубчатые колеса 29, 28 и муфту 16. С ростом передаточного отношения увеличивается доля передаваемой через гидромашины мощности. Гидромашина 4 кинематически связана с центральным колесом 10 планетарного механизма и работает в режиме гидронасоса, а гидромашина 5 работает в режиме гидромотора и связана с выходным валом 3. После достижения максимального рабочего объема гидромашины 4 производится регулирование гидромашины 5 путем уменьшения ее рабочего объема от максимального до нулевого значения, что приводит к уменьшению скорости вращения гидромашины 4 и связанного с ней центрального колеса 10 и к увеличению скорости центрального колеса 12 и связанного с ней выходного вала 3. На данном режиме гидравлическая мощность уменьшается от максимального до нулевого значения. При нулевом рабочем объеме гидромашины 5 происходит остановка гидромашины 4 и связанного с ней центрального колеса 10, а весь поток мощности передается чисто механическим путем. Это первая точка нулевой гидравлической мощности. При достижении этого первого заданного соотношения частот вращения входного вала 1 и вала 2, регистрируемых датчиками 44 и 45, возможна блокировка гидропередачи,т.е. включение пониженной передачи. При этом блок 43 электронного управления включает запорный клапан 48, соединяющий напорную 46 и всасывающую 47 гидролинии для исключения чрезмерного давления в замкнутом контуре циркуляции гидромашин 4 и 5, и распределитель 41, подающий жидкость в гидроцилиндр 37 для включения тормоза 33. В этом случае центральное зубчатое колесо 10 заторможено и мощность передается от входного вала 1 через водило 7, сателлиты 8, 9 и центральное колесо 12 на вал 2 и далее через зубчатые колеса 26, 27 или 28, 29 или 30, 31, 32 на выходной вал 3 при включении управляемых муфт 15 или 16, или 17 соответственно. При этом муфта 13 включена, муфта 14 и тормоз 34 выключены. 4 11874 1 2009.04.30 Переключение трансмиссии с режима А на режим В происходит при выключенном тормозе 33 путем одновременного включения муфты 14 и выключения муфты 13. Передаточные числа подобраны таким образом, что скорости звеньев 25 и 11 уравниваются между собой в момент переключения, что позволяет синхронизированно без нагрузки включить муфту 14 и выключить муфту 13, в результате чего гидромашина 5 соединяется с центральным колесом 11 через звенья 24, 25, 14. Гидромашины 4, 5 кинематически связаны с промежуточными звеньями планетарного механизма 10 и 11 соответственно, а входной вал 1 и выходной вал 3 связаны со звеньями планетарного механизма 7 и 12. При этом гидромашины не связаны с входным 1 или выходным 2 валами. На первом этапе регулируется гидромашина 5 путем увеличения ее рабочего объема от нулевого до максимального значения в обратную сторону по сравнению с режимом А. Происходит увеличение скорости вращения гидромашины 4 и валов 2, 3, соответственно возрастает передаточное отношение. Гидромашина 4 вращается в обратную сторону по сравнению с режимом А и переходит в режим работы гидромотора, а гидромашина 5 переходит в режим работы гидронасоса. Механический поток мощности передается через звенья 7, 9, 12,гидравлическая мощность направлена через звенья 7, 8, 9, 11, 14, 25, 24, 21 гидромашин 5,4, звенья 19, 20, 10. С увеличением рабочего объема гидромашины 5 происходит рост гидравлического потока мощности и уменьшение механического потока. После достижения гидромашиной 5 максимального объема производится регулирование гидромашины 4 путем уменьшения ее рабочего объема от максимального до нулевого значения, что приводит к замедлению вращения гидромашины 5 и звена 11 и к увеличению скорости вращения центрального колеса 12 и кинематически связанного с ним выходного вала 3. Происходит дальнейшее увеличение передаточного отношения. При максимальном передаточном отношении, когда рабочий объем гидромашины 4 равен нулю, центральное колесо 11 и связанная с ним гидромашина 5 находятся в неподвижном состоянии, а вся мощность передается механическим путем через планетарный механизм 6. Это вторая точка нулевой гидравлической мощности. При достижении этого второго заданного соотношения частот вращения входного вала 1 и вала 2, регистрируемых датчиками 44 и 45, блокируется гидропередача и включается повышенная передача. При этом блок 43 электронного управления также включает запорный клапан 48, соединяющий напорную 46 и всасывающую 47 гидролинии для исключения чрезмерного давления в замкнутом контуре циркуляции гидромашин 4 и 5, и распределитель 42, подающий жидкость в гидроцилиндр 38 для включения тормоза 34. В этом случае центральное зубчатое колесо 11 заторможено и мощность передается от входного вала 1 через водило 7, сателлиты 8, 9 и центральное колесо 12 на вал 2 и далее через зубчатые колеса 26, 27 или 28, 29 или 30, 31, 32 на выходной вал 3 при включении управляемых муфт 15 или 16 или 17 соответственно. При этом муфта 14 включена, муфта 13 и тормоз 33 - выключены. На втором диапазоне включена муфта 15 и соединение валов 2 и 3 происходит через зубчатые колеса 26, 27, а на диапазоне заднего хода включена муфта 17 и соединение валов 2 и 3 происходит через зацепляющиеся зубчатые колеса 30, 31, 32. Работа бесступенчатой передачи и переключение муфт 13 и 14 происходит так же, как и на первом диапазоне. Блокировка гидропередачи обеспечивает передачу мощности механическим путем через планетарный механизм. Это дает дополнительное повышение КПД гидромеханической трансмиссии. Регулирование скорости движения в этом случае обеспечивается изменением частоты вращения входного вала. Кроме того, блокировка дает возможность возвращения в гараж при отказе гидропередачи. В этом случае даже при остановленном тягово-транспортном средстве производится плавное включение тормоза 33 пониженной передачи, что обеспечивает плавное трогание тягово-транспортного средства с места и разгон и, при необходимости, последующее 5 11874 1 2009.04.30 включение тормоза 34 повышенной передачи. Блокировка гидропередачи позволяет осуществлять запуск машины с буксира, что бывает важно для работы машин в зимнее время. Источники информации 1.1273273, 1986. 2.2238457, 2004. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6