RU2328641C2 - Гидромеханическая трансмиссия, воспроизводящая четыре режима работы - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к гидромеханической трансмиссии, имеющей механическую и гидростатическую ветви и которая предназначена для использования в сельскохозяйственном тракторе. Гидромеханическая трансмиссия, воспроизводящая четыре режима с бесступенчатым регулированием скорости, содержит планетарный механизм (32), включающий в себя три планетарных ряда (34, 36, 38), четыре муфты (С1, С2, С3, С4) сцепления и тормоз (48) для реализации реверса. Первый гидростатический блок (20) находится в сцеплении со второй коронной шестерней (R2) планетарного механизма. В режимах Один и Четыре второй гидростатический блок (18) находится в сцеплении с водилом (28) посредством первой муфты (С1). В режимах Два и Три второй гидростатический блок подсоединен к солнечной шестерне (S2) второго ряда планетарного механизма посредством второй муфты (С2) сцепления. В режимах Один и Два третья муфта (С3) сцепления соединяет водило (28) с выходным валом (46). В режимах Три и Четыре четвертая муфта (С4) сцепления соединяет солнечную шестерню (S2) второго планетарного ряда с выходным валом (46). Третий планетарный ряд (38) снабжен тормозом (48) для осуществления реверса. Когда тормоз (48) для реверса входит в сцепление и обе муфты, третья и четвертая (С3, С4), выведены из зацепления, солнечная шестерня (S3) третьего ряда и, следовательно, выходной вал (46) трансмиссии совершают обратное вращение. Это позволяет создать компактную гидромеханическую трансмиссию, которая может обеспечивать бесступенчатое регулирование в пределах диапазона реализуемых ею скоростей без снижения кпд в рабочем диапазоне. 4 н. и 23 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к гидромеханической трансмиссии, имеющей как механическую, так и гидростатическую ветви, в особенности к такой трансмиссии, которая предназначена для использования в сельскохозяйственном тракторе.

Уровень техники

Основная проблема при передаче мощности от двигателя на землю, будь то сельскохозяйственные трактора или дорожные транспортные средства, заключается в том, что для различных рабочих условий необходимы различные передаточные отношения между двигателем и колесами или гусеницами. Традиционно эта проблема решается с помощью дискретных передаточных отношений. Такие передаточные отношения можно выбирать вручную, как это производят в известных коробках передач с ручным переключением, так и с помощью управляемой оператором коробки передач с переключением ступеней посредством сервопривода. Передаточные отношения, кроме того, можно регулировать с помощью трансмиссии так, как это осуществляется в автоматических трансмиссиях, обычно используемых в автомобилях. Однако существует конечное количество возможных передаточных отношений, и эти располагаемые передаточные отношения не всегда являются оптимальными.

В связи с этим желательно использование бесступенчатых трансмиссий. Такие трансмиссии обычно выполняются в виде гидростатических приводов, которые встречаются, например, в самоходных сельскохозяйственных комбайнах и тракторах для газонов. Другим решением является такой электрический привод, который используется в рельсовых локомотивах и в некотором наземном движущемся оборудовании. Оба решения имеют недостатки с точки зрения стоимости и эффективности.

Еще одно решение указанной проблемы - гидромеханическая трансмиссия. Гидромеханическими являются такие трансмиссии, которые объединяют механическую трансмиссию с гидростатическим блоком. Хотя механические трансмиссии обычно более эффективны и надежны, чем чисто гидростатические трансмиссии, они имеют недостатки, не присущие бесступенчатым передачам, поскольку являются более дорогостоящими, чем гидростатические трансмиссии. Подобным образом основной недостаток гидростатических трансмиссий заключается в том, что они менее эффективны, чем механические. Кроме того, гидростатические трансмиссии обычно требуют применения крупногабаритных элементов, например больших насосов и гидромоторов, что увеличивает объем трансмиссии. Основное преимущество гидромеханических трансмиссий над гидростатическими приводами заключается в том, что часть мощности передается механическим путем, что позволяет получить бóльшую величину кпд, чем в случае чисто гидростатических приводов.

Чтобы удовлетворить существующим ограничениям по объему, уменьшить стоимость, повысить кпд и обеспечить бесступенчатое регулирование скорости, разработаны гидромеханические трансмиссии, которые объединяют самые лучшие качества обоих типов трансмиссий. Гидромеханические трансмиссии обычно выполняют с разделением потока подводимой мощности так, что гидростатический блок и механическая трансмиссия приводятся в действие параллельно с помощью двигателя транспортного средства. Для получения выходной гидромеханической мощности в многочисленных диапазонах ее величины гидростатическую выходную мощность объединяют в механической трансмиссии с механической мощностью, подводимой от двигателя отдельно. В каждом диапазоне мощностей изменением длины хода поршня в гидростатическом блоке можно бесступенчато изменять скорость и крутящий момент.

Однако предпринятые ранее попытки использования гидромеханических трансмиссий в сельскохозяйственных тракторах имеют недостатки. В некоторых известных гидростатических трансмиссиях для выполнения переключения между диапазонами низких и высоких мощностей необходима остановка транспортного средства. Среди иных трансмиссий одни имеют высокую степень сложности конструкции, в то время как для других трансмиссий точка переключения режимов находится в диапазоне рабочей области (соответствующем проведению полевых работ), и к.п.д. трансмиссии в этой точке переключения будет ниже, чем в интервале между переключениями режимов. Кроме того, многие гидромеханические трансмиссии для обеспечения заднего хода требуют наличия дополнительных зубчатых передач.

В уровне техники известно три основных типа гидромеханических контуров. К первому относится тип с объединенным входом или разделением крутящего момента. Такой контур содержит один гидростатический блок, соединенный или находящийся в зубчатом зацеплении с входным валом трансмиссии. Гидростатический блок обычно выполнен с переменным рабочим объемом. Другой гидростатический блок подсоединен или находится в сцеплении с планетарным механизмом, обеспечивающим разделение крутящего момента. Этот блок зачастую представляет собой блок с фиксированным рабочим объемом. Второй тип контура с объединенным входом или разделением по скорости. В конструкции этого типа один гидростатический блок подсоединен к выходному валу трансмиссии, а другой блок подсоединен или находится в зацеплении с планетарным механизмом разделения крутящего момента. На практике оба гидростатических блока обычно представляют собой блоки с переменным рабочим объемом. К третьему типу относится контур с четырьмя валами или контур комбинированного типа. Для данного типа конструкции гидростатический блок не подсоединяют ни к входному валу трансмиссии, ни к выходному валу. Вместо этого оба гидростатических блока соединены или находятся в зацеплении с планетарным механизмом, разделяющим крутящий момент. При этом может быть использован один или более чем один планетарный ряд.

В большинстве гидромеханических трансмиссий используют только один тип гидромеханического контура. При этом наиболее часто в них используют контур с подсоединением к входному валу или разделением крутящего момента. Эти трансмиссии отличаются друг от друга количеством реализуемых рабочих режимов и выполнением зубчатых передач, но гидромеханический контур выполнен одинаковым. Известно применение всех трех указанных контуров в одной трансмиссии. Известные трансмиссии такого типа воспроизводят три режима, из которых первый режим - контур с объединенным входом, второй - контур комбинированного типа, а третий - нерегенеративная часть контура с объединенным входом. Преимущество трансмиссии такого типа заключается в том, что оба переключения режимов производятся синхронно, без разрыва потока мощности. Основной недостаток этих трансмиссий заключается в том, что для заданного уровня мощности гидростатические блоки имеют большие размеры, чем в трансмиссиях с большим количеством передач, осуществляемых с подключением к входному валу.

Таким образом, существует явная необходимость в создании гидромеханической компактной трансмиссии, которая может обеспечивать бесступенчатое регулирование в пределах диапазона реализуемых ею скоростей без значительного снижения кпд в рабочем диапазоне.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в создании гидромеханической трансмиссии, обеспечивающей оптимальное функционирование сельскохозяйственного трактора.

Другая задача данного изобретения заключается в создании трансмиссии с корпусом, по длине подобным действующим механическим трансмиссиям и позволяющим легко размещать трансмиссию в существующих конструкциях трактора при минимальной ее модификации для определенного трактора. Многие используемые до настоящего времени трансмиссии не включают в состав комбинированной механической трансмиссии зубчатую пару для заднего хода, а вместо этого для переключения между направлением движения вперед и назад содержат отдельную зубчатую пару, расположенную до или после комбинированной механической трансмиссии. Такая конструкция занимает больший объем, и для нее перед переключением передачи, производимым для движения вперед или назад, может быть необходима остановка транспортного средства.

Описанная здесь гидромеханическая трансмиссия воспроизводит четыре режима работы и имеет планетарный механизм, включающий в себя три планетарных ряда наряду с четырьмя муфтами сцепления и тормозом для реверса, что обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости при отсутствии дополнительной зубчатой передачи для изменения направления движения. Первый гидростатический блок входит в зацепление с коронной шестерней второго ряда планетарного механизма, предназначенного для разделения крутящего момента. В режиме Один и режиме Четыре второй гидростатический блок вводится в зацепление с водилом сателлитов посредством первой муфты сцепления и зубчатой пары. В режимах Два и Три второй гидростатический блок посредством второй муфты сцепления и второй пары зубчатых колес вводится в зацепление с солнечной шестерней второго ряда планетарного механизма, обеспечивающего разделение крутящего момента. В режимах Один и Два третья муфта сцепления соединяет водило сателлитов с выходным валом. В режимах Три и Четыре четвертая муфта сцепления соединяет солнечную шестерню второго планетарного ряда с выходным валом. Дополнительно имеется тормоз для реализации реверса (т.е. заднего хода), примыкающий к третьему планетарному ряду. Этот планетарный ряд содержит шесть сателлитов, три из которых сцеплены с солнечной шестерней третьего ряда, но не входят в зацепление с коронной шестерней, а другие три сцеплены с коронной шестерней и не сцеплены с солнечной шестерней. Каждый сателлит, который находится в зацеплении с солнечной шестерней, кроме того, сцеплен с одним из сателлитов, который сцеплен с коронной шестерней. Соответственно, когда тормоз для реверса входит в сцепление, а третья и четвертая муфты выходят из зацепления, солнечная шестерня третьего ряда и, следовательно, выходной вал трансмиссии приводятся в обратное вращение.

Сформулированные выше и другие задачи данного изобретения вместе с его преимуществами над известными аналогами, которые станут ясными из подробного нижеследующего описания, решаются с помощью гидромеханической трансмиссии, которая включает в себя: входной вал, приспособленный для соединения с источником вращательного движения; выходной вал, приспособленный для соединения с нагрузкой; гидростатическую трансмиссию, содержащую первый гидростатический блок, второй гидростатический блок, сообщающийся по жидкости с первым гидростатическим блоком; механическую трансмиссию, включающую в себя планетарный механизм, содержащий: первую муфту сцепления, вторую муфту сцепления, третью муфту сцепления и четвертую муфту сцепления; первый элемент, соединенный с входным валом и за счет этого приводимый во вращение; второй элемент, находящийся в приводном сцеплении с первым гидростатическим блоком; третий элемент, избирательно подсоединяемый ко второму гидростатическому блоку посредством первой муфты сцепления; четвертый элемент, подсоединяемый ко второму гидростатическому блоку посредством второй муфты сцепления, причем четвертый элемент находится в приводном соединении со вторым элементом; пятый элемент, подсоединенный к выходному валу, причем указанный пятый элемент избирательно подсоединяется к третьему элементу с помощью третьей муфты сцепления и избирательно подсоединяется к четвертому элементу с помощью четвертой муфты сцепления; и шестой элемент, избирательно соединяемый с основанием с помощью тормоза, предназначенного для осуществления реверсного вращения, при этом пятый элемент и выходной вал приводятся в действие при осуществлении реверсного вращения.

Другие задачи настоящего изобретения решаются с помощью гидромеханической трансмиссии, включающей в себя: входной вал, приспособленный для соединения с источником энергии вращательного движения; выходной вал, приспособленный для соединения с нагрузкой, гидростатическую трансмиссию, содержащую первый и второй гидростатические блоки, сообщающиеся по жидкости один с другим; механическую трансмиссию, имеющую планетарный механизм с тремя планетарными рядами, при этом механическая трансмиссия имеет несколько входных элементов, из которых один входной элемент соединен с входным валом и, тем самым, постоянно движется, а другие входные элементы избирательно присоединяются ко второму гидростатическому блоку посредством двух муфт сцепления, причем механическая трансмиссия объединяет мощность, поступающую от нескольких входных элементов, в единую суммарную гидромеханическую выходную мощность, подводимую к выходному валу с помощью двух муфт сцепления; и тормоз для реализации заднего хода, избирательно подсоединяемый к планетарному ряду механической трансмиссии; за счет этого трансмиссия воспроизводит четыре режима с передней скоростью и два режима заднего хода с бесступенчатым регулированием скорости в интервале между наибольшей скоростью заднего хода и наибольшей скоростью движения вперед.

Следующие задачи данного изобретения решаются с помощью гидромеханической трансмиссии, включающей в себя: входной вал, приспособленный для соединения с источником энергии вращательного движения; выходной вал, приспособленный для соединения с нагрузкой, планетарный механизм, содержащий первый планетарный ряд, второй планетарный ряд и третий планетарный ряд, при этом каждый планетарный ряд имеет солнечную шестерню и несколько сателлитов, причем каждый сателлит первого планетарного ряда выполнен заодно с соответствующим сателлитом второго планетарного ряда так, что они вращаются вместе, сателлиты каждого планетарного ряда смонтированы на общем водиле, второй и третий планетарные ряды, кроме того, содержат, каждый, коронную шестерню; входной вал с возможностью приводного вращения соединен с солнечной шестерней первого планетарного ряда; водило избирательно соединяется с выходным валом с помощью третьей муфты сцепления; солнечная шестерня второго планетарного ряда избирательно соединяется с выходным валом посредством четвертой муфты сцепления; второй гидростатический блок избирательно входит в зацепление с водилом посредством первой муфты сцепления и зубчатой пары; и избирательно входит в зацепление с солнечной шестерней второго планетарного ряда посредством второй муфты сцепления и второй зубчатой пары; первый гидростатический блок входит в зацепление с коронной шестерней второго планетарного ряда, причем первый гидростатический блок сообщается по жидкости со вторым гидростатическим блоком, при этом первый и второй гидростатические блоки выполнены с возможностью изменения рабочего объема таким образом, что увеличение рабочего объема первого гидростатического блока уменьшает рабочий объем второго гидростатического блока и увеличивает его скорость, и наоборот; тормоз для реализации заднего хода избирательно соединяется с коронной шестерней третьего планетарного ряда; при этом в выходном режиме Один первая и третья муфты сцепления находятся в зацеплении, рабочий объем первого гидростатического блока увеличивается до максимума, а рабочий объем второго гидростатического блока уменьшается до нулевого; в выходном режиме Два первая муфта выведена из зацепления, вторая муфта находится в зацеплении, рабочий объем второго гидростатического блока увеличивается при его изменении в противоположном направлении по отношению к режиму Один, а рабочий объем первого гидростатического блока уменьшается до тех пор, пока все элементы планетарного механизма не будут вращаться с одной и той же скоростью; в выходном режиме Три третья муфта сцепления выведена из зацепления, четвертая муфта находится в сцеплении, рабочий объем первого гидростатического блока увеличивается до максимального, а рабочий объем второго гидростатического блока уменьшается до нулевого; в выходном режиме Четыре вторая муфта сцепления выведена из зацепления, первая муфта находится в зацеплении, рабочий объем второго гидростатического блока увеличивается до максимального при его изменении в противоположном направлении по отношению к режиму Три, а рабочий объем первого гидростатического блока уменьшается до нулевого; и в выходных режимах Один и Два для осуществления заднего хода тормоз для реверса избирательно входит в зацепление.

Еще ряд задач настоящего изобретения решается с помощью сельскохозяйственного трактора, содержащего: двигатель, приводные колеса, гидромеханическую трансмиссию, получающую привод от двигателя и соединенную с приводными колесами с возможностью их приводного вращения, при этом гидромеханическая трансмиссия содержит: входной вал, приспособленный для соединения с двигателем, выходной вал, приспособленный для соединения с приводными колесами; гидростатическую трансмиссию, включающую в себя: первый гидростатический блок, второй гидростатический блок, сообщающийся по жидкости с первым гидростатическим блоком; механическую трансмиссию, имеющую планетарную передачу, включающую в себя первую муфту сцепления, вторую муфту сцепления, третью муфту сцепления и четвертую муфту сцепления; первый элемент, присоединенный к входному валу и, тем самым, приводимый им во вращение; второй элемент, находящийся в приводном сцеплении с первым гидростатическим блоком; третий элемент, избирательно соединяемый со вторым гидростатическим блоком посредством первой муфты сцепления; четвертый элемент, избирательно соединяемый со вторым гидростатическим блоком с помощью второй муфты сцепления; четвертый элемент, находящийся в приводном соединении со вторым элементом; пятый элемент, избирательно подсоединяемый к третьему элементу с помощью третьей муфты сцепления и избирательно соединяемый с четвертым элементом посредством первой муфты сцепления; и шестой элемент, избирательно соединяемый с основанием с помощью тормоза для реверса, причем при реализации реверса (заднего хода) приводятся во вращение пятый элемент и выходной вал; в результате трансмиссия воспроизводит четыре режима скорости движения вперед и два режима задней скорости с бесступенчатым регулированием скорости в интервале между предельной скоростью заднего хода и предельной скоростью движения вперед.

В качестве информации для специалистов в области техники, тесно связанной с настоящим изобретением, в данном описании раскрыто одно предпочтительное воплощение изобретения, которое показывает наилучший рассматриваемый в настоящее время путь практической реализации изобретения, со ссылкой на сопровождающие чертежи, являющиеся частью данного описания. Ниже подробно описан типичный пример воплощения. Показ всех различных форм и модификаций, в которых могло бы быть воплощено данное изобретение, в задачу описания не входит. Как таковое, представленное и описанное здесь воплощение изобретения является иллюстративным, и, как будет понятно специалистам, оно может быть модифицировано многими путями в пределах объема и сущности изобретения, при этом настоящее изобретение характеризуется приложенными пунктами формулы изобретения, а не изложенными в описании деталями.

Краткое описание чертежей

Для полного уяснения задач настоящего изобретения, а также технических средств и схемы конструкции, используемых согласно изобретению, необходимо обратиться к нижеследующему подробному описанию и сопровождающим чертежам.

Фиг.1 - кинематическая схема гидромеханической трансмиссии в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 - кинематическая схема гидромеханической трансмиссии, соответствующей настоящему изобретению, функционирующей в режиме Один.

Фиг.3 - кинематическая схема гидромеханической трансмиссии, соответствующей настоящему изобретению, функционирующей в режиме Два.

Фиг.4 - кинематическая схема гидромеханической трансмиссии, соответствующей настоящему изобретению, функционирующей в режиме Три.

Фиг.5 - кинематическая схема гидромеханической трансмиссии, соответствующей настоящему изобретению, функционирующей в режиме Четыре.

Фиг.6 - диаграмма, отображающая зависимость между рабочим объемом гидростатического блока и скоростью движения по земле.

Осуществление изобретения

Гидромеханическая трансмиссия согласно настоящему изобретению схематически показана на фиг.1 и обозначена в целом позицией 10. Трансмиссия 10 имеет входной вал 12, приспособленный для соединения с двигателем (не показан) или другим источником энергии вращательного движения и получения от него привода. Трансмиссия имеет пару гидростатических блоков 18 и 20. Эти блоки гидравлически соединены при помощи трубопроводов (не показаны) с образованием гидростатической трансмиссии. Оба блока 18 и 20 являются устройствами с переменным рабочим объемом.

Трансмиссия 10 включает в себя комбинированную механическую трансмиссию 30, содержащую планетарный механизм 32. Планетарный механизм 32 содержит три планетарных ряда 34, 36 и 38. Планетарные ряды имеют общее водило 28, которое перемещает сателлиты Р1 и Р2 планетарных рядов 34 и 36 соответственно. Водило 28, кроме того, перемещает сателлиты Р3 и Р4 планетарного ряда 38 реверса. Сателлиты Р1 и Р2 изготовлены за одно целое и, таким образом, вращаются вместе. При этом сателлит Р2 соединен с коронной шестерней R2. Коронная шестерня R2 изготовлена за одно целое с шестерней 40. При этом шестерня 40 приводится во вращение приводной шестерней 42, установленной на выходном валу 44 гидростатического блока 20. В результате коронная шестерня R2 служит входным элементом для восприятия гидростатической мощности.

Входной вал 12 трансмиссии, помимо того, приводит во вращение солнечную шестерню S1 первого планетарного ряда 34 с помощью шестерни 14 и шестерни 16 и вала 17, тем самым солнечная шестерня S1 является входным элементом для восприятия механической мощности. Солнечная шестерня S1 находится в сцеплении с сателлитом Р1. Планетарный ряд 36 включает в себя солнечную шестерню S2, находящуюся в зацеплении с сателлитом Р2.

Муфты сцепления С3 и С4 избирательно соединяют элементы планетарного механизма с выходным валом 46 механической трансмиссии. Муфта С3 может входить в зацепление для обеспечения соединения водила 28 с выходным валом 46 в интервале низких скоростей движения вперед. Муфта С4 может входить в зацепление для соединения солнечной шестерни S2 с выходным валом 46 в интервале высоких скоростей движения вперед.

Выход 22 гидростатического блока 18 селективно подсоединяется к водилу 28 с помощью муфты сцепления С1 и шестерней 23 и 24. Кроме того, выход 22 избирательно подсоединяется к валу 25 и солнечной шестерне S2 посредством муфты сцепления С2 и шестерней 26 и 27.

Выходной вал 46 прикреплен к солнечной шестерне S3. Коронная шестерня R3 избирательно соединяется с основанием через тормоз 48 для реверса. Это приводит к остановке вращения коронной шестерни R3 и вращению солнечной шестерни S3 в противоположном направлении в диапазоне скоростей заднего хода. Когда тормоз 48 для реверса приводится в действие и муфты С3 и С4 выводятся из зацепления, солнечная шестерня S3 приводит во вращение выходной вал 46.

Выходной вал 46 механической трансмиссии изготовлен за одно целое с шестерней 50, которая, в свою очередь, входит в зацепление с шестерней 52, установленной на смещенном (относительно вала 46) валу 54. Смещенный вал 54 присоединен к дифференциальному приводному валу (не показан) трактора, предназначенному для соединения гидромеханической трансмиссии 10 с нагрузкой.

Трансмиссия 10 работает в четырех режимах. Каждый режим реализует отдельный путь (передачи мощности) через механическую трансмиссию 30 к выходному валу 46, в результате чего для каждого диапазона получаются свои передаточные отношения.

Работа трансмиссии в режиме Один

В рабочем режиме Один муфты С1 и С3 находятся в зацеплении, как показано на фиг.2. При нулевой скорости вращения выходного вала гидростатический блок 18 находится в положении с максимальным рабочим объемом и, поскольку он подсоединен к выходу с помощью муфт сцепления С1 и С3, его скорость равна нулю. При нулевой скорости выходного вала гидростатический блок 20 имеет относительно высокую скорость. Для приведения выходного вала трансмиссии во вращение рабочий объем гидростатического блока 20 увеличивают, заставляя его нагнетать жидкость в гидростатический блок 18, вынуждая, тем самым, гидравлический блок 18 и выходной вал трансмиссии вращаться. Когда рабочий объем гидростатического блока 20 достигает своей максимальной величины, блок 20 остается при максимальном рабочем объеме, в то же время рабочий объем гидростатического блока 18 уменьшается. При уменьшении рабочего объема гидростатического блока 18 до нулевого поток жидкости к гидростатическому блоку 20 от него блокируется, что приводит к остановке вращения гидростатического блока 20 и коронной шестерни R2. Когда гидростатический блок 20 находится при нулевой скорости, а гидростатический блок 18 - при нулевом рабочем объеме, гидростатическая мощность равна нулю и вся мощность передается механическим путем. В этом случае для переключения на рабочий режим Два муфту С1 выводят из зацепления, а муфту С2 вводят в зацепление. Поскольку гидростатический блок 18 находится при нулевом рабочем объеме, номинальный крутящий момент равен нулю. Зубчатое зацепление с муфтами сцепления С1 и С3 выбирают таким образом, чтобы при переключении режима Один на режим Два скорость элементов сцепления относительно муфты сцепления С2 была равна нулю. Из-за необходимости обеспечения условий синхронизации и нулевого крутящего момента муфтами сцепления С1 и С2 могут быть любые муфты с обычными фрикционными дисками или механизмами переключения кулачкового типа, которые обычно используют при ручном переключении трансмиссий. В режиме Один реверс (задний ход) осуществляется путем ввода тормоза 48 для реверса в зацепление и вывода муфты С3 из зацепления. Это позволяет солнечной шестерне 53 и, следовательно, выходному валу трансмиссии совершать обратное вращение.

Работа в режиме Два

Как показано на фиг.3, муфты С2 и С3 находятся в зацеплении. При минимальной скорости вращения выходного вала в режиме Два гидростатический блок 18 имеет нулевой рабочий объем и высокую скорость вращения, в то время как гидростатический блок 20 имеет максимальный рабочий объем и нулевую скорость вращения. Для увеличения выходной скорости рабочий объем гидростатического блока 18 увеличивается при его изменении в противоположном направлении по отношению к режиму Один. Это приводит к уменьшению скорости вращения гидростатического блока 18 и увеличению скорости вращения гидростатического блока 20. После того, как рабочий объем гидростатического блока 18 достигнет максимума, он поддерживается максимальным, в то же время рабочий объем гидростатического блока 20 уменьшается. В этом режиме рабочий объем гидростатического блока 20 уменьшается до тех пор, пока скорость коронной шестерни R2 не станет такой же, что и скорость солнечной шестерни S1. При переключении с режима Два на режим Один рабочий объем гидростатического блока 20 будет составлять приблизительно 60-65% рабочего объема гидростатического блока 18, но, вообще говоря, эта величина зависит от выбранного конкретного передаточного отношения. В это время муфта С4 может находиться в зацеплении, а муфта С3 может быть выведена из зацепления. Поскольку все элементы планетарного механизма, разделяющего крутящий момент, вращаются с одинаковой скоростью, то переключение с режима Один на режим Три также будет синхронным, ввиду того, что все элементы муфты С4 сцепления вращаются с одинаковой скоростью. Однако эти муфты будут передавать крутящий момент, поэтому муфта С4 должна быть приведена в зацепление прежде, чем С3 будет выведена из зацепления, иначе поток мощности будет прерван. В режиме Два для реализации реверса (заднего хода) тормоз 48 реверса находится в зацеплении, а муфта С3 выводится из зацепления, что позволяет солнечной шестерне S3 и, следовательно, выходному валу трансмиссии совершать обратное вращение.

Работа в режиме Три

Как показано на фиг.4, муфты С2 и С4 находятся в положении сцепления. При минимальной скорости вращения выходного вала в режиме Три рабочие объемы и скорости обоих гидростатических блоков 18 и 20 будут одинаковыми, как и в режиме Два при максимальной выходной скорости. Для повышения выходной скорости в режиме Три рабочий объем гидростатического блока 20 увеличивают до максимума. Затем, поддерживая гидростатический блок 20 при максимальном рабочем объеме, рабочий объем гидростатического блока 18 уменьшают до нулевого, еще больше увеличивая выходную скорость. В это время гидростатический блок 18, рабочий объем которого равен нулю, блокирует ток жидкости как к гидростатическому блоку 20, так и из этого блока, останавливая, тем самым, вращение гидростатического блока 20. Для переключения от режима Три к режиму Четыре муфта С2 выводится из зацепления, а муфта С1 вводится в зацепление. Крутящие моменты и скорости этих муфт сцепления одинаковы, как при переключении от режима Один к режиму Два. Кроме того, вся мощность передается механически, как и при переключении от режима Один к режиму Два. В режиме Три реверс (обратный ход) не предусмотрен.

Работа в режиме Четыре

Как показано на фиг.5, муфты С1 и С4 находятся в положении сцепления. При минимальной скорости вращения выходного вала в режиме Четыре рабочие объемы и скорости обоих гидростатических блоков 18 и 20 будут одинаковыми, как и в режиме Три при максимальной выходной скорости. Для повышения выходной скорости в режиме Четыре рабочий объем гидростатического блока 18 увеличивают до максимума при его изменении в противоположном направлении по отношению к режимам Два и Три. В то время как гидростатический блок 18 поддерживается при максимальном рабочем объеме, рабочий объем гидростатического блока 20 уменьшается до нулевого. В это время скорость гидростатического блока 18 нулевая, гидростатическая мощность равна нулю, и вся мощность передается механическим путем. Реверс в режиме Четыре не предусмотрен.

Фиг.6 иллюстрирует относительный процентный рабочий объем гидростатических блоков 18 и 20 в зависимости от скорости движения по земле. Линия, обозначенная как H1, показывает процентный рабочий объем гидростатического блока 20, в то время как линия Н2 показывает процентный рабочий объем гидростатического блока 18. Точка переключения с режима Один на режим Два обозначена позицией SP1. Точка переключения с режима Два на режим Три обозначена позицией SP2. Точка переключения с режима Три на режим Четыре обозначена позицией SP3. Графическая зависимость на фиг.6 приведена для иллюстрации величины рабочего объема гидростатических блоков в зависимости от скорости движения по земле в одном предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники понятно, что величины скорости движения по земле зависят от ряда переменных, таких как размер шестерни, размер шины и число оборотов двигателя в минуту.

Описанная выше гидромеханическая трансмиссия отличается от трансмиссий, известных из аналогов, тем, что она имеет четыре режима переднего хода и два режима заднего хода и использует два из трех известных типов гидромеханических контуров. При движении вперед и при заднем ходе в режиме Один задействован контур с объединенным выходом. В случае движения вперед и при осуществлении заднего хода в режиме Два реализуется комбинированный тип контура. Движение вперед в режиме Три реализуется контуром с объединенным входом, а движение вперед в режиме Четыре - комбинированным типом контура. В результате трансмиссия воспроизводит три выходных передаточных отношения для движения вперед, при которых гидростатическая мощность равна нулю. Эти передаточные отношения соответствуют точке переключения от режима Один к режиму Два, точке переключения от режима Три к режиму Четыре и максимальному передаточному отношению трансмиссии. Поскольку вблизи указанных рабочих точек гидростатическая мощность мала, то вблизи этих рабочих точек достигается высокая эффективность трансмиссии. Кроме того, в описанной выше трансмиссии используется только четыре муфты сцепления и один тормоз для четырех рабочих режимов движения вперед и для двух режимов заднего хода. Для сравнения, ранее известные многоконтурные трансмиссии используют минимум пять муфт сцепления и один тормоз, чтобы реализовать три рабочих режима движения вперед и три режима заднего хода. Соответственно раскрытая в данном описании трансмиссия имеет преимущество с точки зрения стоимости и простоты конструкции. Помимо того, за счет использования указанных четырех режимов работы предложенная трансмиссия решает проблему больших размеров гидростатического блока. Настоящая трансмиссия может использовать гидростатические блоки такого же размера, как и в случае трансмиссий намного меньшей мощности. Помимо того, данная трансмиссия решает проблему низкого кпд в точке переключения в области рабочего диапазона. Хотя в раскрытой здесь трансмиссии переключение режима производится конкретно при скорости примерно 9 км/ч, которая является обычно используемой рабочей скоростью, вся мощность передается механическим путем, поэтому эта точка переключения характеризуется незначительным снижением кпд или вообще отсутствием снижения кпд. Уменьшение кпд имеет место после переключения с режима Два на режим Три, но это происходит при скорости приблизительно 20 км/ч, которая является скоростью, как правило, не используемой при полевых работах или перевозке, так что это влияние не является значительным. При этой скорости гидростатическая мощность составляет менее 50%, поэтому кпд остается еще относительно высоким.

Как видно из вышеизложенного, задачи данного изобретения решаются с помощью трансмиссии описанной выше схемы. Хотя в соответствии с патентным законодательством здесь приведены и подробно раскрыты лишь лучшие режимы и предпочтительные примеры воплощения изобретения, это не означает, что они являются исчерпывающими или даны для ограничения изобретения описанной конкретной формой воплощения. В свете вышеизложенного возможны очевидные модификации или варианты. Приведенное воплощение было выбрано и описано с целью наилучшей иллюстрации принципов действия данного изобретения и иллюстрации его реализации на практике, чтобы любой из средних специалистов в данной области техники мог использовать изобретение в различных воплощениях и модификациях, которые являются подходящими для конкретного предполагаемого использования. Все такие модификации и варианты соответствуют объему настоящего изобретения, определяемому приложенными пунктами формулы при их толковании с той широтой, с которой они должным образом и законно предоставляют право на патент.

Claims (27)

1. Гидромеханическая трансмиссия, включающая в себя входной вал (12), приспособленный для соединения с источником энергии вращательного движения; выходной вал (54), приспособленный для соединения с нагрузкой; гидростатическую трансмиссию, содержащую первый гидростатический блок (20) и второй гидростатический блок (18), сообщающийся по жидкости с первым гидростатическим блоком (20); механическую трансмиссию (30), содержащую планетарный механизм (32), включающий в себя первую муфту (С1) сцепления, вторую муфту (С2) сцепления, третью муфту (С3) сцепления и четвертую муфту (С4) сцепления; первый элемент (S1), соединенный с входным валом (12) и приводимый им во вращение; второй элемент (R2), находящийся в приводном сцеплении с первым гидростатическим блоком (20); третий элемент (28), избирательно подсоединяемый ко второму гидростатическому блоку (18) посредством первой муфты (С1) сцепления; четвертый элемент (S2), избирательно подсоединяемый ко второму гидростатическому блоку (18) с помощью второй муфты (С2) сцепления, четвертый элемент (S2), соединенный с возможностью привода со вторым элементом (R2); пятый элемент (S3), соединенный с выходным валом (46), при этом пятый элемент (S3) избирательно соединяется с третьим элементом (28) посредством третьей муфты (С3) сцепления, и избирательно соединяется с четвертым элементом (S2) с помощью четвертой муфты (С4) сцепления; и шестой элемент (R3), избирательно подсоединенный к основанию через тормоз (48) для реверса, при этом пятый элемент (S3) и выходной вал (46) приводятся во вращение при осуществлении реверса.

2. Гидромеханическая трансмиссия по п.1, в которой планетарный механизм (32) имеет три планетарных ряда (34, 36, 38).

3. Гидромеханическая трансмиссия по п.2, в которой первый и второй планетарные ряды (34, 36) содержат первый и второй сателлиты (P1, P2) соответственно, которые прикреплены один к другому, для совместного вращения.

4. Гидромеханическая трансмиссия по п.2, в которой три планетарных ряда (34, 36, 38) имеют общее водило (28).

5. Гидромеханическая трансмиссия по п.4, в которой водило (28) является указанным третьим элементом, избирательно подсоединяемым ко второму гидростатическому блоку (18) с помощью муфты (С1) сцепления.

6. Гидромеханическая трансмиссия по п.4, в которой три планетарных ряда (34, 36, 38) содержат первые сателлиты (Р1), находящиеся в зацеплении с первой солнечной шестерней (S1), вторые сателлиты (Р2), находящиеся в зацеплении со второй солнечной шестерней (S2), и третью коронную шестерню (R2), и в которой первые сателлиты (Р1) прикреплены ко вторым сателлитам (Р2), за счет чего они вращаются с одинаковой скоростью.

7. Гидродинамическая трансмиссия по п.6, в которой первая солнечная шестерня (S1) является указанным первым элементом, а первая коронная шестерня (R1) является указанным вторым элементом.

8. Гидродинамическая трансмиссия по п.6, в которой третья солнечная шестерня (S3) является указанным пятым элементом и закреплена на выходном валу (46).

9. Гидродинамическая трансмиссия по п.8, в которой вторая коронная шестерня (R3) является указанным шестым элементом.

10. Гидродинамическая трансмиссия, включающая в себя: входной вал (12), приспособленный для соединения с источником энергии вращательного движения; выходной вал (54), приспособленный для соединения с нагрузкой; гидростатическую трансмиссию, содержащую первый и второй гидростатические блоки (20, 18), сообщающиеся по жидкости один с другим; механическую трансмиссию (30), содержащую планетарный механизм (32) с тремя планетарными рядами (34, 36, 38), при этом механическая трансмиссия (30) имеет несколько входных элементов (17, 28, S2), из которых один входной элемент (17) соединен с входным валом (12), за счет чего непрерывно приводится во вращение, а другие входные элементы (28, S2) избирательно соединяются со вторым гидростатическим блоком (18) посредством муфт (C1, C2) сцепления, причем механическая трансмиссия (30) объединяет мощность, подводимую от большого количества входных элементов (17, 28, S2), с помощью двух муфт (С3, С4) сцепления, в единственный выход (54) гидромеханической мощности, соединенный с выходным валом (46); и тормоз (48) для реализации реверса, избирательно соединяемый с планетарным рядом (38) механической трансмиссии (30); в результате этого трансмиссия (10) имеет четыре режима скорости движения вперед и два режима скорости заднего хода с бесступенчатым регулированием скорости в интервале между максимальной скоростью заднего хода и максимальной скоростью движения вперед.

11. Гидромеханическая трансмиссия по п.10, в которой первый и второй планетарные ряды (34, 36) содержат первый и второй сателлиты (Р1, Р2) соответственно, которые прикреплены один к другому, для совместного вращения.

12. Гидромеханическая трансмиссия по п.10, в которой три планетарных ряда (34, 36, 38) имеют общее водило (28).

13. Гидромеханическая трансмиссия по п.12, в которой водило (28) является указанным третьим элементом, избирательно подсоединяемым ко второму гидростатическому блоку (18) с помощью муфты (С1) сцепления.

14. Гидромеханическая трансмиссия по п.12, в которой три планетарных ряда (34, 36, 38) содержат первые сателлиты (Р1), находящиеся в зацеплении с первой солнечной шестерней (S1), вторые сателлиты (Р2), находящиеся в зацеплении со второй солнечной шестерней (S2), и третью коронную шестерню (R2), и в которой первые сателлиты (Р1) прикреплены ко вторым сателлитам (Р2), за счет чего они вращаются с одинаковой скоростью.

15. Гидромеханическая трансмиссия по п.14, в которой вторая солнечная шестерня (S2) служит одним из нескольких входных элементов, избирательно подсоединяемых ко второму гидростатическому блоку (18).

16. Гидромеханическая трансмиссия по п.14, в которой третья солнечная шестерня (S3) третьего планетарного ряда (38) прикреплена к выходному валу (46).

17. Гидромеханическая трансмиссия по п.16, в которой второй зубчатый венец (R3) третьего планетарного ряда (38) избирательно подсоединяется к земле с помощью тормоза (48) для реализации реверса.

18. Гидродинамическая трансмиссия, включающая в себя: входной вал (12), приспособленный для соединения с источником энергии вращательного движения; выходной вал (54), приспособленный для соединения с нагрузкой; планетарный механизм (32), включающий в себя первый планетарный ряд (34), второй планетарный ряд (36) и третий планетарный ряд (38), при этом каждый планетарный ряд (34, 36, 38) содержит солнечную шестерню (S1, S2, S3) и несколько сателлитов (Р1, Р2, Р3, Р4), причем каждый сателлит (Р1) первого планетарного ряда (34) изготовлен заодно с сателлитом (Р2) второго планетарного ряда (36) с тем, чтобы они вращались вместе, сателлиты (Р1, Р2, Р3, Р4) каждого планетарного ряда (34, 36, 38) смонтированы на общем водиле (28), а второй и третий планетарные ряды (36, 38) каждый, кроме того, содержат коронную шестерню (R2, R3), при этом входной вал (12) соединен с солнечной шестерней (S1) первого планетарного ряда (34) с возможностью ее привода; водило (28) избирательно соединяется с выходным валом (46, 54) с помощью третьей муфты (С3) сцепления; солнечная шестерня (S2) второго планетарного ряда (36) избирательно соединяется с выходным валом (46, 54) посредством четвертой муфты (С4) сцепления; второй гидростатический блок (18) избирательно входит в зацепление с водилом (28) посредством первой муфты (С1) сцепления и зубчатой пары (23, 24) и избирательно входит в зацепление с солнечной шестерней (S2) второго планетарного ряда (36) посредством второй муфты (С2) сцепления и второй зубчатой пары (26, 27); первый гидростатический блок (20) входит в зацепление с коронной шестерней (R2) второго планетарного ряда (36), причем первый и второй гидростатические блоки (20, 18) выполнены с возможностью избирательного изменения рабочего объема таким образом, что увеличение рабочего объема первого гидростатического блока (18) уменьшает рабочий объем второго гидростатического блока и увеличивает его скорость, и наоборот; а тормоз (48) для реализации заднего хода селективно соединяется с коронной шестерней (R3) третьего планетарного ряда (38), при этом в выходном режиме Один первая и третья муфты (С1, С3) сцепления находятся в зацеплении, рабочий объем первого гидростатического блока (18) увеличивается до максимума, а рабочий объем второго гидростатического блока (20) уменьшается до нулевого; в выходном режиме Два первая муфта (С1) выведена из зацепления, вторая муфта (С2) находится в зацеплении, рабочий объем второго гидростатического блока (18) увеличивается при его изменении в противоположном направлении по отношению к режиму Один, а рабочий объем первого гидростатического блока (20) уменьшается до тех пор, пока все элементы планетарного механизма (32) не будут вращаться с одной и той же скоростью; в выходном режиме Три третья муфта (С3) сцепления выведена из зацепления, четвертая муфта (С4) находится в сцеплении, рабочий объем первого гидростатического блока (20) увеличивается до максимального, а рабочий объем второго гидростатического блока (18) уменьшается до нулевого; в выходном режиме Четыре вторая муфта (С2) сцепления выведена из зацепления, первая муфта (С1) находится в зацеплении, рабочий объем второго гидростатического блока (18) увеличивается до максимального при его изменении в противоположном направлении по отношению к режиму Три, а рабочий объем первого гидростатического блока (20) уменьшается до нулевого; и для осуществления заднего хода в выходных режимах Один и Два тормоз (48) для реверса избирательно входит в зацепление.

19. Сельскохозяйственный трактор, содержащий: двигатель; приводные колеса; гидромеханическую трансмиссию (10), приводящуюся в действие двигателем и соединенную с приводными колесами, состоящую из: входного вала (12), приспособленного для соединения с двигателем; выходного вала (54), приспособленного для соединения с приводными колесами; гидростатическую трансмиссию, содержащую первый гидростатический блок (20) и второй гидростатический блок (18), сообщающийся по жидкости с первым гидростатическим блоком (20); механическую трансмиссию (30), содержащую планетарный механизм (32), включающий в себя: первую муфту (С1) сцепления, вторую муфту (С2) сцепления, третью муфту (С3) сцепления и четвертую муфту (С4) сцепления; первый элемент (S1), соединенный с входным валом (12) и приводимый им во вращение; второй элемент (R2), находящийся в приводном сцеплении с первым гидростатическим блоком (20); третий элемент (28) избирательно подсоединяемый ко второму гидростатическому блоку (18) посредством первой муфты (С1) сцепления; четвертый элемент (S2), избирательно подсоединяемый ко второму гидростатическому блоку (18) с помощью второй муфты (С2) сцепления, четвертый элемент (S2), соединенный с возможностью привода со вторым элементом (R2); пятый элемент (S3), соединенный с выходным валом (46), при этом пятый элемент (S3) избирательно соединяется с третьим элементом (28) посредством третьей муфты (С3) сцепления, и избирательно соединяется с четвертым элементом (S2) с помощью четвертой муфты (С4) сцепления; и шестой элемент (R3), избирательно подсоединенный к основанию через тормоз (48) для реверса, при этом пятый элемент (S3) и выходной вал (46) приводятся во вращение при осуществлении реверса; и в результате такого выполнения трансмиссия (10) имеет четыре режима скорости движения вперед и два режима задней скорости с бесступенчатым регулированием скорости в интервале между максимальной скоростью заднего хода и максимальной скоростью движения вперед.

20. Сельскохозяйственный трактор по п.19, в котором планетарный механизм (32) имеет три планетарных ряда (34, 36, 38).

21. Сельскохозяйственный трактор по п.20, в котором первый и второй планетарные ряды (34, 36) содержат первый и второй сателлиты (P1, P2) соответственно, которые прикреплены один к другому, для совместного вращения.

22. Сельскохозяйственный трактор по п.20, в котором три планетарных ряда (34, 36, 38) имеют общее водило (28).

23. Сельскохозяйственный трактор по п.22, в котором водило (28) является указанным третьим элементом, избирательно подсоединяемым ко второму гидростатическому блоку (18) с помощью муфты (С1) сцепления.

24. Сельскохозяйственный трактор по п.22, в котором три планетарных ряда (34, 36, 38) содержат первые сателлиты (Р1), находящиеся в зацеплении с первой солнечной шестерней (S1), вторые сателлиты (P2), находящиеся в зацеплении со второй солнечной шестерней (S2), и третью коронную шестерню (R2), и в котором первые сателлиты (Р1) прикреплены ко вторым сателлитам (P2), за счет чего они вращаются с одинаковой скоростью.

25. Сельскохозяйственный трактор по п.24, в котором первая солнечная шестерня (S1) является указанным первым элементом, а первая коронная шестерня (R1) является указанным вторым элементом.

26. Сельскохозяйственный трактор по п.24, в которой третья солнечная шестерня (S3) является указанным пятым элементом и закреплена на выходном валу (46).

27. Сельскохозяйственный трактор по п.26, в котором вторая коронная шестерня (R3) является указанным шестым элементом.

Images