Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 6955
(13) U
(46) 2011.02.28
(51) МПК (2009)
B 60K 17/00
G 01N 19/02
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54) УСТРОЙСТВО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОГО
ТЕМПА ИЗМЕНЕНИЯ МОМЕНТА ТРЕНИЯ
ФРИКЦИОННЫХ МУФТ ПРИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ ПЕРЕДАЧ
ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ
(21) Номер заявки: u 20100513
(22) 2010.06.01
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Нацио-
нальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Автор: Басалаев Владимир Николаевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Нацио-
нальной академии наук Беларуси"
(BY)
(57)
Устройство обеспечения заданного темпа изменения момента трения фрикционных
муфт при переключении передач гидромеханической трансмиссии, содержащее контрол-
лер; датчик угловой скорости выходного вала коробки передач с фрикционными муфтами;
входные, выходные и сливные гидролинии; релейные электрогидравлические клапаны
включения фрикционных муфт, электрические входы которых подключены к выходам
контроллера, причем датчик угловой скорости выходного вала коробки передач подклю-
чен к входу контроллера, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком угловой скоро-
сти турбинного колеса гидротрансформатора, подключенным к входу контроллера.
BY6955U2011.02.28

2. BY 6955 U 2011.02.28
2
(56)
1. BY 5144, 2008.
Предлагаемая полезная модель относится к транспортной технике и может быть ис-
пользована в устройствах управления гидромеханическими трансмиссиями мобильных
машин, в которых переключение передач осуществляется с помощью фрикционных муфт.
Обеспечение заданного расчетного темпа (скорости) изменения момента трения фрик-
ционных муфт в процессе переключения передач связано с повышением качества указан-
ного процесса, обеспечение которого в настоящее время является актуальной задачей.
Превышение фактического темпа изменения момента трения над расчетным приводит к
возрастанию динамических нагрузок в гидромеханической трансмиссии и мощности бук-
сования фрикционных муфт, а уменьшение указанного темпа ниже расчетного - к увели-
чению работы буксования фрикционных муфт и температуры нагрева фрикционных
дисков. Это снижает качество процесса переключения передач и способствует сокраще-
нию ресурса работы трансмиссии.
В качестве ближайшего аналога предлагаемому техническому решению служит уст-
ройство обеспечения заданного темпа изменения момента трения фрикционных муфт при
переключении передач механической трансмиссии [1].
Это устройство снабжено микропроцессорным контроллером, в котором задается ха-
рактеристика двигателя, а также информация о параметрах мобильной машины, содержа-
щей механическую трансмиссию, включающую коробку передач (КП) с фрикционными
муфтами. Для автоматического управления фрикционными муфтами КП в этом устройст-
ве используются релейные электрогидравлические клапаны. Текущая информация об из-
менении параметров движения мобильной машины поступает от датчиков угловых
скоростей двигателя и выходного вала КП, а также от датчика нагрузки двигателя.
Импульсные включения и выключения релейных электрогидравлических клапанов
фрикционных муфт КП позволяют обеспечить в них заданный темп изменения момента
трения в процессе переключения передач за счет использования обратной связи по факти-
ческому ускорению двигателя.
Однако для гидромеханической трансмиссии, содержащей гидротрансформатор (ГТ),
для обеспечения заданного темпа изменения момента трения включаемой муфты в про-
цессе переключения передач необходимо определять в указанном процессе режим работы
ГТ, что требует новых технических решений.
Задачей настоящего технического решения является расширение функциональных
возможностей устройства.
Поставленная задача решается в устройстве обеспечения заданного темпа изменения
момента трения фрикционных муфт при переключении передач гидромеханической
трансмиссии, содержащем контроллер, датчик угловой скорости выходного вала коробки
передач с фрикционными муфтами, входные, выходные и сливные гидролинии; релейные
электрогидравлические клапаны включения фрикционных муфт, электрические входы ко-
торых подключены к выходам контроллера, причем датчик угловой скорости выходного
вала коробки передач подключен к входу контроллера, при этом, согласно техническому
решению, оно снабжено датчиком угловой скорости турбинного колеса гидротрансформа-
тора, подключенным к входу контроллера.
Предлагаемое устройство позволяет обеспечить заданный темп изменения момента
трения фрикционных муфт в процессе переключения передач гидромеханической транс-
миссии при импульсном включении и выключении фрикционных муфт КП за счет ис-
пользования обратной связи по фактическому ускорению турбинного колеса ГТ.
На фигуре дана схема устройства обеспечения заданного темпа изменения момента
трения фрикционных муфт при переключении передач гидромеханической трансмиссии.

3. BY 6955 U 2011.02.28
3
Устройство содержит двигатель 1; гидротрансформатор 2, содержащий насосное 3 и
турбинное 4 колеса; датчик 5 угловой скорости турбинного колеса 4 гидротрансформатора
2; датчик 6 угловой скорости выходного вала коробки передач (не показана), включающей
узел 7 переключения на смежные передачи, содержащий фрикционную муфту 8 включе-
ния низшей передачи и муфту 9 включения высшей передачи; контроллер 10, к входам
которого подключены выходы датчика 5 угловой скорости турбинного колеса 4 гидро-
трансформатора 2, а также датчика 6 угловой скорости выходного вала коробки передач;
релейные электрогидравлические клапаны 11 включения фрикционной муфты 8 низшей
передачи и фрикционной муфты 9 высшей передачи узла 7 переключения передач, элек-
трические входы которых подключены к выходам контроллера 10, а выходные гидроли-
нии клапанов 11 подключены к гидроцилиндрам 12 включения фрикционных муфт 8 и 9
узла 7 переключения передач.
Устройство работает следующим образом. При переключении с низшей на высшую
передачу с выхода контроллера 10 включения низшей передачи исчезает напряжение.
Электрогидравлический клапан 11 включения муфты 8 низшей передачи обесточивается,
и гидроцилиндр 12 низшей передачи через клапан 11 подключается к сливной магистрали.
При поступлении напряжения с выхода контроллера 10 к клапану 11, для включения
фрикционной муфты 9 высшей передачи, происходит его открытие, и рабочая жидкость
под давлением с гидравлического выхода клапана 11 поступает в гидроцилиндр 12 фрик-
ционной муфты 9 высшей передачи. Поршень гидроцилиндра 12 перемещается, сжимая
фрикционные диски муфты 9.
Поскольку ведущие фрикционные диски муфты 9 при переключении с низшей на выс-
шую передачу вращаются быстрее ведомых, то при сжатии этих дисков, в процессе буксо-
вания фрикционной муфты 9, турбинное колесо 4 гидротрансформатора 2 нагружается
возрастающим моментом трения. Это вызывает торможение турбинного колеса 4.
Показателем темпа изменения момента трения буксующей фрикционной муфты 9 в
процессе переключения передач КП гидромеханической трансмиссии является фактиче-
ское угловое ускорение εф турбинного колеса 4 гидротрансформатора 2. Фактическое ус-
корение εф турбинного колеса 4 может быть определено в контроллере 10 дифферен-
цированием по времени угловой скорости турбинного колеса 4 при опросе его датчика 5.
Для обеспечения заданного темпа С изменения момента трения во фрикционной муф-
те 9 в процессе переключения передач необходимо знать расчетное угловое ускорение εр
турбинного колеса 4 гидротрансформатора 2.
Расчетное угловое ускорение εр турбинного колеса 4 в указанном процессе может
быть вычислено в контроллере 10 при использовании уравнения движения инерционных
масс ведущих частей КП гидромеханической трансмиссии. После преобразований указан-
ного уравнения может быть получено следующее выражение для определения расчетного
углового ускорения εр турбинного колеса 4:
,
J
CtM
m
m
p
−
=ε
где Мm - крутящий момент турбинного колеса 4, приведенный к входу узла 7 переключе-
ния передач;
С - заданный в контроллере 10 темп С изменения момента трения во фрикционной
муфте 9 в процессе переключения передач;
Jm - заданный в контроллере 10 момент инерции турбинного колеса 4 и ведущих час-
тей КП, приведенный к входу узла 7 переключения передач;
t - текущее время буксования фрикционной муфты 9.
Для вычисления крутящего момента Mm турбинного колеса 4 в контроллере 10 в про-
цессе буксования фрикционной муфты 9 вычисляется расчетная угловая скорость ωmi тур-
бинного колеса 4 интегрированием расчетного ускорения εр турбинного колеса 4.

4. BY 6955 U 2011.02.28
4
Крутящий момент Mm турбинного колеса 4 находится по заданной в контроллере 10
функциональной зависимости:
Mm = f(ωm).
Абсолютная величина расчетного углового ускорения εр в процессе буксования фрик-
ционной муфты 9 сравнивается в контроллере 10 с абсолютной величиной фактического
углового ускорения εф турбинного колеса 4, определяемого дифференцированием по вре-
мени фактической угловой скорости турбинного колеса 4 в контроллере 10 при опросе им
датчика 5 угловой скорости этого колеса.
Если текущий темп изменения момента трения во фрикционной муфте 9 оказывается
выше заданного темпа С, то абсолютная величина фактического ускорения εф турбинного
колеса 4 превышает его абсолютную величину расчетного ускорения εр, т.е.
|εф| > |εp|.
В этом случае контроллер 10 выключает электрогидравлический клапан 11 фрикцион-
ной муфты 9 высшей передачи.
При выключении клапана 11 фрикционной муфты 9 ее гидроцилиндр 12 через клапан
11 подключается к сливной магистрали, и давление рабочей жидкости в гидроцилиндре 12
снижается, что влечет за собой снижение темпа изменения момента трения во фрикцион-
ной муфте 9.
Если же после выключения фрикционной муфты 9
|εф| < |εp|,
то контроллер 10 вновь включает клапан 11, и рабочая жидкость под давлением поступает
в гидроцилиндр 12 фрикционной муфты 9, что обеспечивает повышение темпа изменения
момента трения во фрикционной муфте 9.
Такие импульсные включения и выключения контроллером 10 электрогидравлическо-
го релейного клапана 11 фрикционной муфты 9 позволяют обеспечить в ней заданный
темп С изменения момента трения за счет использования в данном устройстве обратной
связи по фактическому ускорению εф турбинного колеса 4 гидротрансформатора 2.
Условием окончания буксования фрикционной муфты 9 является равенство
ωm = ωвыхuк.
где ωвых - угловая скорость на выходе узла 7 переключения передач, определяемая при оп-
росе датчика 6 угловой скорости выходного вала КП;
uк - передаточное число высшей передачи узла 7 переключения передач, заданное в
контроллере 10.
При переключении с высшей передачи на низшую передачу узла 7 переключения пе-
редач с выхода контроллера 10 включения высшей передачи исчезает напряжение. Элек-
трогидравлический клапан 11 высшей передачи обесточивается, в результате чего
гидроцилиндр 12 высшей передачи через клапан 11 подключается к сливной магистрали.
При поступлении напряжения с выхода контроллера 10 для включения фрикционной
муфты 8 низшей передачи к клапану 11 происходит его включение, и рабочая жидкость
под давлением с гидравлического выхода клапана 11 поступает в гидроцилиндр 12 фрик-
ционной муфты 8 низшей передачи. Поршень гидроцилиндра 12 перемещается, сжимая
фрикционные диски муфты 8.
Поскольку ведомые фрикционные диски муфты 8 при переключении с высшей на низ-
шую передачу вращаются быстрее ведущих дисков, то в процессе буксования фрикцион-
ной муфты 8 турбинное колесо 4 гидротрансформатора 2 разгоняется под действием
момента трения МТ этой муфты. Угловая скорость турбинного колеса 4 возрастает в соот-
ветствии с уравнением движения инерционных масс ведущих частей КП, из которого
можно получить следующее уравнение для определения расчетного углового ускорения εр
турбинного колеса 4:

5. BY 6955 U 2011.02.28
5
,
J
CtM
m
m
p
+
=ε
где С - заданный темп изменения момента трения МТ во фрикционной муфте 8 низшей
передачи.
Процедура определения крутящего момента турбинного колеса 4 гидротрансформато-
ра 2, входящего в уравнение для вычисления расчетного ускорения εp турбинного колеса
4, аналогична случаю переключения на высшую передачу, рассмотренному выше.
Полученное расчетное угловое ускорение εр турбинного колеса 4 в процессе буксова-
ния фрикционной муфты 8 сравнивается с текущим фактическим угловым ускорением,
определяемым при опросе датчика 5 угловой скорости турбинного колеса 4 гидротранс-
форматора 2 с последующим дифференцированием в контроллере 10 этой скорости по
времени. Условием окончания буксования фрикционной муфты 8 низшей передачи явля-
ется равенство
ωm = ωвмuк-1,
где uк-1 - передаточное число низшей передачи, заданное в контроллере 10.
Предлагаемое устройство позволяет снизить нагруженность гидромеханической
трансмиссии в процессе переключения передач и увеличить ресурс ее работы.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.