система управления блокировкой дифференциала ведущего моста колесного транспортного средства

Формула изобретения

Система управления блокировкой дифференциала ведущего моста колесного транспортного средства, содержащая источник давления текущей среды с редукционным клапаном, распределитель, управляемый от рулевого колеса и ручной тяги и сообщенный с управляющей полостью муфты блокирования, образованной корпусом этой муфты и подвижной перегородкой, связанной с нажимным диском, а также фрикционными дисками, отличающаяся тем, что она снабжена двухкамерным диафрагменным цилиндром, состоящим из упомянутой управляющей полости, образованной корпусом муфты блокирования и подвижной перегородкой, и дополнительной диафрагменной камеры, имеющей свою управляющую полость, размещенную соосно и последовательно относительно управляющей полости муфты блокирования, причем подвижная перегородка последней связана с нажимным диском посредством штока, жестко соединенного одним своим концом с этим нажимным диском и установленного с возможностью взаимодействия посредством закрепленного на другом его конце опорного фланца с диафрагмой дополнительной диафрагменной камеры, а своей средней частью проходящего через центральную часть подвижной перегородки и жестко связанного с опорной шайбой, установленной с возможностью взаимодействия с этой перегородкой, при этом управляющая полость дополнительной диафрагменной камеры сообщена с распределителем, выполненным трехпозиционным, избирательно обеспечивающим связь упомянутых управляющих полостей со сливной магистралью и редукционным клапаном, выполненным регулируемым.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может использоваться в трансмиссиях транспортных средств.

Известно устройство для блокировки дифференциала ведущего моста колесного трактора, содержащее блокирующую дифференциал фрикционную муфту, гидроцилиндр управления муфтой и распределитель, соединенный с гидроцилиндром, рулевым управлением трактора и ручным управлением (авт. свид. СССР №350684, по М. кл. В 60 К 17/20, 1972).

Недостатком этого устройства является то, что им обеспечивается блокировка только одного уровня. Если при движении по неровностям блокировку дифференциала не выключать, то колесный движитель и ведущий мост будут нагружаться дополнительными нагрузками, что отрицательно скажется на их долговечности. А если блокировку принудительно вручную выключить, тяговые свойства дифференциала при движении транспортного средства по дороге с неодинаковыми коэффициентами сцепления колес будут снижаться, что будет приводить к повышенному буксованию и снижению скорости машины. Недостатком устройства является также то, что при повороте транспортного средства блокировка дифференциала ведущего моста полностью автоматически выключается. Но в тяговом режиме движения с достаточно большой нагрузкой на крюке, когда скорость машины при повороте небольшая, а следовательно, небольшая и действующая на машину центробежная сила, происходит перераспределение нормальной нагрузки с забегающего колеса на отстающее под действием поперечной составляющей нагрузки на крюке, возникающей при повороте машины. В результате при разблокированном дифференциале забегающее колесо будет увеличивать скорость вращения и буксование, а отстающее колесо - снижать свою скорость. Как следствие, скорость машины будет снижаться. Тот же эффект при разблокированном дифференциале будет наблюдаться при неодинаковых коэффициентах сцепления колес. Колесо с ухудшенным сцеплением будет увеличивать скорость вращения и повышенно буксовать, а колесо с нормальным сцеплением - снижать свою скорость. В результате скорость машины, а следовательно, и производительность будут снижаться.

Известна система рулевого управления колесного транспортного средства с блокируемым дифференциалом ведущего моста, содержащая соединенный с насосом и рабочей полостью блокирующего устройства дифференциала распределитель, связанный с рулевым механизмом и ручным управлением (авт. свид. СССР №528224, по М. кл. B 62 D 5/06, В 60 К 17/20, 1976).

Данная система позволяет вручную устанавливать разные уровни блокировки и величину зоны блокирования при повороте, однако при определенном угле поворота направляющих колес происходит полное автоматическое разблокирование дифференциала. В результате описанное выше явление частичной разгрузки забегающего колеса от нормальной нагрузки и неодинаковое сцепление ведущих колес будут приводить к повышенному буксованию одного из них и снижению скорости другого колеса ведущего моста и, следовательно, снижению скорости транспортного средства в целом. Принудительное включение блокировки вручную требует определенного времени, что будет приводить к снижению скорости машины, а следовательно, и производительности.

Известна система управления блокировкой дифференциала ведущего моста колесного транспортного средства, принятая в качестве прототипа, содержащая источник давления текучей среды с двумя редукционными клапанами, двухпозиционный распределитель, управляемый от рулевого колеса и ручной тяги и сообщенный с управляющей полостью муфты блокирования, образованной ее корпусом и подвижной перегородкой, связанной с нажимным диском, а также фрикционными дисками, причем последние и корпус муфты блокирования снабжены элементами жесткого соединения между собой (авт. свид. СССР №1493498, по М. кл. В 60 К 17/20, 1989).

Данная система обеспечивает при прямолинейном движении транспортного средства высокий и низкий уровни блокировки. Однако для получения высокого уровня блокировки в муфте блокирования необходимо соединить элементы жесткого соединения корпуса и фрикционных дисков между собой, что потребует предварительной остановки транспортного средства и приведет к снижению его средней скорости. Недостатком такой системы является также то, что при повороте рулевого колеса на определенный угол происходит полное автоматическое выключение блокировки дифференциала. Но поскольку в тяговом режиме движения с небольшой скоростью при повороте транспортного средства забегающее колесо ведущего моста под действием возникающей поперечной составляющей нагрузки на крюке частично разгружается от нормальной нагрузки, при разблокированном дифференциале происходит увеличение скорости вращения и буксования этого колеса и соответствующее снижение скорости отстающего колеса. В результате снижается и скорость машины. Такое же явление наблюдается и при неодинаковых коэффициентах сцепления колес. Колесо с ухудшенным сцеплением при разблокированном дифференциале увеличивает скорость вращения и буксование, а колесо с нормальным сцеплением снижает свою скорость. В результате скорость транспортного средства и производительность снижаются.

Задача изобретения - создание системы управления блокировкой дифференциала, обеспечивающей повышение скорости движения транспортного средства путем автоматического понижения при повороте рулевого колеса на заданный угол уровня блокировки, исключающего полное автоматическое разблокирование дифференциала.

Технический результат - повышение производительности.

Технический результат достигается тем, что система управления блокировкой дифференциала ведущего моста колесного транспортного средства, содержащая источник давления текучей среды с редукционным клапаном, распределитель, управляемый от рулевого колеса и ручной тяги и сообщенный с управляющей полостью муфты блокирования, образованной корпусом этой муфты и подвижной перегородкой, связанной с нажимным диском, а также фрикционными дисками, снабжена двухкамерным диафрагменным цилиндром, состоящим из упомянутой управляющей полости, образованной корпусом муфты блокирования и подвижной перегородкой, и дополнительной диафрагменной камеры, имеющей свою управляющую полость, размещенную соосно и последовательно относительно управляющей полости муфты блокирования, причем подвижная перегородка последней связана с нажимным диском посредством штока, жестко соединенного одним своим концом с этим нажимным диском и установленного с возможностью взаимодействия посредством закрепленного на другом его конце опорного фланца с диафрагмой дополнительной диафрагменной камеры, а своей средней частью проходящего через центральную часть подвижной перегородки и жестко связанного с опорной шайбой, установленной с возможностью взаимодействия с этой перегородкой, при этом управляющая полость дополнительной диафрагменной камеры сообщена с распределителем, выполненным трехпозиционным, избирательно обеспечивающим связь упомянутых управляющих полостей со сливной магистралью и редукционным клапаном, выполненным регулируемым.

Снабжение системы управления блокировкой дифференциала двухкамерным диафрагменным цилиндром, состоящим из управляющей полости муфты блокирования, образованной корпусом этой муфты и подвижной перегородкой, и дополнительной диафрагменной камеры, имеющей свою управляющую полость, размещенную соосно и последовательно относительно управляющей полости муфты блокирования, позволяет получить ступенчатое изменение уровня блокировки дифференциала путем подачи текучей среды под давлением одновременно в обе управляющие полости, обеспечивая тем самым высокий уровень блокировки, или только в одну управляющую полость, обеспечивая низкий уровень блокировки.

Выполнение связи подвижной перегородки управляющей полости муфты блокирования с нажимным диском посредством штока, жестко соединенного одним своим концом с этим нажимным диском и установленного с возможностью взаимодействия посредством закрепленного на другом его конце опорного фланца с диафрагмой дополнительной диафрагменной камеры, полость которой сообщена с распределителем, а своей средней частью проходящего через центральную часть подвижной перегородки и жестко связанного с опорной шайбой, установленной с возможностью взаимодействия с этой перегородкой, обеспечивает при подаче текучей среды под давлением в обе управляющие полости передачу суммарного усилия от подвижной перегородки управляющей полости муфты блокирования и диафрагмы дополнительной диафрагменной камеры на нажимной диск, позволяя тем самым получить высокий уровень блокировки, а при отсутствии давления текучей среды в управляющей полости муфты блокирования и наличии давления в управляющей полости дополнительной диафрагменной камеры передачу усилия от ее диафрагмы нажимному диску, позволяя тем самым получить низкий уровень блокировки.

Выполнение распределителя трехпозиционным, избирательно обеспечивающим связь упомянутых управляющих полостей со сливной магистралью и редукционным клапаном, позволяет в одной позиции распределителя, соответствующей прямолинейному движению транспортного средства, получить связь обеих управляющих полостей с редукционным клапаном, обеспечивая высокий уровень блокировки, в другой позиции, соответствующей повороту рулевого колеса на заданный расчетный угол, управляющую полость муфты блокирования связать со сливной магистралью, а управляющую полость дополнительной диафрагменной камеры оставить связанной с редукционным клапаном, обеспечивая понижение уровня блокировки дифференциала при повороте транспортного средства, исключающее его полную автоматическую разблокировку и тем самым повышающее скорость, а следовательно, и производительность транспортного средства, в третьей позиции распределителя, управляемого от ручной тяги, обе управляющие полости связать со сливной магистралью, обеспечив тем самым в случае необходимости полное выключение блокировки дифференциала.

Выполнение редукционного клапана регулируемым обеспечивает плавное изменение вручную давления текучей среды в обеих управляющих полостях, позволяющее устанавливать заданное расчетное значение момента блокирования.

На фиг.1 изображена принципиальная схема системы управления блокировкой дифференциала; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1.

Устройство содержит источник давления текучей среды, например масла, в виде гидронасоса 1, связанный с ним всасывающей магистралью 2 гидробак 3, муфту 4 блокирования дифференциала 5, двухкамерный диафрагменный цилиндр, состоящий из управляющей полости А муфты 4 блокирования и дополнительной диафрагменной камеры 6, имеющей свою управляющую полость Б, размещенную соосно и последовательно относительно управляющей полости А, редукционный клапан 7, связанный сливной магистралью 8 с гидробаком 3, а напорными магистралями 9 и 10 с трехпозиционным распределителем 11, избирательно обеспечивающим связь обеих управляющих полостей А и Б, с которыми связан соответственно масляными магистралями 12 и 13, со сливной магистралью 14, связанной с гидробаком 3, и соответственно с напорными магистралями 9 и 10.

Редукционный клапан 7 снабжен регулируемой пружиной 15, позволяющей плавно вручную изменять давление в управляющих полостях А и Б двухкамерного диафрагменного цилиндра, устанавливая заданное расчетное значение момента блокирования.

Трехпозиционный распределитель 11 управляется от ручной тяги 16, связанной с золотником 17, и рулевого колеса 18, кинематически связанного с кулачком 19, имеющим профилированную поверхность и взаимодействующим через толкатель 20 и предварительно поджатую пружину 21 с золотником 17, подпружиненным с другой стороны пружиной 22, прижимающей золотник 17 через предварительно поджатую пружину 21 и толкатель 20 к кулачку 19. Ручная тяга 16 имеет три положения: “Вкл.”, соответствующее первой позиции золотника 17 трехпозиционного распределителя 11, “Пониж.”, соответствующее второй позиции золотника 17 этого распределителя, и “Выкл.”, соответствующее его третьей позиции. При этом наличие пружины 21 между золотником 17 и толкателем 20 обеспечивает возможность при необходимости с помощью ручной тяги 16 перемещать золотник 17 в сторону этого толкателя при его неподвижном состоянии, а предварительное поджатие пружины 21 обеспечивает возможность перемещать толкатель 20 вместе с золотником 17 в сторону последнего как одно целое.

Муфта 4 блокирования состоит из корпуса 23, связанного с полуосевой шестерней 24 дифференциала 5, блокировочного вала 25, связанного с полуосевой шестерней 26 дифференциала 5, фрикционных дисков 27, подвижно посаженных на шлицах блокировочного вала 25, и фрикционных дисков 28, установленных между дисками 27 и подвижно связанных шлицами с корпусом 23, нажимного диска 29, жестко соединенного с одним концом штока 30, выполняющего роль сумматора осевых усилий от давления масла, создаваемого в управляющих полостях А и Б двухкамерного диафрагменного цилиндра. На другом конце штока 30 закреплен выполняющий роль поршня опорный фланец 31, взаимодействующий с диафрагмой 32 дополнительной диафрагменной камеры 6. А в средней части штока 30 установлена жестко закрепленная на нем и выполняющая роль второго поршня опорная шайба 33, взаимодействующая с подвижной перегородкой, выполненной в виде диафрагмы 34, управляющей полости А, образованной этой диафрагмой и стенкой 35 корпуса 23 муфты 4 блокирования. Через центральную часть диафрагмы 34 и стенку 35 шток 30 проходит с герметичным уплотнением. Шток 30 подпружинен пружиной 36, возвращающей его в исходное состояние при отсутствии давления масла в управляющих полостях А и Б двухкамерного диафрагменного цилиндра. Управляющая полость Б образована крышкой 37 дополнительной диафрагменной камеры 6 и диафрагмой 32.

Полуосевая шестерня 24 связана с шестерней 38, которая приводит в движение левое колесо ведущего моста транспортного средства (на чертеже не показано), и посредством зубчатых сателлитов 39, установленных на осях 40, закрепленных в корпусе 41 дифференциала 5, с полуосевой шестерней 26, связанной с шестерней 42, которая приводит в движение правое колесо ведущего моста (на чертеже не показано). Корпус 41 кинематически связан с ведущим валом 43 главной передачи, имеющим кинематическую связь с двигателем транспортного средства (на чертеже не показано).

Система управления блокировкой дифференциала ведущего моста колесного транспортного средства работает следующим образом.

При прямолинейном движении транспортного средства по ровной поверхности с нагрузкой на крюке для повышения тяговых свойств дифференциала 5 последний блокируется. Для этого ручную тягу 16 переводят в положение “Вкл.”. Золотник 17 трехпозиционного распределителя 11 при этом устанавливается в первой позиции. В результате напорная магистраль 10 соединяется трехпозиционным распределителем 11 с масляной магистралью 13 и далее с управляющей полостью Б дополнительной диафрагменной камеры 6, а напорная магистраль 9 соединяется с масляной магистралью 12 и далее с управляющей полостью А муфты 4 блокирования. Давление масла в управляющих полостях А и Б двухкамерного диафрагменного цилиндра, устанавливаемое редукционным клапаном 7, создает усилия через диафрагмы 32 и 34 этих полостей на опорные фланец 31 и шайбу 33. Усилия эти суммируются штоком 30 и передаются на нажимной диск 29, который сжимает пакет фрикционных дисков 27 и 28 в корпусе 23 муфты 4 блокирования, образуя фрикционную связь корпуса 23 с блокировочным валом 25. Дифференциал 5 оказывается заблокированным. И если разность моментов на колесах ведущего моста оказывается недостаточной, чтобы преодолеть фрикционный момент муфты 4 блокирования, полуосевые шестерни 24 и 26 и корпус 41 дифференциала 5 будут вращаться как одно целое, с одинаковыми скоростями, а ведущий момент, передаваемый от ведущего вала 43 главной передачи корпусу 41 дифференциала 5, будет распределяться между шестернями 38 и 42 пропорционально сопротивлениям на колесах ведущего моста.

При необходимости, например в случае движения по неровностям с неполной нагрузкой на крюке, уровень блокировки дифференциала можно ступенчато понизить, переведя ручную тягу 16 в положение “Пониж.”. Золотник 17 трехпозиционного распределителя 11 при этом переместится во вторую позицию и свяжет масляную магистраль 12 со сливной магистралью 14, а масляную магистраль 13 оставит связанной с напорной магистралью 10. В результате управляющая полость А муфты 4 блокирования окажется связанной с гидробаком 3, давление масла в ней упадет, и на нажимной диск 29 штоком 30 будет передаваться усилие только от давления масла в управляющей полости Б дополнительной диафрагменной камеры 6. Осевое сжатие пакета фрикционных дисков 27 и 28 уменьшится, что приведет к уменьшению фрикционного момента муфты 4 блокирования и понижению тем самым уровня блокировки. При необходимости уровень блокировки можно понизить еще больше путем плавной ручной регулировки пружины 15. В результате дифференциал будет разблокироваться при меньшей разнице сил тяги на колесах, предотвращая переход колеса ведущего моста, проходящего больший путь по неровности, на движение юзом, исключая тем самым возникновение паразитной циркулирующей мощности. В то же время наличие небольшого уровня блокировки дифференциала будет способствовать уменьшению буксования того колеса, сцепление которого частично ухудшается или нормальная нагрузка с которого при движении машины по неровностям частично перераспределяется на другое колесо ведущего моста, что в конечном счете приведет к повышению скорости машины.

При хорошем сцеплении колес для полного выключения блокировки дифференциала ручную тягу 16 переводят в положение “Выкл.”. Золотник 17 трехпозиционного распределителя 11 при этом переводится в третью позицию и связывает масляные магистрали 12 и 13 со сливной магистралью 14. В результате обе управляющие полости А и Б оказываются связанными с гидробаком 3. Давление в них падает. Под действием пружины 36 шток 30 отводит нажимной диск 29 от пакета фрикционных дисков 27 и 28, и фрикционная связь корпуса 23 с блокировочным валом 25 прекращается. Наступает полная разблокировка дифференциала, при которой колеса приобретают возможность вращаться с неравными скоростями, обусловленными неравными путями, проходимыми этими колесами при движении по неровностям.

При повороте транспортного средства в тяговом режиме, когда на крюке имеется достаточно большая нагрузка, пока рулевое колесо 18 не достигло определенного расчетного угла поворота, золотник 17 трехпозиционного распределителя 11 находится в первой позиции, обеспечивающей связь управляющих полостей А и Б с напорными магистралями 9 и 10, и, следовательно, наличие в этих полостях давления. В результате дифференциал остается полностью заблокированным. При достижении рулевым колесом 18 расчетного угла поворота кинематически связанный с ним кулачок 19, поворачиваясь, переводит посредством толкателя 20, предварительно поджатой пружины 21 золотник 17 трехпозиционного распределителя 11 во вторую позицию, преодолевая при этом усилие пружины 22. В результате управляющая полость А муфты 4 блокирования оказывается связанной с гидробаком 3, и давление масла в ней падает. В полости Б дополнительной диафрагменной камеры 6 давление масла продолжает действовать. Происходит ступенчатое понижение уровня блокировки дифференциала. По сравнению с полностью заблокированным дифференциалом это способствует существенному снижению сопротивления повороту транспортного средства, и в то же время при попадании одного колеса ведущего моста на поверхность с ухудшенным сцеплением наличие пониженного уровня блокировки способствует перераспределению большей части ведущего момента на колесо с нормальным сцеплением, препятствуя значительному росту буксования колеса с ухудшенным сцеплением путем ограничения роста его угловой скорости. Это будет способствовать увеличению скорости транспортного средства и, следовательно, повышению его производительности. Кроме того, при повороте в тяговом режиме, когда транспортное средство движется с относительно небольшой скоростью и имеет достаточно большую нагрузку на крюке, возникающая при повороте поперечная составляющая этой нагрузки будет перераспределять нормальную нагрузку с забегающего колеса на отстающее. В результате забегающее колесо будет стремиться за счет увеличения скорости своего вращения повысить буксование. Наличие пониженного уровня блокировки дифференциала будет препятствовать увеличению скорости вращения и буксования забегающего колеса и, следовательно, препятствовать снижению скорости вращения отстающего колеса, что в конечном счете будет способствовать повышению скорости транспортного средства и тем самым его производительности.

При необходимости, например, когда при повороте колеса движутся по существенным неровностям, дифференциал 5 можно полностью разблокировать, переведя ручную тягу 16 в положение “Выкл.”. Золотник 17 трехпозиционного распределителя 11 займет третью позицию, преодолев при этом усилие пружины 22. При этом обе управляющие полости А и Б связываются трехпозиционным распределителем 11 с гидробаком 3, давление масла в них падает, и дифференциал полностью разблокируется. При другой необходимости, например, когда при повороте транспортного средства одно колесо полностью теряет сцепление, дифференциал 5 из состояния пониженной блокировки можно перевести в состояние полной блокировки. Для этого ручную тягу 16 переводят в положение “Вкл.”. Золотник 17 трехпозиционного распределителя 11 перемещается в первую позицию. При этом преодолевается усилие предварительно поджатой пружины 21. Обе управляющие полости А и Б связываются трехпозиционным распределителем 11 с напорными магистралями 9 и 10. Возникшее в этих полостях давление масла обеспечивает полную блокировку дифференциала.

При переходе из режима поворота, когда дифференциал 5 ведущего моста транспортного средства имел пониженный уровень блокировки, в прямолинейное движение с возвратом рулевого колеса 18 в положение прямолинейного движения транспортного средства кинематически связанный с рулевым колесом кулачок 19 поворачивается, возвращаясь в исходное состояние. При этом под действием пружины 22 золотник 17 трехпозиционного распределителя 11 вместе с пружиной 21 и толкателем 20 переводится из второй позиции в первую. В результате управляющая полость А муфты 4 блокирования соединяется трехпозиционным распределителем 11 с напорной магистралью 9 и совместно с полостью Б дополнительной диафрагменной камеры 6, находящейся под давлением масла, обеспечивает полную блокировку дифференциала.

Путем регулирования поджатия пружины 15 редукционного клапана 7 можно в управляющих полостях А и Б двухкамерного диафрагменного цилиндра устанавливать давление масла, обеспечивающее заданное расчетное значение момента блокирования.

Таким образом, обеспечение системой управления блокировкой дифференциала автоматического понижения уровня блокировки при повороте транспортного средства, исключающего полную разблокировку дифференциала, способствует уменьшению буксования забегающего колеса, повышению тем самым скорости транспортного средства, а следовательно, и производительности.