ITTO990171A1 - Cambio di velocita' per un veicolo industriale. - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

di brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce ad un cambio di velocità per un veicolo industriale.

Come è noto, i veicoli industriali sono provvisti di un cambio di velocità ad un numero elevato di marce, ad esempio otto, dodici o sedici marce avanti ed una o più retromarce.

I cambi noti comprendono generalmente due o tre gruppi o stadi disposti in cascata tra loro, e definenti ciascuno un numero ridotto (da due a quattro) di rapporti di trasmissione; il numero totale delle marce del cambio viene pertanto definito dal prodotto dei rapporti di trasmissione dei singoli stadi.

Una configurazione tipica è quella comprendente un gruppo principale o "main box" a quattro rapporti più retromarcia, ed almeno un gruppo ausiliario o "range" disposto a valle dello stadio principale e definente due rapporti di trasmissione per un totale di otto marce. I rapporti di trasmissione del gruppo ausiliario sono calcolati in modo da definire, in combinazione con i rapporti di trasmissione del gruppo principale, due serie di marce (I, II, III, IV; V, VI, VII, VIII) disgiunte ed adiacenti tra loro.

La selezione e l'innesto delle marce sono comandate da una leva ad azionamento manuale, la cui griglia di comando (cioè l'insieme dei percorsi lungo i quali la leva deve essere spostata per selezionare ed innestare le varie marce) è tanto più complessa quanto maggiore è il numero delle marce.

Con riferimento all'esempio sopra illustrato (otto marce avanti), la griglia può essere del tipo cosiddetto "a doppia H",· le marce sono cioè disposte a coppie (I e II; III e IV; ecc.) su rispettivi piani di innesto selezionabili muovendo la leva lungo un piano di selezione (generalmente trasversale rispetto al senso di marcia del veicolo),- le marce associate al piano di innesto selezionato possono essere innestate muovendo ulteriormente la leva lungo il piana di innesto stesso in avanti (marce dispari) o all'indietro (marce pari) rispetto al piano di selezione.

Essendo l’ingombro totale della griglia limitato da ragioni ergonomiche e di spazio, al crescere del numero delle marce diminuisce inevitabilmente la distanza tra i vari piani di innesto, ciò può determinare, in uso, la possibilità di errori nella selezione del piano di innesto, con conseguente innesto di marce indesiderate.

Allo scopo di risolvere questo problema, sono state proposte leve di selezione con una griglia "ad H ripetuta"; la griglia in questo caso è a semplice H, ma la leva è dotata di un selettore a movimento verticale che consente di "sdoppiare" la griglia stessa su due piani sovrapposti, a ciascuno dei quali corrisponde un rispettivo rapporto di trasmissione nel gruppo ausiliario. Su ciascuno dei due piani avviene la selezione dei rapporti di trasmissione del gruppo principale, selezione che risulta agevole e affidabile poiché la distanza tra i piani di innesto è maggiore che nel caso di una corrispondente griglia a doppia .

Anche questa disposizione, tuttavia, non è priva di inconvenienti, poiché è comunque possibile che il guidatore porti il selettore inavvertitamente dal livello superiore al livello inferiore o viceversa, durante un cambio marcia, con conseguenze che in alcuni casi possono essere gravi sia per la sicurezza di guida, sia per l'integrità meccanica del gruppo motopropulsore. Si pensi, ad esempio, che in un cambio marcia a "scalare" dall'ottava marcia, un errore del tipo suddetto potrebbe portare all'innesto della terza marcia invece che della settima, o della seconda marcia in luogo della sesta, con evidenti rischi di portare il motore ad una velocità di rotazione molto superiore ai limiti di resistenza meccanica.

Per risolvere questo problema, sono stati proposti sistemi di controllo elettronico riceventi in ingresso una pluralità di segnali relativi ai parametri operativi del cambio (velocità di rotazione degli alberi di ingresso e di uscita, marcia inserita, marcia selezionata, ecc.), i quali elaborano i suddetti segnali di ingresso per abilitare o inibire l'azionamento del selettore in base a mappe memorizzate. Tali sistemi comportano però sia l'impiego di unità di controllo complesse e costose, sia l'installazione di componenti aggiuntivi nel cambio (elementi di blocco meccanici, sensori e relativi cablaggi) .

Inoltre, sistemi del tipo suddetto risultano non sempre affidabili, e possono non intervenire tempestivamente nel caso di manovre particolarmente rapide .

Scopo della presente invenzione è la realizzazione di un cambio di velocità che consenta di eliminare gli inconvenienti connessi con i cambi noti e sopra specificati.

Il suddetto scopo è raggiunto dalla presente invenzione in quanto essa è relativa ad un cambio di velocità per un veicolo industriale del tipo comprendente :

un albero di ingresso;

un albero di uscita;

una trasmissione ad ingranaggi interposta tra il detto albero di ingresso ed il detto albero di uscita e -comprendente almeno un gruppo principale definente una pluralità di rapporti di trasmissione principali ed un gruppo ausiliario a due rapporti di trasmissione ausiliari definenti rispettive pluralità di marce del detto cambio di velocità in combinazione con i rapporti di trasmissione principali, il detto gruppo ausiliario comprendendo un organo di innesto mobile tra una prima posizione di innesto nella quale è attivato un primo rapporto di trasmissione ausiliario ed una seconda posizione di innesto nella quale è attivato un secondo rapporto di trasmissione ausiliario;

un attuatore di comando del detto organo di innesto mobile; ed

un'unità di controllo atta a generare segnali di comando per il detto attuatore in risposta ad una pluralità di segnali di ingresso rappresentativi di parametri operativi del detto cambio di velocità e della posizione di mezzi di selezione manuale associati al detto cambio di velocità,

caratterizzato dal fatto che il detto attuatore è atto ad assumere tre posizioni stabili corrispondenti, rispettivamente, alla detta prima posizione, alla detta seconda posizione e ad una terza posizione di neutro del detto organo di innesto mobile, intermedia rispetto alle dette prima e seconda posizione, nella quale il detto albero di ingresso ed il detto albero di uscita sono disaccoppiati tra loro; la detta unità di controllo comprendendo mezzi di confronto della velocità di rotazione del detto albero di ingresso conseguente all'innesto di una nuova marcia con un campo di valori accettabili prefissato, e mezzi generatori di segnali di comando per disporre il detto attuatore nella detta terza posizione nel caso in cui la detta velocità sia esterna al detto campo di valori accettabili prefissato.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, viene descritta nel seguito una forma preferita di attuazione, a titolo di esempio non limitativo e con riferimento al disegno allegato, che la illustra schematicamente.

Con riferimento alla figura, è indicato nel suo complesso con 1 un cambio di velocità automatizzato per un veicolo industriale.

Il cambio 1 comprende un albero di ingresso 2 di asse A, un albero intermedio 3 coassiale all'albero di ingresso 2, ed un contralbero 4 di asse B parallelo all'asse A. L'albero di ingresso 2 e l'albero intermedio 3 presentano rispettive estremità 5, 6 adiacenti tra loro ed accoppiate tra loro con possibilità di rotazione relativa. Sulle suddette estremità 5, 6 sono montate folli rispettive ruote dentate 7, 8, le quali ingranano con rispettive ruote dentate 9, 10 calettate sul contralbero 4.

Le ruote 7, 8 sono selettivamente innestabili sull'estremità 5 dell'albero di ingresso 2 mediante un innesto sincronizzato 12, provvisto di un manicotto scorrevole di innesto 13.

Sull'albero intermedio 3 sono montate folli tre ruote dentate 15, 16, 17 aventi diametri maggiori rispetto alla ruota dentata 8 e progressivamente crescenti tra loro. Le ruote 8, 15 sono selettivamente innestabili sull'albero intermedio 3 mediante un innesto sincronizzato 18, provvisto di un manicotto scorrevole di innesto 19. In modo del tutto analogo, le ruote 16, 17 sono selettivamente innestabili sull'albero intermedio 3 mediante un innesto sincronizzato 20, provvisto di un manicotto scorrevole di innesto 24. Le ruote 15, 16, 17 ingranane con corrispondenti ruote dentate 26, 27, 28 calettate sul contralbero 4.

Sull 'albero intermedio 3 è montata folle un'ulteriore ruota dentata 29, la quale ingrana con un ingranaggio ozioso 30 a sua volta in presa con una ruota dentata 31 calettata sul contralbero 4. La ruota 29 è innestabile sull'albero intermedio 3 mediante un innesto 32 provvisto di un manicotto di comando 33 scorrevole .

Da un punto di vista funzionale, le ruote 8, 15, 16, 17, 29 innestabili sull'albero intermedio 3, insieme con le corrispondenti ruote dentate 10, 26, 27, 28, 31 sul contralbero 4 definiscono uno stadio principale 35 o "main box" del cambio 1, a quattro rapporti di trasmissione in marcia avanti (rapporti di trasmissione principali) ed una retromarcia,- le ruote dentate 7, 8 innestabili sull'albero di ingresso 2 e le corrispondenti ruote dentate 9, 10 sul contralbero 4 costituiscono un primo stadio ausiliario 34 del cambio 1, o "splitter", definente due rapporti di trasmissione ausiliari, con diverso rapporto di riduzione, in modo da generare rapporti di trasmissione intermedi fra i rapporti di trasmissione principali.

La ruota 8 e la ruota 10 sono state considerate come appartenenti sia allo stadio ausiliario 34 che allo stadio principale 35 poiché la ruota 8 può essere innestata sia sull'albero di ingresso 2, sia sull'albero uscita 3 ed è pertanto concettualmente assimilabile a due n ote dentate distinte uguali tra loro, ciascuna innestabile sul rispettivo albero.

I quattro rapporti di trasmissione in marcia avanti dello stadio principale 35 sono ottenuti innestando sull'albero intermedio 3 rispettivamente la ruota 17 (manicotto 24 a destra) la ruota 16 (manicotto 24 a sinistra), la ruota 15 (manicotto 19 a destra), e la ruota 8 (manicotto 19 a sinistra).

I manicotti 19, 24 e 33 sono comandati meccanicamente da una leva 36 ad azionamento manuale, tramite un dispositivo di trasmissione di tipo noto, non illustrato in figura. La leva 36 ha una griglia di comando a cinque posizioni (quattro posizioni di marcia avanti disposte a semplice H ed una posizione di retromarcia).

I due rapporti di trasmissione del gruppo ausiliario 34 si ottengono innestando sull'albero di ingresso rispettivamente la ruota dentata 7 (manicotto 13 a sinistra) e la ruota dentata 8 (manicotto 13 a destra).

Il manicotto 13 è comandato da un attuatore 37, mediante una forcella 38 di azionamento di tipo noto. L'attuatore 37 è pneumatico e, secondo la presente invenzione, è del tipo a tre posizioni meccanicamente determinate: due posizioni limite, rispettivamente sinistra e destra, corrispondono alle rispettive posizioni di innesto del manicotto 13 sopra descritte,-una posizione centrale, illustrata in figura, mantiene l'innesto 12 in una posizione di neutro, nella quale l'albero di ingresso 2 non è accoppiato al contralbero 4 e, pertanto, è disaccoppiato angolarmente anche dall'albero intermedio 3, indipendentemente dal rapporto di trasmissione eventualmente innestato nello stadio principale 35.

Il cambio l comprende inoltre un secondo gruppo ausiliario 38 o "range", il quale è costituito essenzialmente da un riduttore epicicloidale avente come organo di ingresso un ingranaggio solare 39 calettato sull'albero intermedio 3 ed un albero di uscita 40 solidale ad un portatreno 41.

L'ingranaggio solare 39 ingrana con una pluralità di satelliti 42 portati in modo angolarmente libero dal portatreno 41 ed ingrananti, a loro volta, con una corona 43 a dentatura interna.

La corona 43 è solidale ad un manicotto 44 di innesto spostabile assialmente fra una prima posizione (verso sinistra con riferimento alla figura) in cui la corona 43 è resa solidale al portatreno 41 ed una seconda posizione (verso destra con riferimento alla figura) in cui la corona 43 è resa solidale alla scatola del cambio. Nella suddetta prima posizione, l'ingranaggio solare 39, il portatreno 41 e la corona 43 ruotano solidalmente fra loro, realizzando un rapporto di trasmissione unitario (presa diretta) tra l'albero intermedio 3 e l'albero di uscita 40; nella seconda posizione, vi è un rapporto di riduzione fra la velocità dell'albero intermedio 3 e l'albero di uscita 40; tali rapporti sono calcolati in modo da generare, in combinazione con i rapporti di trasmissione principali , due serie di marce disgiunte e adiacenti.

Il manicotto 44 è comandato da un attuatore 45 pneumatico, mediante una forcella 46 di azionamento di tipo noto.

I gruppi ausiliari 34 e 38 sono controllati da un'unità 47 di controllo, la quale è atta a generare segnali di controllo sc per rispettive elettrovalvole 48, 49 dì comando dell'attuatore 37 e per rispettive elettrovalvole 50, 51 di comando dell'attuatore 45 in risposta a segnali di ingresso descritti in dettaglio nel seguito.

Le elettrovalvole 48, 49, 50, 51 sono del tipo a tre vie, due posizioni, normalmente chiuse. Le tre posizioni dell 'attuatore 37 sono ottenute eccitando rispettivamente la sola elettrovalvola 48, la sola elettrovalvola 49, o entrambe le elettrovalvole 48, 49 contemporaneamente . Le due posizioni dell'attuatore 45 sono ottenute eccitando rispettivamente la sola elettrovalvola 50 e la sola elettrovalvola 51.

L'unità di controllo 47 comprende un circuito 52 di confronto collegato ad un sensore 53 di velocità angolare associato all'albero di ingresso 2, dal quale riceve un segnale di ingresso sm correlato con la velocità angolare dell'albero di ingresso 2; quando la frizione è chiusa, tale velocità coincide ovviamente con la velocità di rotazione dell'albero motore. Il circuito 52 è atto a confrontare il segnale di ingresso βω, cioè la velocità angolare dell'albero di ingresso, con un valore di riferimento sT corrispondente ad un valore limite superiore della velocità angolare dell'albero di ingresso, e a generare in uscita un segnale se di abilitazione il cui livello logico dipende dal risultato del confronto, come sarà chiarito nel seguito.

L'unità di controllo 47 comprende inoltre un circuito 54 di comando ricevente in ingresso, oltre al suddetto segnale se, segnali ss, sr generati da mezzi trasduttori 55 associati alla leva del cambio 36. Tali mezzi trasduttori, di tipo noto e pertanto non descritti in dettaglio, sono atti a generare i suddetti segnali ss, sr in risposta all'azionamento manuale di organi di selezione ausiliari 56, 57 associati alla leva stessa.

Tali organi sono costituiti, in particolare, da un selettore 56 ausiliario convenientemente integrato nella leva 36 ed azionabile in direzione assiale rispetto ad essa tra due posizioni (A, B), e da una levetta 57 disposta sull'impugnatura della leva stessa e mobile tra due posizioni (U, D ). Il selettore 56 è preposto al comando del gruppo ausiliario 38; i mezzi trasduttori 55 generano segnali sr di ingresso per il controllo del gruppo ausiliario 38 aventi valore (logico) correlato alla posizione del selettore 56 (ad esempio 1 per la posizione A, 0 per la posizione B). La levetta 57 è preposta al comando del gruppo ausiliario 34; i mezzi trasduttori 55 generano segnali ss di ingresso per il controllo del gruppo ausiliario 34 aventi valore (logico) correlato alla posizione della levetta 57 (ad esempio 1 per la posizione U, 0 per la posizione D).

Il funzionamento del cambio l è il seguente.

I rapporti di trasmissione nel gruppo principale 35 (I, II, III, IV, R) sono selezionati ed innestati manualmente mediante la leva 36.

Se oltre alla leva 36 vengono commutati il selettore 56 e/o la levetta 57, il cambio di marcia coinvolge anche il gruppo ausiliario 38 e/8 il gruppo ausiliario 34.

In questo caso, in risposta ad un segnale ss e/o sB, il circuito di comando 54 dell'unità di controllo 47 genera segnali di pilotaggio per le elettrovalvole associate agli attuatori 48,49,50,51 del cambio 1, in modo tale da disinnestare la marcia precedentemente inserita, e quindi innestare la nuova marcia richiesta. Il livello logico del segnale se è normalmente tale da abilitare il cambio marcia.

L'innesto vero e proprio della nuova marcia è preceduto da una fase di sincronizzazione nella quale viene progressivamente annullata la differenza tra le velocità angolari di ciascuna ruota dentata da innestare e del relativo albero. Si può assumere, in prima approssimazione, che la velocità angolare dell'albero di uscita 40 rimanga costante durante il cambio marcia (trascurando così la variazione di velocità del veicolo): la sincronizzazione determina pertanto una variazione di velocità dell'albero di ingresso 2. In particolare, l'albero di ingresso 2 viene accelerato nei cambi marcia verso una marcia inferiore, e frenato nei cambi marcia verso una marcia superiore .

Secondo la presente invenzione, il circuito 52 dell'unità di controllo 47 confronta il segnale sm, rappresentativo della velocità dell'albero di ingresso 2 con un valore di riferimento sT corrispondente ad un limite superiore della velocità di rotazione del motore compatibile con la sicurezza e l'integrità meccanica del gruppo motopropulsore.

Se il segnale è minore del valore di soglia citato, e cioè la velocità dell'albero di ingresso 2 è compresa entro un campo di valori accettabile, il livello del segnale di abilitazione se si mantiene inalterato e la manovra di cambio marcia viene completata .

In caso contrario, nel caso cioè in cui la velocità dell'albero di ingresso sia maggiore del limite di sicurezza, il segnale sa commuta e, in risposta, il circuito di comando 54 energizza entrambe le elettrovalvole 48, 49, l'attuatore 40 dispone pertanto il manicotto 13 nella posizione centrale o di neutro.

Ne deriva che l'albero di ingresso 2 risulta disaccoppiato dal contralbero 4 e, quindi, dall'ambito intermedio 3. Pertanto, la manovra di cambio marcia viene inibita ed il cambio 1 viene disposto in una condizione di neutro.

Convenientemente, dopo un tempo di attesa sufficiente a raggiungere la condizione di neutro, il segnale se viene resettato al valore logico di abilitazione, in attesa di una successiva manovra di selezione.

Da un esame delle caratteristiche del cambio 1 realizzato secondo la presente invenzione sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere.

In primo luogo, vengono impedite manovre di cambio marcia pericolose per la sicurezza e l'integrità del gruppo motopropulsore, quali ad esempio potrebbero verificarsi a causa di una involontaria commutazione del selettore 56 dalla posizione di selezione delle marce alte a quella di selezione della marce basse.

Questa funzione viene ottenuta in modo semplice ed affidabile, e non richiede alcuna modifica alla struttura del cambio, né componenti aggiuntivi, (il sensore 45 è normalmente presente in qualsiasi cambio automatizzato), tranne l'impiego di un attuatore a tre posizioni per lo splitter 34. I costi aggiuntivi per l'ottenimento della funzione sono pertanto molto ridotti, e notevolmente inferiori a quelli connessi con l'impiego di un controllo elettronico con bloccaggio meccanico del selettore.

Risulta infine chiaro che al cambio descritto possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall'ambito di tutela delle rivendicazioni.

In particolare, la funzione di neutro in condizioni di emergenza potrebbe essere affidata al gruppo ausiliario 38 anziché al gruppo 34; in questo caso, il gruppo 38 dovrebbe essere provvisto di una posizione intermedia di neutro, e l'attuatore 45 dovrebbe essere a tre posizioni. L'attuatore 37 potrebbe invece essere di tipo convenzionale, a due posizioni .

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Cambio di velocità (1) per un veicolo industriale del tipo comprendente: un albero di ingresso (2); un albero di uscita (40); una trasmissione ad ingranaggi (34, 35, 38) interposta tra il detto albero di ingresso (2) ed il detto albero di uscita (40) e comprendente almeno un gruppo principale (35) definente una pluralità di rapporti di trasmissione principali ed un grruppo ausiliario (34, 38) a due rapporti di trasmissione ausiliari definenti rispettive pluralità di marce del detto cambio di velocità in combinazione con i rapporti di trasmissione principali, il detto gruppo ausiliario (34, 38) comprendendo un organo di innesto (13, 44) mobile tra una prima posizione di innesto nella quale è attivato un primo rapporto di trasmissione ausiliario ed una seconda posizione di innesto nella quale è attivato un secondo rapporto di trasmissione ausiliario,-un attuatore (37, 45) di comando del detto organo di innesto (13, 44) mobile; ed un'unità di controllo (47) atta a generare segnali di comando per il detto attuatore (37, 45) in risposta ad una pluralità di segnali di ingresso (βω, ss, sr) rappresentativi di parametri operativi del detto cambio di velocità e della posizione di mezzi di selezione manuale (56, 57) associati al detto cambio di velocità (1), caratterizzato dal fatto che il detto attuatore (37) è atto ad assumere tre posizioni stabili corrispondenti, rispettivamente, alla detta prima posizione, alla detta seconda posizione e ad una terza posizione di neutro del detto organo di innesto (13) mobile, intermedia rispetto alle dette prima e seconda posizione, nella quale il detto albero di ingresso (2) ed il detto albero di uscita (40) sono disaccoppiati tra loro; la detta unità di controllo (47) comprendendo mezzi di confronto (52) della velocità di rotazione del detto albero di ingresso (2) conseguente all'innesto di una nuova marcia con un campo di valori accettabili prefissato, e mezzi generatori (54) di segnali di comando (sc) per disporre il detto attuatore (37) nella detta terza posizione nel caso in cui la detta velocità sia esterna al detto campo di valori accettabili prefissato. 2.- Cambio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il detto campo di valori accettabili prefissato è definito da un valore limite superiore di sicurezza della velocità di rotazione del detto albero di ingresso (2). 3.- Cambio secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di selezione (36, 56, 57) manuale comprendono una leva (36) mobile secondo una griglia di comando avente un numero di posizioni corrispondenti ai rapporti di trasmissione del detto gruppo principale (35) ed almeno un organo selettore (56, 57) ausiliario a due posizioni per comandare il detto gruppo ausiliario (34, 38). 4.- Cambio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta trasmissione ad ingranaggi (34, 35, 38) comprende un primo gruppo di trasmissione ausiliario (34) di tipo "splitter" ed un secondo gruppo di trasmissione ausiliario (38) di tipo "range". 5.- Cambio secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi manuali di selezione comprendono un primo organo selettore (57) ausiliario a due posizioni per comandare il detto primo gruppo ausiliario (34) ed un secondo organo selettore (56) ausiliario a due posizioni per comandare il detto secondo gruppo ausiliario (38), il detto secondo organo selettore (56) essendo integrato nella detta leva (36) e mobile assialmente. 6.- Cambio secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che il detto attuatore (37) a tre posizioni è associato al detto primo gruppo di trasmissione ausiliario (34). 7.- Cambio secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che il detto attuatore a tre posizioni è associato al detto secondo gruppo di trasmissione ausiliario (38). 8.- Cambio di velocità per un veicolo industriale, sostanzialmente come descrìtto ed illustrato nel disegno allegato.