PL186935B1 - Przkładnia bezstopniowa i sposób sterowania przekładnią bezstopniową - Google Patents

Abstract

1. Przekladnia bezstopniowa pracujaca w wie- l u trybach roboczych zawierajaca zespól zmianowy, napedzana za pomoca silnika i zaopatrzona w naped wyjsciowy, zawierajaca hydrauliczny uklad sterowania posiadajacy dwa hydrauliczne przewody doprowadza- jace do sterowania zespolem zmianowym, na który sa zamontowane pompy hydrauliczne do dostarczania plynu hydraulicznego do obu tych przewodów, pierw- sze i drugie sprzeglo zmianowe trybu roboczego, oraz srodki sterujace do sterowania cisnieniem w pierw- szym i drugim hydraulicznym przewodzie doprowa- dzajacym, znamienna tym, ze srodkami sterujacymi sa elektrohydrauliczne zawory (99, 100) polaczone posrednio z hydraulicznymi przewodami doprowadza- jacymi (67, 68), a takze poprzez zawory elektromagne- tyczne (106, 107, 109, 110) ze sprzeglami (37, 43), przy czym elektrohydrauliczne zawory (99, 100) maja pierwszy tryb pracy, w którym równo, jednakowo podnosza lub obnizaja cisnienie w kazdym hydrau- licznym przewodzie doprowadzajacym (67, 68) ula- twiajac operacje sprzegania bez wplywu na sterowanie zespolem zmianowym (10) oraz drugi tryb pracy, w którym zmieniaja zróznicowane cisnienie w hydrau- licznych przewodach doprowadzajacych (67, 68), zmieniajac sterowanie zespolem zmianowym (10) nie wplywajac na prace sprzegla (37, 43). Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest przekładnia bezstopniowa i sposób sterowania przekładnią bezstopniową.

Przekładnia taka jest stosowana w pojazdach z napędem silnikowym.

Znana jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3406597 (De Brie Perry i inni) przekładnia bezstopniowa pracująca w wielu trybach roboczych zawierająca zespół zmianowy oraz sposób sterowania przekładnią bezstopniową.

Znane są przekładnie z zespołem zmianowym typu pierścieniowej bieżni z trakcją toczną umożliwiającym bezstopniową zmianę przełożenia oraz ze sprzęgłami do przestawiania przekładni na jeden z dwóch trybów roboczych.

Typowo, w skład takich sprzęgieł wchodzą rozmieszczone przekładkowe tarcze cierne poruszane za pomocą tłoków hydraulicznych. Dla uniknięcia nadmiernego oporu podczas rozłączania, tarcze te są rozdzielone wbudowanymi w sprzęgło sprężynami odpychającymi.

Kiedy włączone jest sprzęgło niskiego trybu roboczego, np. w przypadku pojazdu nieruchomego, pojazdu jadącego do tyłu lub poruszającego się z małą prędkością do przodu, napęd jest przenoszony z zespołu zmianowego na wał wyjściowy przekładni za pośrednictwem mieszanej przekładni planetarnej, w której jarzmo jest napędzane przez wał wejściowy, tarcza wyjściowa zespołu zmianowego napędza koło centralne, a pierścień obiegowy jest połączony z wałem wyjściowym przekładni.

Z rolkami ustawionymi w położeniach odpowiadających przełożeniu przy ich największej prędkości, koło centralne odgrywa dominującą rolę w napędzaniu wału wyjściowego przekładni w kierunku odwrotnym. W miarę oddalania się rolek od tego położenia przechodzą one przez ustawienie „przełożenia neutralnego”, w którym równe i przeciwne względem siebie oddziaływania koła centralnego i jarzma znoszą się ze sobą, co w rezultacie daje zerowy efekt napędowy. Następnie, ponieważ rolki przemieszczają się do położenia, w którym zespół zmianowy działa ze stopniowo coraz mniejszym przełożeniem, zaczyna coraz bardziej przeważać napęd do przodu pochodzący od jarzma. Zatem, po dojściu przełożenia zespołu zmianowego do jego dolnej wartości granicznej (tj. minimalny efekt cofania), wszystkie podzespoły, to znaczy koło centralne, jarzmo i pierścień, obracają się zgodnie. W rezultacie oba elementy

186 935 składowe sprzęgła wysokiego trybu roboczego również obracają się z tymi samymi prędkościami jak jeden zespół i można powiedzieć, że przekładnia pracuje z przełożeniem synchronicznym.

Łatwo zrozumieć, że po dojściu do tego drugiego stanu może wyłączyć się sprzęgło niskiego trybu roboczego i równocześnie (lub później) włącza się sprzęgło wysokiego trybu roboczego, wskutek czego następuje zmiana trybu roboczego z minimalnym poślizgiem, wstrząsem lub zużyciem.

Podczas pracy w wysokim trybie roboczym, wał wyjściowy przekładni jest napędzany przez tarczę wyjściową zespołu zmianowego za pośrednictwem łańcucha o stałym przełożeniu i ruch rolek zespołu zmianowego z powrotem do ich położeń o największych przełożeniach umożliwi przekładni osiągniecie coraz większych przełożeń prędkości do przodu aż do dużego nadbiegu.

Wiadomo, że w znanych układach synchroniczna zmiana trybu roboczego może wystąpić tylko przy jednym określonym stosunku przełożenia, ponieważ tylko w tym miejscu poruszające się w kierunku przeciwnym sprzęgło nie porusza się względem swoich elementów i może sprzęgnąć się bez znacznego ryzyka wstrząsu towarzyszącego przełączaniu. Jest to prawdziwe bez względu na to czy zmiana następuje z niskiego trybu roboczego na wysoki, jak wspomniano powyżej, czy też w kierunku przeciwnym. Jednakże, ponieważ w praktyce czas napełnienia i sprzężenia sprzęgieł jest skończony, to warunkiem uzyskania płynnej ciągłej zmiany stosunku przełożenia przekładni bezstopniowej jest odpowiednio wczesne rozpoczęcie procesu napełniania.

Stosowana obecnie w tym celu w tych układach strategia polega na dwufazowym sprzęganiu sprzęgła.

W pierwszej fazie, w miarę dochodzenia przekładni do przełożenia synchronicznego, sprzęgło „napełnia się miękko” cieczą o niskim ciśnieniu do ciśnienia zaledwie zdolnego do przezwyciężenia siły sprężyn odpychających i sprzężenia tarcz ciernych. Potrzebny do tego celu olej odprowadza się jako część oleju smarnego w miejscu znajdującym się za zaworami układu sterowania uzyskując strumień płynu o dużym natężeniu przepływu i niskim ciśnieniu przeznaczony do tłoków uruchamiających sprzęgło. Ciśnienie płynu doprowadzanego do sprzęgła nie wystarcza do uzyskania znaczniejszej wydajności sprzęgła, więc w dowolnym, wygodnym czasie można rozpocząć „miękkie napełnianie sprzęgła”, przestrzegając tylko warunku, żeby zostało ono napełnione w chwili dojścia przekładni do przełożenia synchronicznego.

W drugiej fazie, po dojściu przełożenia przekładni do przełożenia synchronicznego z dopuszczalną tolerancją i „miękkim napełnieniu sprzęgła” w opisany powyżej sposób, układ hydrauliczny jest przełączany na „twarde napełnianie sprzęgła” do wysokiego ciśnienia wystarczającego do całkowitego sprzężenia sprzęgła i przestawienia przekładni na wysoki tryb roboczy·'. Ta druga faza procesu wymaga tylko bardzo małego natężenia przepływu oleju, a więc jest szybka z minimalnym zakłócaniem sterowania ciśnieniem.

Jak już stwierdzono powyżej, jeżeli prawidłowo ustawiono kolejność, to uzyskuje się znakomite przełączanie trybów roboczych, co jest uwarunkowane odpowiednio wczesnym zakończeniem procesu napełniania sprzęgła ze względu na to, że w takiej sytuacji układ może następnie czekać na synchronizację. Jeżeli natomiast napełnianie opóźnia się, co się czasami zdarza, to przekładnia przejdzie przez przełożenie synchroniczne przed ewentualną możliwością podjęcia jakiegokolwiek działania, w wyniku czego jest prawie niemożliwe zadowalające przełączenie trybu roboczego. W tego typu sytuacjach „twarde napełnianie sprzęgła” wystąpi przy znacznym błędzie przełożenia przekładni, co spowoduje silny wstrząs mechaniczny podczas zmiany trybu roboczego z jednego na drugi.

Celem wynalazku jest zmniejszenie i ewentualne wyeliminowanie problemów związanych ze wspomnianym powyżej rozwiązaniem.

Celem wynalazku jest nowa konstrukcja przekładni bezstopniowej oraz sposób sterowania przekładnią bezstopniową.

Przekładnia bezstopniowa pracująca w wielu trybach roboczych zawierająca zespół zmianowy, napędzana za pomocą silnika i zaopatrzona w napęd wyjściowy, zawierająca hydrauliczny układ sterowania posiadający dwa hydrauliczne przewody doprowadzające do sterowania zespołem zmianowym, na który są zamontowane pompy hydrauliczne do dostarczania

186 935 płynu hydraulicznego do obu tych przewodów, pierwsze i drugie sprzęgło zmianowe trybu roboczego, oraz środki sterujące do sterowania ciśnieniem w pierwszym i drugim hydraulicznym przewodzie doprowadzającym według wynalazku charakteryzuje się tym, że środkami sterującymi są elektrohydrauliczne zawory połączone pośrednio z hydraulicznymi przewodami doprowadzającymi, a także poprzez zawory elektromagnetyczne ze sprzęgłami, przy czym elektrohydrauliczne zawory mają pierwszy tryb pracy, w którym równo, jednakowo podnoszą lub obniżają ciśnienie w każdym hydraulicznym przewodzie doprowadzającym ułatwiając operacje sprzęgania bez wpływu na sterowanie zespołem zmianowym oraz drugi tryb pracy, w którym zmieniają zróżnicowane ciśnienie w hydraulicznych przewodach doprowadzających, zmieniając sterowanie zespołem zmianowym nie wpływając na pracę sprzęgła.

Korzystnie każde sprzęgło w położeniu sprzęgania aktywnego jest połączone z ciśnieniem wylotowym w hydraulicznym układzie sterowania, zaś w położeniu sprzężenia całkowitego jest połączone z ciśnieniem wlotowym w hydraulicznym układzie sterowania.

Korzystnie każde ze sprzęgieł jest połączone z niższym spośród dwóch ciśnień sterujących zespołem zmianowym i, co najmniej początkowo, sterowane tym ciśnieniem.

Korzystnie każde ze sprzęgieł jest połączone z wyższym spośród dwóch ciśnień sterujących zespołem zmianowym po jego podłączeniu do niższego ciśnienia.

Korzystnie sprzęgła są połączone poprzez układ zaworów elektromagnetycznych z hydraulicznym układem sterowania.

Korzystnie przekładnia zawiera ponadto zespół sterujący połączony z elektrohydraulicznymi zaworami do włączania działania i kończenia fazy sterowania aktywnego przed rozpoczęciem fazy sprzężenia całkowitego.

Korzystnie elektroniczny zespół sterujący jest połączony z zespołem zaworów hydraulicznych do inicjowania pracy sprzęgła przed zmianą zakresu.

Korzystnie elektroniczny zespół sterujący zawiera urządzenie monitorujące co najmniej jedną właściwość związaną z działaniem zespołu zmianowego, a tym samym wyznaczania z wyprzedzeniem osiąganego przez zespół zmianowy przełożenia synchronicznego, przy którym konieczna jest zmiana przełożenia oraz wysyłające sygnały do elektronicznego zespołu sterującego.

Korzystnie w skład zespołu monitorującego wchodzi co najmniej jeden monitor do monitorowania co najmniej jednego z następujących parametrów: prędkości silnika, przełożenia zespołu zmianowego, czasu, przełożenie przekładni, czasu napełnienia sprzęgła oraz prędkości przełączenia lub też prędkości zmiany jednego albo innego spośród nich.

Korzystnie zespół zmianowy jest typu pierścieniowej bieżni z trakcją toczną mającą rolki zmieniające przełożenie, do których są podłączone hydrauliczne przewody doprowadzające do sterowania położeniem rolek.

Korzystnie każda ze zmieniających przełożenie rolek jest połączona z odpowiednim taranem hydraulicznym, który jest wzbudzany za pomocą ciśnień w pierwszym i drugim hydraulicznym przewodzie doprowadzającym.

Sposób sterowania przekładnią bezstopniową pracującą w wielu trybach roboczych według wynalazku charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie podczas zmiany trybu roboczego, rozpoczyna się sprzęganie sprzęgła, które w innym przypadku nie byłoby sprzężone, przed osiągnięciem przez zespół zmianowy przełożenia synchronicznego tak, żeby wytwarzane przez przekładnię obciążenie silnika zmieniało się, wzbudzając w ten sposób zmianę trybu roboczego; a w drugim etapie kończy się zmianę trybu roboczego poprzez rozłączenie sprzęgła związanego z trybem roboczym, z którego przełączono przekładnię, i kończy się sprzęganie sprzęgła, które jest sprzęgane.

Korzystnie rozpoczyna się sprzęganie sprzęgła poprzez łączenie najpierw sprzęgła z ciśnieniem wylotowym i kończy się sprzęganie sprzęgła poprzez łączenie go z ciśnieniem wlotowym w hydraulicznym obwodzie sterowania.

Korzystnie ponadto doprowadza się płyn hydrauliczny do tarana hydraulicznego tak, aby rolki reagowały na różnicę ciśnień wewnątrz hydraulicznego obwodu sterowania.

Korzystnie ponadto prowadzi się monitorowanie co najmniej jednego parametru związanego z układem sterowania, przekładnią, lub związanymi z nimi podzespołami, dla wyznaczenia chwili rozpoczęcia pierwszego i drugiego etapu.

186 935

Przedmiot zgłoszenia jest pokazany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekładnię bezstopniową, według wynalazku, schematycznie, którą ma sterować układ z fig. 2; fig. 2 schemat obwodu hydraulicznego układu sterowania przekładni bezstopniowej według wynalazku; fig. 3 - układ napędowy z rozwiązaniami według wynalazku, schematycznie; fig. 4 układ sterowania widoczny w dolnej połowie fig. 1, w wersji uproszczonej.

Na fig. 1 pokazano przekładnię bezstopniową 8, w skład której wchodzi zespół zmianowy 10 typu pierścieniowej bieżni z trakcją toczną z dwiema tarczami wejściowymi 12, 13 (ta druga osadzona wielowypustowo na wałku 15 zespołu zmianowego, dzięki czemu ma możliwość ograniczonego poruszania się w kierunku osiowym wzdłuż tego wałka), centralną tarczą wyjściową 17 oraz dwoma zespołami, sterowanych za pomocą tłoka, rolek sprzęgających się z tarczami wejściowymi 12, 13 i wyjściowymi 17 w celu przenoszenia momentu pomiędzy tarczami 12, 13 w reakcji na moment potrzebny na zespole zmianowym 10. Dla uproszczenia, na fig. 2 pokazano tylko jedną z sześciu rolek, tak zwaną rolkę główną 19.

Jak wiadomo, na przykład z opisu patentowego GB2227287, istotne znaczenie ma wycentrowanie tłoków rolkowych w taki sposób, żeby były w przybliżeniu styczne do środkowego okręgu teoretycznych torusów 21, których częścią są bieżnie wirnika, ale z niewielkim odchyleniem, znanym jako kąt „pochylenia koła” lub kąt „samonastawienia”.

Wał wejściowy 15 zespołu zmianowego 10 jest napędzany na jednym końcu 23 za pomocą silnika (nie pokazanego) pojazdu macierzystego, natomiast na drugi koniec działa na tarczę wejściową 13 zespołu zmianowego 10 obciążenie osiowe wywierane przez komorę ciśnieniową 25 wypełnioną płynem hydraulicznym o wysokim ciśnieniu zasilanym przewodem hydraulicznym 27. Ciśnienie w przewodzie hydraulicznym 27 jest równe większemu z dwóch ciśnień w hydraulicznych przewodach doprowadzających 67, 68, z których wyższe jest używane jako ciśnienie sterowania lub ciśnienie.wlotowe płynu do tłoka rolkowego 24. Przeznaczony do tłoka 29 płyn o ciśnieniu wylotowym jest doprowadzany z tego spośród hydraulicznych przewodów doprowadzających 67, 68, w którym jest niższe ciśnienie. Dlatego należy zauważyć, że rolka główna 19 reaguje na różnicę ciśnień na jej tłoku sterującym 29, a nie na bezwzględne wartości ciśnienia w hydraulicznych przewodach doprowadzających 67 i 68.

W przypadku pracy w wysokim trybie roboczym, np . w takich warunkach jak opisano we wstępnych paragrafach niniejszego zgłoszenia, wał wyjściowy 33 przekładni jest napędzany w znany sposób za pomocą wału wejściowego zespołu zmianowego 10 za pośrednictwem koła zębatego 35, sprzęgła 37 niskiego trybu roboczego i przekładni planetarnej 39.

W przypadku niskiego trybu roboczego, wał wyjściowy 33 jest napędzany dodatkowo za pomocą centralnej tarczy wyjściowej 17 zespołu zmianowego 10 za pośrednictwem łańcucha napędowego 41 i sprzęgła 43 wysokiego trybu roboczego.

Numerem identyfikacyjnym 45 oznaczono wyjściowy koniec wału 33, np. łączący się z mechanizmem różnicowym pojazdu macierzystego i kołami jezdnymi.

Rolkę główną 19 oraz pięć rolek „zależnych” 47-51 wraz z połączonymi z nimi tłokami sterującymi i cylindrami pokazano na fig. 2, gdzie pokazano również sprzęgła 37 i 43 dwóch trybów roboczych, oba wyposażone w sprężyny odpychające zdolne do wytrzymania ciśnienia zamykającego tarcze o wartości do 3 barów.

Jak pokazano na fig. 2, oś 52 rolki głównej 19 jest osadzona w komorze 53 wydrążonego wału 54 tłoka 55 dwustronnego działania. Tłok 55 jest uformowany w taki sposób, że ma dwa przeciwległe denka 56, 57, oba z możliwością swobodnego ślizgania się, pod wpływem obciążenia hydraulicznego, wewnątrz współosiowych cylindrycznych końcowych kołpaków 58, 59 oraz obracania się wokół podłużnej osi wału 54. Łącznie, tłok 55 i końcowe kołpaki 58, 59 działają w ten sposób, że stanowią taran hydrauliczny 71 połączony z każdą z rolek. Rozumie się samo przez się, że na fig. 1 układ jest pokazany wyłącznie schematycznie.

W zmodyfikowanym urządzeniu tłok 55 zastąpiono tłokiem dwustronnego działania z jednym denkiem, np. takim, jaki ujawniono w opisie patentowym GB2227287 i przedstawiono, wyłącznie ze względu na wygodę, w postaci schematycznej na fig. 1.

Wracając do pokazanego na fig. 2 rozwiązania konstrukcyjnego z dwoma końcami, w ściankach końcowych i bocznych odpowiednich cylindrycznych kołpaków 58, 59 są uformowane wloty 61, 62 i wyloty 64, 65 płynu hydraulicznego, a hydrauliczne przewody doprowadzające 67, 68

186 935 będące przewodami ciśnieniowymi zapewniają to, że różne tłoki 47 - 51 zależne zachowują się dokładnie w taki sam sposób, jak główny tłok 29 tak, że na wszystkie sześć rolek zespołu zmianowego 10 stale działa takie samo ciśnienie jak na jedną.

Jeżeli natomiast chodzi o hydrauliczny 'układ sterowania 70, to w jego skład wchodzą dwie niezależne pompy olejowe 72, 73 doprowadzające płyn hydrauliczny z miski olejowej 75 do hydraulicznych przewodów doprowadzających 67, 68. Krzyżowy łącznik 77 pomiędzy tymi dwoma przewodami 67, 68 komunikuje się za pomocą zespołu zaworów jednokierunkowych 79 i 80, działającego na zasadzie „większe ciśnienie przeważa, z przewodem hydraulicznym 27 doprowadzającym płyn do komory ciśnieniowej 25 zespołu zmianowego 10, pokazanego na fig. 2.

Wyloty 64, 65 do kołpaków końcowych 58, 59 głównego tłoka 29 zasilają lewy i prawy przewód ciśnieniowy 82, 83. Przewody te są połączone ze sobą za pomocą łącznika krzyżowego 85, komunikującego się za pomocą urządzenia 87, 88 typu „większe ciśnienie przeważa” z przewodem 90 całkowitego sprzężenia podłączonym do sprzęgieł 37, 43. Drugi łącznik krzyżowy 92 komunikuje się za pomocą urządzenia 94, 9b typu „mniejsze ciśnienie przeważa” z przewodem 97 sprzężenia czynnego podłączonym do sprzęgieł 37, 43.

Numerami identyfikacyjnymi 99, 100 oznaczono dwa elektrohydrauliczne zawory sterowania ciśnieniem, które łącznie, skutecznie stanowią pierwszy i drugi zespół sterujący do sterowania ciśnieniem obciążającym sprzęgło 37, 43 i rolkami zespołu zmianowego 10 w szczegółowo omówiony dalej sposób.

Za dwoma elektrohydraulicznymi zaworami sterowania ciśnieniem 99, 100 przewody ciśnieniowe 82, 83 łączą się w miejscu 102, skąd łącznik 104 doprowadza płyn pod niskim ciśnieniem do ogólnego smarowania przekładni.

Omawiając teraz obwody 90, 97 sterowania sprzęgłami 37, 43, należy zauważyć, że w każdym z nich znajdują się dwa zawory elektromagnetyczne 106, 107 i 109, 110, które można przełączać, łącząc każde ze sprzęgieł 37, 43, w zależności od potrzeby, w celu „napełniania aktywnego” lub „napełniania do pełnego sprzężenia”. Na przykład, w przypadku sytuacji pokazanej na fig. 2, przełączenie zaworu 106 powoduje połączenie sprzęgła 37 niskiego trybu roboczego z obwodem 97 sprzężenia aktywnego, natomiast przełączenie zaworu 107 spowoduje połączenie sprzęgła 37 niskiego trybu roboczego z obwodem 90 sprzężenia całkowitego. Zawory elektromagnetyczne 109 i 110 działają w analogiczny sposób jak zawory elektromagnetyczne 106 i 107, ale w odniesieniu do sprzęgła 43 wysokiego trybu roboczego.

Ostatnimi elementami składowymi układu są dwie płytki ograniczające 112, 113 o nacisku 1 bara usytuowane w przewodach 82, 83 pomiędzy dwoma łącznikami krzyżowymi 85, 92.

Podczas pracy pokazanego przykładu wykonania, wyobraźmy sobie, tylko przykładowo, że początkowo jest włączone sprzęgło 37, a sprzęgło 43 ma być włączone zamiast sprzęgła 37 w celu zmiany trybu roboczego. Wtedy, w porównaniu z sytuacją pokazaną na fig. 2 (żadne ze sprzęgieł nie jest włączone), zawór elektromagnetyczny 107 będzie włączony w taki sposób, żeby sprzęgło 37 zostało połączone z obwodem 90 sprzężenia całkowitego.

Jeżeli chodzi o elektrohydrauliczne zawory 99, 100 regulujące ciśnieniem, to w typowym przypadku przez elektrohydrauliczny zawór 99 płynie prąd o zerowym natężeniu, natomiast przez zawór 100 prąd o natężeniu 1/2 ampera. Oznacza to, że ciśnienie w przewodzie bezpośrednio przed elektrohydraulicznym zaworem 99 będzie w przybliżeniu przeciwciśnieniem (2 bary) i następnym krokiem jest przełączenie zaworu elektromagnetycznego 109 do położenia, w którym olej o niskim ciśnieniu wypełni przewód pomiędzy zaworem elektromagnetycznym 109 a sprzęgłem 43.

W celu napełnienia sprzęgła 43 i zwarcia tarcz sprzęgłowych do stanu gotowości w celu aktywnego sterowania zmianą trybu roboczego, podnosi się natężenia prądów w elektrohydraulicznych zaworach 99, 100 do, odpowiednio, 0,1 ampera i 0,6 ampera, zwiększając w ten sposób ciśnienia w sąsiadujących z nimi przewodach zazwyczaj z 2 barów do 3,6 bara (przewód 82) i z 10 barów do 11,6 bara (przewód 83). Teraz ciśnienie w przewodzie 82 wystarcza do napełnienia sprzęgła 43 wysokiego trybu roboczego płynem z natężeniem przepływu wynikającym z natężenia prądu sterowania elektrohydraulicznymi zaworami 99, 100. Po czasie zadawania, zazwyczaj około 1/2 sekundy, elektroniczny układ sterowania 220, pokazany

186 935 schematycznie na fig. 3, przyjmuje, że faza ta została zakończona i układ jest w stanie gotowości do realizacji następnej fazy. Następna faza rozpoczyna się z chwilą zwiększenia przez elektroniczny układ sterujący 220 natężenia prądów płynących do elektrohydraulicznych zaworów 99, ΐ0θ do, odpowiednio, 1 ampera i 1,5 ampera, w wyniku czego w sąsiadujących z nimi przewodach ciśnieniowych rośnie ciśnienie do 18 barów (przewód 82) i 26 barów (przewód 83). Teraz ciśnienie w przewodzie 82 jest wystarczające do włączenia sprzęgła 43 wysokiego trybu roboczego, które przestawia przekładnię w stan przełożenia synchronicznego. Początkowa część procesu zmiany trybu roboczego kończy się po zmierzeniu przez elektroniczny układ sterujący 220, że przełożenie przekładni jest synchroniczne.

Należy zauważyć, że we wszystkich omawianych powyżej sytuacjach natężenia prądów roboczych do obu elektrohydraulicznych zaworów 99, 100 będących zaworami regulacyjnymi są zwiększane dokładnie o takie same wielkości tak, że różnica ciśnień pomiędzy obu przewodami 82, 83 pozostaje na poziomie 8 barów. Oznacza to, że ustawienia tłoka 29 sterującego rolką w zespole zmianowym 10 nie ma wpływu na sytuacje powstałe w sprzęgłach 37, 43 trybów roboczych.

Jak już opisano we wcześniejszej części tego opisu, doprowadzenie obu sprzęgieł przełączających tryby robocze do stanu pełnego działania zapewnia to, że przekładnia pracuje w stanie przełożenia synchronicznego i w stanie tym elektroniczny układ sterowania 220 musi „decydować” na podstawie dostarczanych mu informacji o przełożeniu, prędkości silnika i ustawieniu pedału przepustnicy czy przełączyć przekładnie z powrotem do pracy w niskim trybie roboczym, czy też przełączyć ją do pracy w wysokim trybie roboczym. Decyzja o powrocie do pracy w niskim trybie roboczym spowoduje po prostu odwrócenie każdego z omawianych powyżej etapów (przy zachowaniu przez cały czas różnicy ciśnień pomiędzy przewodami 82 i 83 na poziomie 8 barów). Należy jednak zauważyć, że w przypadku podjęcia decyzji o przełączeniu przekładni 8 z jednego trybu roboczego na drugi, po nastąpieniu tej zmiany trybu roboczego, parametry robocze zespołu zmianowego 10 zostaną odwrócone w taki sposób, że ta strona tłoka 29 sterującego rolką, która była stroną ciśnienia sterowania stanie się stroną ciśnienia wylotowego, i na odwrót. Warunkiem realizacji tego przełączenia jest chwilowa taka sama wartość ciśnienia „sterowania” i ciśnienia „wylotowego” w punkcie skrzyżowania cyklu roboczego zespołu zmianowego 10.

Zatem, po potwierdzeniu aktualności przełączenia trybu roboczego, polegającego na utrzymaniu sprzęgła 43 w stanie sprzężonym i rozłączeniu sprzęgła 37, pierwszym koniecznym krokiem jest podniesienie natężeń prądów w obu elektrohydraulicznych zaworach 99, 100 do tej samej wartości, typowo 2 ampery, w celu chwilowego „odcięcia” zespołu zmianowego 10 od przekładni 8 przed przełączeniem zaworów elektromagnetycznych 106, 107 do położeń pokazanych na fig. 1 w celu rozłączenia sprzęgła 37. Przed następnym zwolnieniem sprzęgła 37 zmniejsza się natężenie prądu w elektrohydraulicznym zaworze 100 do zera amperów (2 bary), z równoczesnym zmniejszeniem natężenia prądu w elektrohydraulicznym zaworze 99 do 1/2 ampera (10 barów) tak, żeby ustawić różnicę ciśnień na zespole zmianowym 10 na wartość potrzebną do pracy w następnym trybie roboczym. Dalsze zmiany trybu pracy na każdym ze sprzęgieł przebiegają w analogiczny sposób do opisanych powyżej.

Należy zauważyć, że kiedy przez elektrohydrauliczne zawory 99, 100 płynie zerowy prąd sterowania i różnica ciśnień na zespole zmianowym 10 jest równa zeru, to istotne znaczenie ma obecność płytek ograniczających 112, 113 (albo ich równoważników funkcjonalnych), ponieważ działają one w ten sposób, żeby zapewnić różnicę ciśnień o wartości jednego bara pomiędzy dwoma przewodami napełniającymi 90, 97. Oznacza to, że to sprzęgło, które w danej chwili jest sprzęgłem całkowicie sprzężonym, może być trzymane za pomocą wysokiego ciśnienia wystarczającego do utrzymania go w stanie sprzężonym, natomiast to sprzęgło, które w danej chwili jest sprzęgłem aktywnie sprzęganym, może być trzymane za pomocą ciśnienia wystarczającego aby zapobiec zamknięciu się tarcz sprzęgłowych wskutek działania sprzęgłowej sprężyny odpychającej skierowanej w przeciwnym kierunku. Należy ponadto zauważyć, że w razie sytuacji przeciążenia awaryjnego, szczytowe wartości ciśnień występujące wskutek efektu hydraulicznego stopowania końcowego w odpowiednim kołpaku 58, 59 cylindra przenoszą się hydraulicznymi przewodami doprowadzającymi 67, 68 do innych

186 935 cylindrów sterujących oraz do końcowej komory ciśnieniowej 25 zespołu zmianowego 10. Natomiast, ponieważ te chwilowe wartości szczytowe nie pojawiają się w wylotowych przewodach ciśnieniowych 82, 83 sterujących trybami roboczymi sprzęgieł 37, 43, nie działa to na te sprzęgła i mogą się one ślizgać, w razie konieczności, przekazując nadmierne obciążenie na zespół zmianowy 10.

Na fig. 3 pokazano schematycznie rozwiązanie według wynalazku w połączeniu z typowym mechanizmem zębatym. Na podstawie tej figury oraz wstępnej części opisu, rozumie się samo przez się, że istnieje możliwość przenoszenia mocy z silnika głównego (silnika) 200 na wał wyjściowy 45 za pośrednictwem przekładni planetarnej 210 i zespołu zmianowego 10 przez sam zespół zmianowy. W niskim trybie roboczym sprzężone jest sprzęgło 37, natomiast w wysokim trybie roboczym sprzężone jest sprzęgło 43. Powyżej omówiono rzeczywiste działanie tych sprzęgieł, natomiast najlepszym sposobem optymalnego sterowania nimi jest zastosowanie pewnej formy sterowania, na przykład za pomocą elektronicznego zespołu sterowania 220.

W skład takiego zespołu sterowania 220 wchodzi zespół 230 do monitorowania dowolnej jedhej lub kilku spośród wielu parametrów związanych z działaniem zespołu zmianowego 10 w celu określania przed osiągnięciem przez zespół zmianowy 10 przełożenia synchronicznego, czy konieczna jest zmiana przełożenia oraz do odpowiedniego sygnalizowania tego elektronicznemu zespołowi sterującemu 220. Odpowiednie do tego celu urządzenia monitorujące lub pomiarowe są dobrze znane, w związku z czym zrezygnowano tu z ich opisu. Odpowiednimi parametrami do monitorowania są takie parametry jak: prędkość silnika; przełożenie zespołu zmianowego; czas; przełożenie przekładni; czas napełniania sprzęgła; prędkość przełączania; położenie pedału przepustnicy; ciśnienie hydrauliczne lub też szybkość zmian jednego lub innych z tych parametrów.

W przykładzie pokazanym na fig. 3, każdy z przewodów 242, 244 i 246 reprezentuje połączenia pomiędzy odpowiednimi elementami monitorującymi 252, 254 i 256 przeznaczonymi do monitorowania prędkości silnika, prędkości wyjściowej z zespołu zmianowego i prędkości wyjściowej z przekładni planetarnej oraz do doprowadzania dotyczących ich informacji do zespołu sterującego 220. Ponadto, na fig. 3 widać monitor 248 położenia pedału połączony w podobny sposób z zespołem sterowania 220.

Na fig. 4 przedstawiono nieco uproszczoną wersję zespołu sterującego z fig. 1, ale rozumie się samo przez się, że możliwe są różnorodne rozwiązania. W tej uproszczonej wersji przewody 82, 83 są podłączone do obwodu 300 sterowania sprzęgłem w punktach, odpowiednio, A i B. Elektrohydrauliczne zawory 99, 100 są podłączone do przewodów 82, 83 w taki sam sposób jak opisano to podczas omawiania fig. 2. Zawory te stale doprowadzają płyn do obwodu smarowania 104 i zmieniają ciśnienia w taranach hydraulicznych 71 sterujących rolkami. W skład układu sterowania 300 wchodzą cztery zawory elektromagnetyczne 310, 312, 314 i 316. Pierwsze dwa zawory pracują w ten sposób, że pobierają płyn hydrauliczny z jednego z punktów A i B i przepuszczają go do, odpowiednio, związanych z nimi zaworów pomocniczych 314, 316. Zawory pomocnicze 314, 316 działają w podobny sposób i kierują płyn hydrauliczny do odpowiedniego sprzęgła 37, 43. Taki układ zaworów jest funkcjonalnie bardzo podobny do pokazanego na fig. 2. Jak już wspomniano podczas opisu fig. 2, elektroniczny zespół sterujący 220 jest również połączony czynnościowo z elektrohydraulicznymi zaworami 99, 100 sterującymi ciśnieniem w celu zmiany ich położenia, a tym samym zmiany ciśnień Pa i Pb. W rezultacie, elektroniczny zespół sterujący 220 może z łatwością określić, które z dwóch ciśnień w hydraulicznym układzie sterowania 70 jest większe, oraz doprowadzić układ do odpowiedniego stanu roboczego. Przykładowo, podczas jazdy do przodu, warunki w przewodzie ciśnieniowym wynikają z trybu roboczego, tj. niskiemu trybowi roboczemu może być potrzebny przewód 82, a wysokiemu trybowi roboczemu przewód 83. W przypadku nadbiegu i jazdy wstecz, ciśnienia te zamieniają się miejscami. Sterownik powoduje zmiany ciśnień w przewodach 82, 83, więc może on również zmieniać stan zaworu sprzęgła w taki sposób, żeby łączyć je z odpowiednim przewodem.

Przełączenie układu z fig. 4 z niskiego trybu roboczego na wysoki odbywa się według następującej kolejności.

186 935

Najpierw zakłada się, że aktualnie jest sprzężone sprzęgło 37 niskiego zakresu, oraz że ciśnienie w punkcie B jest większe niż ciśnienie w punkcie A, zawór elektromagnetyczny 312 jest w położeniu 1 (przewód B), podobnie jak zawór elektromagnetyczny 316, w wyniku czego doprowadza on płyn o wysokim ciśnieniu do podtrzymania działania sprzęgła 37 niskiego zakresu. Przy sprzężonym sprzęgle 37 zawór elektromagnetyczny 314 jest w położeniu 2, zapobiegając w ten sposób dopływowi płynu hydraulicznego do sprzęgła 43 i umożliwiając płynowi, który mógłby tam znajdować się z poprzednich operacji, wypływ wylotem 320 do miski olejowej 104.

W celu przełączenia z zakresu niskiego do wysokiego trzeba uruchomić zawory elektromagnetyczne 310 i 314 w taki sposób, żeby skierować płyn o niskim ciśnieniu z punktu A do sprzęgła 43. Osiąga się to po prostu przełączając zawór elektromagnetyczny 310 do położenia 2, a zawór elektromagnetyczny 314 do położenia 1. Podczas tej fazy operacji ciśnienie w punkcie B (Pb) jest większe niż ciśnienie w punkcie A (Pa), a stąd można powiedzieć, że sprzęgło 43 wysokiego trybu roboczego znajduje się na początkowym etapie fazy sterowania aktywnego. Podczas tej części fazy płyn o niskim ciśnieniu działa w ten sposób, że odcina sprzęgło 37, ale jego ciśnienie nie jest wystarczające do przeniesienia przez nie mocy, tj . do dociśnięcia tarcz sprzęgłowych i umożliwienia przeniesienia momentu obrotowego. Zakończenie tej części fazy można określić monitorując upływ czasu od jej rozpoczęcia lub monitorując inne parametry układu, takie jak położenia sprzęgła. W tym momencie czasu, przełożenie zespołu zmianowego Rvar nie pasuje do przełożenia niezbędnego do synchronizacji Rsynch, a Pa jest wyraźnie mniejsze niż ciśnienie Pclamp potrzebne do całkowitego sprzężenia sprzęgła 43 i umożliwienia przeniesienia momentu obrotowego.

Warunkiem doprowadzenia układu do syncHronizacji jest zwiększenie Pa w celu umożliwienia sprzęgłu przenoszenie momentu obrotowego. Etap ten osiąga się za pomocą elektroHydraulicznYch zaworów 99, 100 w sposób opisany podczas omawiania fig. 2 tAk, że zwiększenie Pa osiąga się bez zmiany wartości Pb - Pa- W rezultacie elektrohydrauliczne zawory 99, 100 działają razem podnosząc ciśnienia w obu przewodach 82, 83 o równe wartości do chwili, kiedy Pa osiągnie wartość wystarczającą do powstania momentu oporowego zdolnego do przestawienia zespołu zmianowego 10 na przełożenie synchroniczne. W tym momencie sprzęgło 43 obciąża przekładnię 8 i może wystąpić pewien jego poślizg. Końcowy etap tej fazy obejmuje sterowanie ciśnieniami P_a i P_b w taki sposób, że układ przechodzi w stan synchroniczny, a całkowicie sprzężone sprzęgło 43 przestaje się ślizgać.

Osiąga się to po prostu zmieniając natężenie prądu doprowadzanego do elektroHydraulicznych zaworów 99, 100 w sposób opisany powyżej tak, że sprzęgło sprzęgające powoduje zmianę prędkości silnika, tak, że pasuje ona do prędkości wymaganej do pracy syncHronicznej. W efekcie zmienia się obciążenie silnika wytworzone przez przekładnię, wzbudzając przełączenie. Po zaprzestaniu ślizgania się sprzęgła, przekładnia pracuje z przełożeniem synchronicznym. Jeżeli silnik nadal wytwarza moment obrotowy, co jest prawdopodobne, to sprzęgła trzeba trzymać pod ciśnieniem wystarczającym do tego, żeby ich łączna wydajność pasowała do wytwarzanego przez silnik momentu obrotowego. Zwiększenie w obu przewodach 82, 83 ciśnień powoduje, że przekładnia utrzymuje przełożenie synchroniczne względem napędu silnikowego, z równoczesnym odciążeniem zespołu zmianowego (różnica ciśnień = 0). W tym stanie przełożenie przekładni, a tym samym kąty rolek są stałe, tj. zsynchronizowane. Spadek ciśnienia w przewodzie niskiego ciśnienia dla następnego trybu roboczego powoduje ustawienie zespołu zmianowego w stanie górnym z prawidłową różnicą ciśnień i odpowiednio zmniejsza niepożądany docisk sprzęgła. W rezultacie sprzęgło zaczyna się ślizgać, a następnie wyłącza się, pozostawiając przekładnię w następnym trybie roboczym. W razie konieczności można zainicjować całkowite ostateczne rozłączenie sprzęgła wyłączanego zanim dojdzie do całkowitego sprzężenia sprzęgła włączanego. Wyłączenie sprzęgła 37 osiąga się przełączając zawór 316 w położenie 2 tak, żeby płyn hydraulicznY spłynął przewodem 322.

Z powyższego opisu wynika, że zespół sterujący 220 decyduje o odpowiednim reakcyjnym momencie obrotowym zespołu zmianowego 10, a tym samym o różnicy ciśnień (P_b - P_a) Jeżeli przekładnia dochodzi do przełożenia synchronicznego w wyniku różnicy ciśnień (P_b - P_a) i zespół sterujący 220 decyduje o rozpoczęciu wzbudzonego przełączenia, to do przewodu

186 935 niskiego ciśnienia jest podłączane następne sprzęgło, a jego docisk jest odpowiednio sterowany. Przyjmując, że Pb dotyczy przewodu niskiego ciśnienia, oraz zakładając, że potrzebna jest różnica ciśnień (Pb - Pa) rzędu 10 barów, to ciśnienie początkowe Pb=0, a Pa = 10 barów. Jeżeli zespół sterujący 220 decyduje, że zapotrzebowanie na napęd jest najlepiej dopasowane do docisku sprzęgła równoważnego działającemu na nie ciśnieniu 3 barów, to Pa i Pb będą stopniowo rosły do Pb = 3 bary i Pa = 13 barów. W tej sytuacji momenty obrotowe zespołu zmianowego nie ulegają zmianie, ale sprzęgło wymusza przejście przekładni w stan synchroniczny. Jednakże sprzęgło wywołuje zwiększenie „siły wymuszającej”. Istnieje możliwość, że co najmniej w pewnych sytuacjach zespół sterujący może nie wymagać zmiany netto tego przełączania do stanu synchronicznego. Ponieważ całkowity efekt przełożenia można traktować jako sumaryczny wynik działania zespołu zmianowego i sprzęgła, to w celu skompensowania dodatkowego działania sprzęgła można zmniejszyć oddziaływanie zespołu zmianowego. Upraszczając, różnicę ciśnień na zespole zmianowym można zmniejszyć o 3 bary, co daje Pb - 3 bary i Pa = 10 barów (zakładając, że efekt 3 barów w sprzęgle jest dokładnie skompensowany przez mniejsze o 3 bary ciśnienie w zespole zmianowym).

Z powyższego opisu wynika, że elektrohydrauliczne zawory 99, 100 stanowią pierwszy zespół regulacyjny, który działając razem po prostu podnosi lub obniża ciśnienie płynu hydraulicznego w celu obciążenia końcowego, bez zmiany różnicy ciśnień stosowanej do sterowania rolkami. Zawory te stanowią drugi zespół regulacyjny, który służy do zmiany różnicy ciśnień działającej na tłoki sterujące 55 rolek.

186 935

Fig. 2

102 ¹⁰⁴

186 935

Fig. )

186 935 ⁸;

/

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przekładnia bezstopniowa pracująca w wielu trybach roboczych zawierająca zespół zmianowy, napędzana za pomocą silnika i zaopatrzona w napęd wyjściowy, zawierająca hydrauliczny układ sterowania posiadający dwa hydrauliczne przewody doprowadzające do sterowania zespołem zmianowym, na który są zamontowane pompy hydrauliczne do dostarczania płynu hydraulicznego do obu tych przewodów, pierwsze i drugie sprzęgło zmianowe trybu roboczego, oraz środki sterujące do sterowania ciśnieniem w pierwszym i drugim hydraulicznym przewodzie doprowadzającym, znamienna tym, że środkami sterującymi są elektrohydrauliczne zawory (99, 100) połączone pośrednio z hydraulicznymi przewodami doprowadzającymi (67, 68), a także poprzez zawory elektromagnetyczne (106, 107, 109, 110) ze sprzęgłami (37, 43), przy czym elektrohydrauliczne zawory (99, 100) mają pierwszy tryb pracy, w którym równo, jednakowo podnoszą lub obniżają ciśnienie w każdym hydraulicznym przewodzie doprowadzającym (67, 68) ułatwiając operację sprzęgania bez wpływu na sterowanie zespołem zmianowym (10) oraz drugi tryb pracy, w którym zmieniają zróżnicowane ciśnienie w hydraulicznych przewodach doprowadzających (67, 68), zmieniając sterowanie zespołem zmianowym (10) nie wpływając na pracę sprzęgła (37, 43).
2. 2. Przekładnia według zastrz. 1, znamienna tym, że każde sprzęgło (37, 43) w położeniu sprzęgania aktywnego jest połączone z ciśnieniem wylotowym w hydraulicznym układzie sterowania (70), zaś w położeniu sprzężenia całkowitego jest połączone z ciśnieniem wlotowym w hydraulicznym układzie sterowania (70).
3. 3. Przekładnia według zastrz. 1, znamienna tym, że każde ze sprzęgieł (37, 43) jest połączone z niższym spośród dwóch ciśnień sterujących zespołem zmianowym (10) i, co najmniej początkowo, sterowane tym ciśnieniem.
4. 4. Przekładnia według zastrz. 1, znamienna tym, że każde ze sprzęgieł (37, 43) jest połączone z wyższym spośród dwóch ciśnień sterujących zespołem zmianowym (10) po jego podłączeniu do niższego ciśnienia.
5. 5. Przekładnia według zastrz. 3 albo 4, znamienna tym, że sprzęgła (37, 43) są połączone poprzez układ zaworów elektromagnetycznych (106, 107, 109, 110) z hydraulicznym układem sterowania (70).
6. 6. Przekładnia według zastrz. 5, znamienna tym, że zawiera ponadto zespół sterujący (220) połączony z elektrohydraulicznymi zaworami (99,100) do włączania działania i kończenia fazy sterowania aktywnego przed rozpoczęciem fazy sprzężenia całkowitego.
7. 7. Przekładnia według zastrz. 6, znamienna tym, że elektroniczny zespół sterujący (220) jest połączony z zespołem zaworów hydraulicznych (310, 312, 314, 316) do inicjowania pracy sprzęgła (37, 43) przed zmianą zakresu.
8. 8. Przekładnia według zastrz. 7, znamienna tym, że elektroniczny zespół sterujący (220) zawiera urządzenie (230) monitorujące co najmniej jedną właściwość związaną z działaniem zespołu zmianowego (10), a tym samym wyznaczania z wyprzedzeniem osiąganego przez zespół zmianowy (10) przełożenia synchronicznego, przy którym konieczna jest zmiana przełożenia oraz wysyłające sygnały do elektronicznego zespołu sterującego (220).
9. 9. Przekładnia według zastrz. 8, znamienna tym, że w skład zespołu monitorującego (230) wchodzi co najmniej jeden monitor do monitorowania co najmniej jednego z następujących parametrów: prędkości silnika, przełożenia zespołu zmianowego, czasu, przełożenie przekładni, czasu napełnienia sprzęgła oraz prędkości przełączenia lub też prędkości zmiany jednego albo innego spośród nich.
10. 10. Przekładnia według zastrz. 8, zn amienna tym, że zespół zmianowy (10) j est typu pierścieniowej bieżni z trakcją toczną mającą rolki (51) zmieniające przełożenie, do których są podłączone hydrauliczne przewody doprowadzające (67, 68) do sterowania położeniem rolek (51).

    186 935
11. 11. Przekładnia według zastrz. 10, znamienna tym, że każda ze zmieniających przełożenie rolek (51) jest połączona z odpowiednim taranem hydraulicznym (71), który jest wzbudzany za pomocą ciśnień w pierwszym i drugim hydraulicznym przewodzie doprowadzającym (67, 68).
12. 12. Sposób sterowania przekładnią bezstopniową pracującą w wielu trybach roboczych, znamienny tym, że w pierwszym etapie podczas zmiany trybu roboczego, rozpoczyna się sprzęganie sprzęgła, które w innym przypadku nie byłoby sprzężone, przed osiągnięciem przez zespół zmianowy przełożenia synchronicznego tak, żeby wytwarzane przez przekładnię obciążenie silnika zmieniało się, wzbudzając w ten sposób zmianę trybu roboczego; a w drugim etapie kończy się zmianę trybu roboczego poprzez rozłączenie sprzęgła związanego z trybem roboczym, z którego przełączono przekładnię, i kończy się sprzęganie sprzęgła, które jest sprzęgane.
13. 13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że rozpoczyna się sprzęganie sprzęgła poprzez łączenie najpierw sprzęgła z ciśnieniem wylotowym i kończy się sprzęganie sprzęgła poprzez łączenie go z ciśnieniem wlotowym w hydraulicznym obwodzie sterowania.
14. 14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że ponadto doprowadza się płyn hydrauliczny do taranahydraulicznego tak, aby rolki reagowały na różnicę ciśnień wewnątrz hydraulicznego obwodu sterowania.
15. 15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że ponadto prowadzi się monitorowanie co najmniej jednego parametru związanego z układem sterowania, przekładnią, lub związanymi z nimi podzespołami, dla wyznaczenia chwili rozpoczęcia pierwszego i drugiego etapu.