Механизм блокировки дифференциала транспортного средства
Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к устройствам для блокировки дифференциалов транспортных средств, и может быть использована для блокировки межосевых и межколесных дифференциалов.
Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения при управляемой блокировке дифференциала автоматического выключения блокировки при превышении транспортным средством максимально допустимой скорости движения, что повышает безопасность движения, и автоматического включения блокировки, когда скорость машины снизится до допустимой величины, что улучшает ее тяговые качества.
Технический результат достигается тем, что в механизме блокировки следящее устройство снабжено двухпозиционным золотниковым гидрораспределителем 56, исполнительным электромагнитом 57, и вспомогательным электромагнитом 60 с обеспечением возможности в одной позиции золотника гидравлически связывать нагнетательную полость гидронасоса 33 и бустер 35 силового цилиндра 36 муфты 27 между собой, а в другой его позиции гидравлически связывать нагнетательную полость и бустер со сливом.
Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к устройствам для блокировки дифференциалов транспортных средств, и может быть использована для блокировки межколесных и межосевых дифференциалов.
Известен механизм блокировки дифференциала транспортного средства, содержащий четыре зубчатых ряда постоянного зацепления, ведущие шестерни двух первых из которых связаны с соответствующими выходными звеньями дифференциала, а ведомые соединены с соответствующими полувалами, трехзвенный дифференциальный механизм, одно из двух первых звеньев которого связано с одним из этих полувалов, второе звено механизма связано с ведомой шестерней третьего из упомянутых зубчатых рядов, ведущая шестерня которого связана с венцом ведомой шестерни зубчатой передачи для подвода ведущего момента к дифференциалу, а третье звено этого механизма соединено с другим полувалом, фрикционную муфту и две реверсивные обгонные муфты, расположенные на соответствующих полувалах (патент России 
2091250, МПК В60К 17/16, опубл. 1997, вариант по п.1).
Недостатком данного механизма является то, что если величина фиксированного диапазона работы дифференциала в дифференциальном режиме будет задана при проектировании этого механизма небольшой, то при повороте машины могут иметь место случаи, когда данный механизм будет автоматически блокировать дифференциал в тот момент, когда от последнего требуются дифференциальные свойства, а если величина фиксированного диапазона будет большой, то в тяговом режиме при ухудшении сцепления одного из колес ведущего моста блокировка дифференциала будет наступать с опозданием, что скажется на снижении скорости и производительности машины. Другим недостатком механизма является то, что он не может обеспечить автоматическое выключение блокировки, когда скорость движения транспортного средства превысит максимально допустимую величину, и автоматическое включение блокировки при снижении скорости движения до допустимой величины, что сужает его функциональные возможности. При движении машины с достаточно большими скоростями водитель должен будет предварительно вручную выключить блокировку дифференциала, но он может это сделать несвоевременно или вообще забыть выключить блокировку, что снижает безопасность движения, потому что в случае резкого ухудшения сцепления одного из колес ведущего моста при заблокированном дифференциале может произойти занос машины, а при снижении скорости машины до допустимой величины водитель может несвоевременно включить блокировку, что ухудшает тяговые качества машины.
Известен механизм блокировки дифференциала транспортного средства, содержащий пять зубчатых рядов постоянного зацепления, ведущие шестерни двух первых из которых связаны с соответствующими выходными звеньями дифференциала, а ведомые соединены с соответствующими полувалами, трехзвенный дифференциальный механизм, две реверсивные обгонные муфты, расположенные на соответствующих полувалах, следящее устройство, выполненное в виде трех объемных гидропередач, каждая из которых имеет две гидромашины, последовательно соединенные между собой с образованием замкнутого гидравлического контура, причем первые гидромашины первых двух гидропередач, выполненные с регулируемыми рабочими объемами, своими одними из двух взаимно проворачивающихся элементов соединены соответственно с первым и вторым звеньями упомянутого дифференциального механизма, а их вторые гидромашины своими одними из двух взаимно проворачивающихся элементов соединены посредством упомянутых обгонных муфт с соответствующими полувалами, первая гидромашина третьей гидропередачи, выполненная с регулируемым рабочим объемом, регулятор которого кинематически связан с рулевым управлением транспортного средства с возможностью слежения за углом поворота вала рулевого управления, своим одним из двух взаимно проворачивающихся элементов кинематически связана с валом, имеющим кинематическую связь с венцом ведомой шестерни зубчатой передачи для подвода ведущего момента к дифференциалу, посредством третьего из упомянутых зубчатых рядов, ведомая шестерня которого связана с этим элементом, а ведущая соединена с упомянутым валом, а ее вторая гидромашина своим одним из двух взаимно проворачивающихся элементов кинематически связана с одним из двух первых звеньев дифференциального механизма посредством четвертого из упомянутых зубчатых рядов, ведущая шестерня которого соединена с этим элементом, а ведомая связана с одним из двух первых звеньев дифференциального механизма, причем один из двух взаимно проворачивающихся элементов первой гидромашины третьей гидропередачи кинематически связан с третьим звеном данного механизма, при этом кинематическая связь включает упомянутый третий зубчатый ряд и пятый из упомянутых зубчатых рядов, ведомая шестерня которого связана с этим звеном, а ведущая соединена с упомянутым валом, имеющим кинематическую связь с венцом ведомой шестерни зубчатой передачи для подвода ведущего момента к дифференциалу, при этом другие из взаимно проворачивающихся элементов всех упомянутых гидромашин закреплены неподвижно (Патент России 2156903, МПК F16H 48/30, опубл. В60К 17/16, 2000).
Недостатком этого механизма является то, что он не может обеспечить автоматическое выключение блокировки, когда скорость движения транспортного средства превысит максимально допустимую величину, и автоматическое включение блокировки при снижении скорости движения до допустимой величины, что сужает его функциональные возможности. При движении машины с достаточно большими скоростями водитель должен будет предварительно вручную выключить блокировку дифференциала или существенно расширить диапазон его работы в дифференциальном режиме, но он может это сделать несвоевременно или вообще забыть это сделать, что снижает безопасность движения, потому что в случае резкого ухудшения сцепления одного из колес ведущего моста при заблокированном дифференциале может произойти занос машины, а при снижении скорости машины до допустимой величины водитель может несвоевременно включить блокировку, что ухудшает тяговые качества машины.
Известен механизм блокировки дифференциала транспортного средства, принятый в качестве прототипа, содержащий четыре зубчатых ряда постоянного зацепления, ведущие шестерни двух первых из которых связаны с соответствующими выходными звеньями дифференциала, а ведомые соединены с соответствующими полувалами, трехзвенный дифференциальный механизм, одно из двух первых звеньев которого связано с одним из этих полувалов, следящее устройство, выполненное в виде объемной гидропередачи, имеющей последовательно соединенные между собой с образованием замкнутого гидравлического контура две гидромашины, первая из которых, выполненная с регулируемым рабочим объемом, регулятор которого кинематически связан с рулевым управлением транспортного средства с возможностью слежения за углом поворота вала рулевого управления, своим одним из двух взаимно проворачивающихся элементов кинематически связана с валом, имеющим кинематическую связь с венцом ведомой шестерни зубчатой передачи для подвода ведущего момента к дифференциалу, посредством третьего из упомянутых зубчатых рядов, ведомая шестерня которого связана с этим элементом, а ведущая соединена с упомянутым валом, а ее вторая гидромашина своим одним из двух взаимно проворачивающихся элементов кинематически связана с другим из двух первых звеньев дифференциального механизма посредством четвертого из упомянутых зубчатых рядов, ведомая шестерня которого соединена с упомянутым другим звеном, а ведущая связана с указанным элементом второй гидромашины посредством гидроподжимной фрикционной муфты с регулятором фрикционного момента, выполненным в виде гидронасоса, нагнетательная полость которого связана трубопроводом, в который установлен редукционный клапан с регулируемой вручную пружиной, с бустером силового цилиндра упомянутой муфты и сливным трубопроводом с регулируемым гидравлическим дросселем, механизм регулирования которого связан с подпружиненным относительно неподвижного элемента остова транспортного средства стержнем, находящимся в контакте с кулачком, установленным с возможностью поворота на оси, размещенной на опорах, смонтированных на неподвижном элементе упомянутого остова, и шарнирно связанным с тягой, соединенной с подпружиненным относительно неподвижного элемента этого остова сердечником электромеханического преобразователя, снабженного двумя электрическими обмотками, провода которых навиты вокруг сердечника в противоположных друг другу направлениях, концы одной из которых связаны с электрическими выходами датчика угловой скорости ведущей шестерни четвертого из упомянутых зубчатых рядов, а концы другой электрической обмотки связаны с электрическими выходами датчика угловой скорости одного из двух взаимно проворачивающихся элементов второй гидромашины, причем другие из двух взаимно проворачивающихся элементов обеих гидромашин закреплены неподвижно, а третье звено дифференциального механизма соединено с другим из упомянутых полувалов (полезная модель РФ 108813, МПК F16H 48/22, опубл. 2011).
Недостатком данного механизма блокировки является то, что он не может обеспечить при управляемой блокировке дифференциала автоматическое выключение блокировки, когда скорость движения транспортного средства превысит максимально допустимую величину, и автоматическое включение блокировки при снижении скорости движения до допустимой величины, что сужает его функциональные возможности. При движении машины с достаточно большими скоростями водитель должен будет предварительно вручную выключить блокировку дифференциала, но он может это сделать несвоевременно или вообще забыть выключить блокировку, что снижает безопасность движения, потому что в случае резкого ухудшения сцепления одного из колес ведущего моста при заблокированном дифференциале может произойти занос машины, а при снижении скорости машины до допустимой величины водитель может несвоевременно включить блокировку, что ухудшает тяговые качества машины.
Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения при управляемой блокировке дифференциала автоматического выключения блокировки при превышении транспортным средством максимально допустимой скорости движения, что повышает безопасность движения, и автоматического включения блокировки, когда скорость машины снизится до допустимой величины, что улучшает ее тяговые качества.
Указанный технический результат достигается тем, что в механизме блокировки дифференциала транспортного средства, содержащем четыре зубчатых ряда постоянного зацепления, ведущие шестерни двух первых из которых связаны с соответствующими выходными звеньями дифференциала, а ведомые соединены с соответствующими полувалами, трехзвенный дифференциальный механизм, одно из двух первых звеньев которого связано с одним из этих полувалов, следящее устройство, выполненное в виде объемной гидропередачи, имеющей последовательно соединенные между собой с образованием замкнутого гидравлического контура две гидромашины, первая из которых, выполненная с регулируемым рабочим объемом, регулятор которого кинематически связан с рулевым управлением транспортного средства с возможностью слежения за углом поворота вала рулевого управления, своим одним из двух взаимно проворачивающихся элементов кинематически связана с валом, имеющим кинематическую связь с венцом ведомой шестерни зубчатой передачи для подвода ведущего момента к дифференциалу, посредством третьего из упомянутых зубчатых рядов, ведомая шестерня которого связана с этим элементом, а ведущая соединена с упомянутым валом, а ее вторая гидромашина своим одним из двух взаимно проворачивающихся элементов кинематически связана с другим из двух первых звеньев дифференциального механизма посредством четвертого из упомянутых зубчатых рядов, ведомая шестерня которого соединена с упомянутым другим звеном, а ведущая связана с указанным элементом второй гидромашины посредством гидроподжимной фрикционной муфты с регулятором фрикционного момента, выполненным в виде гидронасоса, нагнетательная полость которого связана трубопроводом, в который установлен редукционный клапан с регулируемой вручную пружиной, с бустером силового цилиндра упомянутой муфты и сливным трубопроводом с регулируемым гидравлическим дросселем, механизм регулирования которого связан с подпружиненным относительно неподвижного элемента остова транспортного средства стержнем, находящимся в контакте с кулачком, установленным с возможностью поворота на оси, размещенной на опорах, смонтированных на неподвижном элементе упомянутого остова, и шарнирно связанным с тягой, соединенной с подпружиненным относительно неподвижного элемента этого остова сердечником электромеханического преобразователя, снабженного двумя электрическими обмотками, провода которых навиты вокруг сердечника в противоположных друг другу направлениях, концы одной из которых связаны с электрическими выходами датчика угловой скорости ведущей шестерни четвертого из упомянутых зубчатых рядов, а концы другой электрической обмотки связаны с электрическими выходами датчика угловой скорости одного из двух взаимно проворачивающихся элементов второй гидромашины, причем другие из двух взаимно проворачивающихся элементов обеих гидромашин закреплены неподвижно, а третье звено дифференциального механизма соединено с другим из упомянутых полувалов, следящее устройство снабжено двухпозиционным золотниковым гидрораспределителем, исполнительным электромагнитом, сердечник которого связан с золотником гидрораспределителя посредством подпружиненного относительно неподвижного элемента остова транспортного средства стержня, и вспомогательным электромагнитом, причем электрическая обмотка исполнительного электромагнита одним концом связана с одним электрическим выходом датчика угловой скорости вала, кинематически связанного с венцом ведомой шестерни зубчатой передачи для подвода ведущего момента к дифференциалу, а другим концом - с другим электрическим выходом этого датчика посредством электрического выключателя, выполненного в виде кнопки замыкания, находящейся в электрически изолированном контакте с толкателем, подпружиненным посредством пружины, предварительно поджатой относительно неподвижного элемента упомянутого остова, и связанным с сердечником упомянутого вспомогательного электромагнита, один конец электрической обмотки которого связан посредством последовательного подключения резистора с одним электрическим выходом упомянутого датчика угловой скорости, а другой конец связан с другим электрическим выходом этого датчика, при этом двухпозиционный золотниковый гидрораспределитель установлен в трубопровод, связывающий нагнетательную полость упомянутого гидронасоса с бустером силового цилиндра упомянутой муфты с обеспечением возможности в одной позиции золотника гидравлически связывать нагнетательную полость и бустер между собой, а в другой его позиции гидравлически связывать нагнетательную полость и бустер со сливом.
Снабжение следящего устройства двухпозиционным золотниковым гидрораспределителем, исполнительным электромагнитом, сердечник которого связан с золотником гидрораспределителя посредством подпружиненного относительно неподвижного элемента остова транспортного средства стержня, и вспомогательным электромагнитом, причем электрическая обмотка исполнительного электромагнита одним концом связана с одним электрическим выходом датчика угловой скорости вала, кинематически связанного с венцом ведомой шестерни зубчатой передачи для подвода ведущего момента к дифференциалу, а другим концом - с другим электрическим выходом этого датчика посредством электрического выключателя, выполненного в виде кнопки замыкания, находящейся в электрически изолированном контакте с толкателем, подпружиненным посредством пружины, предварительно поджатой относительно неподвижного элемента упомянутого остова, и связанным с сердечником упомянутого вспомогательного электромагнита, один конец электрической обмотки которого связан посредством последовательного подключения резистора с одним электрическим выходом упомянутого датчика угловой скорости, а другой конец связан с другим электрическим выходом этого датчика, при этом двухпозиционный золотниковый гидрораспределитель установлен в трубопровод, связывающий нагнетательную полость упомянутого гидронасоса с бустером силового цилиндра упомянутой муфты с обеспечением возможности в одной позиции золотника гидравлически связывать нагнетательную полость и бустер между собой, а в другой его позиции гидравлически связывать нагнетательную полость и бустер со сливом обеспечивает расширение функциональных возможностей, позволяющих осуществлять при управляемой блокировке дифференциала автоматическое выключение блокировки при превышении транспортным средством максимально допустимой скорости движения, при которой в случае ухудшения сцепления одного из колес ведущего моста сила тяги другого его колеса вследствие восстановления дифференциальной связи между колесами окажется равной силе тяги колеса с ухудшенным сцеплением, в результате чего заноса машины не произойдет, что повышает безопасность движения, и автоматическое включение блокировки, когда скорость движения машины снизится до допустимой величины, что улучшает ее тяговые качества.
На чертеже представлена схема механизма блокировки дифференциала.
Механизм блокировки связан с дифференциалом посредством четырех зубчатых рядов, состоящих из зубчатых колес 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, 7 и 8. Зубчатые колеса 2 и 4 соединены соответственно с выходными звеньями 9 и 10 дифференциала, связанными соответственно с левым и правым колесами ведущего моста (на чертеже не показаны). Зубчатые колеса 1 и 3 соединены с концами соответствующих полувалов 11 и 12. Зубчатые ряды, состоящие из зубчатых колес 1 и 2 и 3 и 4, выполнены с передаточными отношениями, равными между собой. Зубчатое колесо 6 соединено с валом 13, кинематически связанным с венцом 14 ведомой шестерни зубчатой передачи для подвода ведущего момента к корпусу 15 дифференциала. Таким валом может быть, например, вторичный вал коробки передач, карданный вал или вал ведущей шестерни главной передачи. Другой конец полувала 12 соединен с первой полуосевой шестерней (первым звеном) 16 дифференциального механизма 17, вторая полуосевая шестерня (второе звено) 18 которого связана с шестерней 8, а водило (третье звено) 19 соединено с другим концом полувала 11. Полуосевые шестерни 16 и 18 выполнены с одинаковыми диаметрами. Зубчатое колесо 5 связано с валом 20 первой гидромашины 21 объемной гидропередачи 22. Первая гидромашина 21 посредством трубопроводов 23 и 24 связана последовательно со второй гидромашиной 25 с образованием замкнутого гидравлического контура. Вал 26 гидромашины 25 посредством гидроподжимной фрикционной муфты 27, выполненной с регулируемым фрикционным моментом, связан с зубчатым колесом 7. Вал 20 первой гидромашины 21 посредством зубчатого ряда, состоящего из зубчатых колес 5 и 6, вала 13 кинематически связан с венцом 14 ведомой шестерни зубчатой передачи для подвода ведущего момента к корпусу 15 дифференциала, а вал 26 второй гидромашины 25 гидропередачи 22 посредством гидроподжимной фрикционной муфты 27 и зубчатого ряда, состоящего из зубчатых колес 7 и 8, кинематически связан со второй полуосевой шестерней 18 дифференциального механизма 17. Гидромашина 21 выполнена с регулируемым рабочим объемом; Регулятор 28 рабочего объема этой гидромашины имеет кинематическую связь с валом 29 рулевого управления транспортного средства посредством тяги 30, шарнирно соединенной с регулятором 28 и сошкой 31, имеющей кинематическую связь с упомянутым валом. Регулятор 32 фрикционного момента гидроподжимной муфты 27 выполнен в виде приводимого от двигателя транспортного средства (на чертеже не показан) гидронасоса 33, нагнетательная полость которого гидравлически при помощи трубопровода 34 связана с бустером 35 силового цилиндра 36 муфты 27 и сливным трубопроводом 37 с регулируемым гидравлическим дросселем 38. В трубопроводе 34 установлен редукционный клапан 39 с регулируемой пружиной 40. Механизм регулирования 41 дросселя 38 шарнирно связан с подпружиненным относительно неподвижного элемента остова транспортного средства стержнем 42, находящимся в контакте с кулачком 43, установленным с возможностью поворота на оси 44, размещенной в смонтированных на неподвижном элементе этого остова опорах 45, и шарнирно связанным с тягой 46, соединенной с подпружиненным относительно неподвижного элемента упомянутого остова сердечником 47 электромеханического преобразователя 48, снабженного двумя электрическими обмотками 49 и 50, провода которых навиты вокруг этого сердечника в противоположных друг другу направлениях, причем концы обмотки 49 связаны с электрическими выходами датчика 51 угловой скорости вала 26 гидромашины 25, соединенного с одной частью 52 фрикционной муфты 27, а концы обмотки 50 связаны с электрическими выходами датчика 53 угловой скорости зубчатого колеса 7, соединенного с другой частью 54 упомянутой муфты. Профиль 55 кулачка 43 в момент, когда он зафиксирован тягой 46 в положении, соответствующем среднему положению сердечника 47, которое он занимает при результирующей электромагнитной силе обмоток 49 и 50, равной нулю, выполнен симметричным относительно линии, являющейся продолжением стержня 42 и проходящей через ось 44. Совокупность объемной гидропередачи 22, валом 20 кинематически связанной с корпусом 15 дифференциала и валом 26 связанной с гидроподжимной фрикционной муфтой 27, кинематически связанной с полуосевой шестерней 18 дифференциального механизма 17, полуосевая шестерня 16 которого кинематически связана с выходным звеном 10 дифференциала, а его водило 19 кинематически связано с выходным звеном 9 последнего, регулятора 28 рабочего объема гидромашины 21, кинематически связанного с рулевым управлением, регулятора 32 фрикционного момента муфты 27, связанного гидравлически с ее силовым цилиндром 36 и электрически с датчиками 51 и 53 соответственно угловой скорости вала 26 гидромашины 25 гидропередачи 22 и угловой скорости зубчатого колеса 7, кинематически связанного с полуосевой шестерней 18 дифференциального механизма 17, с возможностью изменения фрикционного момента в муфте 27 в зависимости от разности угловых скоростей вала 26 и зубчатого колеса 7 образует следящее устройство, обеспечивающее возможность плавно изменять блокирующий момент фрикционной муфты в зависимости от возникающей при неравных условиях сцепления колес с опорной поверхностью разности величин изменения соотношения теоретических окружных скоростей колес, от которого однозначно зависит изменение угловой скорости зубчатого колеса 7, и изменения соотношения действительных скоростей этих колес, от которого однозначно зависит величина изменения угловой скорости вала 26 гидромашины 25 гидропередачи 22, и которая однозначно определяется кривизной поворота машины, задаваемой водителем путем поворота на соответствующий угол вала 29 рулевого управления.
Следящее устройство снабжено установленным в трубопровод 34, связывающий нагнетательную полость гидронасоса 33 с бустером 35 силового цилиндра 36 гидроподжимной фрикционной муфты 27, двухпозиционным золотниковым гидрораспределителем 56, исполнительным электромагнитом 57, сердечник 58 которого связан с золотником гидрораспределителя 56 посредством подпружиненного относительно неподвижного элемента остова стержня 59, и вспомогательным электромагнитом 60. Электрическая обмотка 61 исполнительного электромагнита 57 одним концом связана с одним электрическим выходом датчика 62 угловой скорости вала 13, кинематически связанного с венцом 14 ведомой шестерни зубчатой передачи для подвода ведущего момента к дифференциалу, а другим концом - с другим электрическим выходом датчика 62 посредством электрического выключателя, выполненного в виде кнопки замыкания 63, находящейся в электрически изолированном контакте с толкателем 64, подпружиненным посредством пружины 65, предварительно поджатой относительно неподвижного элемента остова транспортного средства, и связанным с сердечником 66 упомянутого вспомогательного электромагнита 60, один конец электрической обмотки 67 которого связан посредством последовательно подключенного резистора 68 с одним электрическим выходом датчика угловой скорости 62, а другой конец связан с другим электрическим выходом этого датчика, что расширяет функциональные возможности механизма, обеспечивая при управляемой блокировке дифференциала автоматическое выключение блокировки при движении машины на скоростях, превышающих максимально допустимую, благодаря чему в случае ухудшения сцепления одного из колес ведущего моста машины занос последней не произойдет, что повышает безопасность движения транспортного средства на повышенных скоростях, и автоматическое включение блокировки, когда скорость машины снизится до допустимой величины, что улучшает ее тяговые качества,
Механизм блокировки работает следующим образом.
При прямолинейном движении машины по ровной поверхности и при условии одинакового сцепления колес с этой поверхностью буксование последних, если пренебречь возможной небольшой разницей в их динамических радиусах, будет одинаковым, и выходные звенья 9 и 10 дифференциала будут вращаться с одинаковыми угловыми скоростями, равными угловой скорости его корпуса 15, кинематически связанного с валом 13, которым может быть, например, вторичный вал коробки передач, угловая скорость которого зависит от включенной передачи. Водило 19 и полуосевая шестерня 16 дифференциального механизма 17, кинематически связанные соответственно с выходными звеньями 9 и 10 зубчатыми рядами, состоящими из зубчатых колес 1 и 2 и 3 и 4, имеющими равные между собой передаточные отношения, также будут вращаться с равными между собой угловыми скоростями и с той же угловой скоростью вращать полуосевую шестерню 18, которая через зубчатый ряд, состоящий из зубчатых колес 7 и 8, будет вращать часть 54 гидроподжимной фрикционной муфты 27 с угловой скоростью, однозначно зависящей от величины угловой скорости вала 13 и соотношения теоретических окружных скоростей колес, характеризуемого в данном случае прямолинейного движения машины равенством этих скоростей, а следовательно, и равенством угловых скоростей выходных звеньев 9 и 10.
Вал 13 через зубчатый ряд, состоящий из зубчатых колес 5 и 6, вращает вал 20 гидромашины 21, регулятор 28 рабочего объема которой, кинематически связанный с валом 29 рулевого управления, повернутым в положение, соответствующее прямолинейному движению машины, при котором текущее значение этого рабочего объема обеспечивает гидромашине 21 при перекачивании ею рабочей жидкости через гидромашину 25 такую производительность, при которой вал 26 последней, соединенный с частью 52 гидроподжимной фрикционной муфты 27, вращается с угловой скоростью, равной угловой скорости части 54 этой муфты и однозначно зависящей от величины угловой скорости вала 13 и соотношения действительных скоростей колес, характеризуемого равенством этих скоростей, получаемым при прямолинейном движении машины.
Равенству угловых скоростей частей 52 и 54 муфты 27 и соединенных с ними соответственно вала 26 и зубчатого колеса 7 соответствует равенство электрических сигналов датчиков 51 и 53, вследствие чего результирующая электромагнитная сила обмоток 49 и 50, провода которых навиты вокруг сердечника 47 в противоположных друг другу направлениях, равна нулю. Поэтому сердечник 47 электромеханического преобразователя 48 зафиксирован пружинами в среднем положении и через тягу 46, кулачок 43 и стержень 42 удерживает механизм регулирования 41 гидравлического дросселя 38 в положении полного открытия. Жидкость, перекачиваемая гидронасосом 33, не испытывая сопротивления в гидравлическом дросселе 38, по сливному трубопроводу 37 идет на слив, не создавая через трубопровод 34 избыточного давления в бустере 35 силового цилиндра 36. Муфта 27 оказывается выключенной (фрикционный блокирующий момент муфты равен нулю), и дифференциал полностью разблокирован.
При повороте машины налево путем поворота вала 29 рулевого управления на соответствующий угол выходное звено 10 и кинематически связанная с ним полуосевая шестерня 16 дифференциального механизма 17 увеличивают свои угловые скорости, а выходное звено 9 согласно кинематике дифференциала снижает свою угловую скорость. Вместе с ним снижает угловую скорость кинематически с ним связанное водило 19 дифференциального механизма 17. Это приводит к соответствующему снижению угловых скоростей полуосевой шестерни 18 и связанных кинематически с ней зубчатого колеса 7 и части 54 муфты 27. Кинематически связанный с валом 29 рулевого управления, повернутым на соответствующий угол, регулятор 28 рабочего объема гидромашины 21 переводится в положение уменьшения этого объема, приводящее к уменьшению производительности гидромашины 21, в результате чего угловая скорость вала 26 гидромашины 25, через которую гидромашина 21 перекачивает рабочую жидкость, и части 52 муфты 27, соединенной с валом 26, снижается в такой же степени, что и степень снижения угловой скорости части 54 муфты 27. Поэтому разность угловых скоростей частей муфты по-прежнему остается равной нулю, а следовательно, муфта 27 по-прежнему выключена.
При повороте машины направо путем поворота вала 29 на соответствующий угол в другую сторону выходное звено 9 и кинематически связанное с ним водило 19 увеличивают свои угловые скорости, а выходное звено 10 и кинематически связанная с ним полуосевая шестерня 16 снижают свои угловые скорости, в результате чего угловые скорости полуосевой шестерни 18 дифференциального механизма 17 и кинематически связанных с ней зубчатого колеса 7 и части 54 муфты 27 увеличиваются. Регулятор 28 рабочего объема гидромашины 21, кинематически связанный с валом 29, повернутым на соответствующий угол в другую сторону, увеличивает рабочий объем гидромашины 21, что приводит к увеличению ее производительности и скорости вращения вала 26 гидромашины 25, гидравлически связанной с гидромашиной 21, а следовательно, и к увеличению угловой скорости части 52 муфты 27, соединенной с валом 26, в той же степени, что и степень увеличения угловой скорости части 54 упомянутой муфты. Поэтому разность скоростей частей муфты по-прежнему сохраняется равной нулю, в соответствии с чем муфта 27 остается выключенной.
Итак, независимо от того, движется машина прямолинейно или поворачивает в ту или иную сторону на ровной поверхности, если сцепные условия колес ведущего моста одинаковые, угловые скорости вала 26 и зубчатого колеса 7 и связанных с ними соответственно частей 52 и 54 гидроподжимной фрикционной муфты 27 оказываются равными, а следовательно, фрикционный блокирующий момент в муфте отсутствует, и дифференциал остается разблокированным.
Если при прямолинейном или криволинейном движении машины по ровной поверхности происходит ухудшение сцепления одного только левого колеса, момент, подводимый к этому колесу, уменьшается, а угловая скорость последнего и выходного звена 9 дифференциала, связанного с левым колесом, начинает увеличиваться с одновременным снижением угловой скорости выходного звена 10. В результате произойдет увеличение угловой скорости водила 19 и снижение угловой скорости полуосевой шестерни 16, кинематически связанных соответственно с выходными звеньями 9 и 10, что приведет к увеличению угловой скорости полуосевой шестерни 18 и угловой скорости кинематически с ней связанных зубчатого колеса 7 и части 54 фрикционной муфты 27.
Если же ухудшается сцепление только правого колеса, момент, подводимый к этому колесу, уменьшается, а угловая скорость последнего и связанного с ним выходного звена 10 начинает увеличиваться с одновременным снижением угловой скорости выходного звена 9 дифференциала. В результате произойдет увеличение угловой скорости полуосевой шестерни 16 дифференциального механизма 17 и снижение угловой скорости его водила 19, что приведет к уменьшению угловых скоростей полуосевой шестерни 18 и кинематически связанных с ней зубчатого колеса 7 и части 54 муфты 27.
Поскольку угловое положение вала 29 рулевого управления задано постоянным в соответствии с заданным соотношением действительных скоростей колес при прямолинейном или криволинейном с определенной кривизной движении машины, неизменными остаются текущий рабочий объем гидромашины 21 и ее производительность, а следовательно, сохраняет постоянной свою величину и угловая скорость вала 26 гидромашины 25, гидравлически связанной с гидромашиной 21, и соединенной с ним части 52 муфты 27.
Возникшая разность угловых скоростей вала 26 и зубчатого колеса 7 становится причиной разной величины электрических сигналов, поступающих от датчиков 51 и 53 на обмотки 49 и 50. Появившаяся результирующая электромагнитная сила электромеханического преобразователя 48, преодолевая усилия фиксирующих пружин, сместит сердечник 47 относительно его среднего положения в первом случае, когда ухудшается сцепление левого колеса, в одну сторону, а во втором случае, когда ухудшается сцепление правого колеса, в другую сторону. Но независимо от направления смещения сердечника благодаря тому, что кулачок 43 выполнен с симметричным профилем 55, сердечник 47 посредством тяги 46, кулачка 43 и подпружиненного стержня 42 будет воздействовать на механизм регулирования 41 всегда в направлении уменьшения проходного сечения гидравлического дросселя 38. Сопротивление сливу рабочей жидкости через этот дроссель возрастет, что приведет к повышению ее давления в бустере 35 силового цилиндра 36 и включению муфты 27 с плавным нарастанием фрикционного блокирующего момента, который будет через зубчатый ряд, состоящий из зубчатых колес 7 и 8, воздействовать на полуосевую шестерню 18, препятствуя в первом случае, когда ухудшается сцепление только левого колеса, увеличению угловой скорости этой шестерни, а вместе с этим изменению соотношения теоретических окружных скоростей колес, связанных с выходными звеньями 9 и 10 дифференциала, разница между угловыми скоростями которых стремится увеличиться, и, следовательно, препятствуя увеличению разности величин буксования левого и правого колес, а во втором случае, когда ухудшается сцепление только правого колеса, препятствуя уменьшению угловой скорости упомянутой шестерни, а вместе с этим изменению соотношения теоретических окружных скоростей колес и, следовательно, изменению разницы между угловыми скоростями выходных звеньев 10 и 9, которая стремится увеличиться, тем самым препятствуя увеличению разности величин буксования правого и левого колес. При небольшой разнице угловых скоростей частей 52 и 54 фрикционной муфты 27, связанных соответственно с валом 26 и зубчатым колесом 7, а следовательно, и небольшой разности величин буксования колес ведущего моста фрикционный блокирующий момент муфты 27 при помощи регулятора 32 достигает величины, достаточной для предотвращения дальнейшего роста разности величин буксования колес, какая бы при этом не возникала разность моментов на колесах ведущего моста. Таким образом, данный механизм блокировки обеспечивает дифференциалу возможность распределять ведущий момент между колесами пропорционально приложенным к ним сопротивлениям, не лишая при этом дифференциал дифференциальных свойств.
При ухудшении сцепления левого колеса часть ведущего момента, поступившая от дифференциала на выходное звено 9 и не реализованная на левом колесе, передается через зубчатый ряд, состоящий из зубчатых колес 1 и 2, на водило 19, где симметричным дифференциальным механизмом 17, поскольку его полуосевые шестерни 16 и 18 выполнены с равными диаметрами, поровну разделяется между этими шестернями. Момент от полуосевой шестерни 18, равный половине момента, передаваемого с выходного звена 9 на водило 19, возвращается через зубчатый ряд, состоящий из зубчатых колес 7 и 8, фрикционную муфту 27, вал 26, объемную гидропередачу 22, вал 20 и зубчатый ряд, состоящий из зубчатых колес 5 и 6, на вал 13, где суммируется с моментом, передающимся на этот вал от двигателя. Сумма этих моментов, поступив на корпус 15 симметричного дифференциала, разделяется последним поровну между выходными звеньями 9 и 10. При этом момент от полуосевой шестерни 16, равный половине момента, переданного на водило 19 от выходного звена 9, поступает через зубчатый ряд, состоящий из зубчатых колес 3 и 4, на выходное звено 10, где суммируется с моментом, поступившим на это звено от дифференциала и равным половине момента, переданного на корпус 15 от вала 13. Сумма моментов, поступивших на выходное звено 10 от дифференциала и дифференциального механизма 17, реализуется на правом колесе с нормальным сцеплением, преодолевая приложенное к нему сопротивление.
При ухудшении сцепления правого колеса часть ведущего момента, поступившая от дифференциала на выходное звено 10 и не реализованная на правом колесе, передается через зубчатый ряд, состоящий из зубчатых колес 3 и 4, на полуосевую шестерню 16, где, суммируясь с такой же величины моментом, поступившим на полуосевую шестерню 18 от вала 13 по цепи, включающей зубчатый ряд, состоящий из зубчатых колес 5 и 6, вал 20, объемную гидропередачу 22, вал 26, фрикционную муфту 27 и зубчатый ряд, состоящий из зубчатых колес 7 и 8, передается водилу 19. Суммарный момент, поступивший на водило 19 от полуосевых шестерен 16 и 18, передается через зубчатый ряд, состоящий из зубчатых колес 1 и 2, выходному звену 9, где суммируется с моментом, поступившим на это звено от дифференциала и равным половине момента, переданного на корпус 15 от вала 13 после того, как часть момента, поступившего на этот вал от двигателя, была передана с него по упомянутой цепи, одним из звеньев которой является объемная гидропередача 22, на полуосевую шестерню 18 дифференциального механизма 17. Сумма моментов, поступивших на выходное звено 9 от дифференциала и дифференциального механизма 17, реализуется на левом колесе с нормальным сцеплением, преодолевая приложенное к нему сопротивление.
В случае движения машины по неровностям водитель путем плавной регулировки пружины 40 редукционного клапана 39 может снизить уровень блокировки дифференциала, уменьшив максимальную величину, которую давление рабочей жидкости может достигать в бустере 35 силового цилиндра 36 муфты 27 при регулировании фрикционного момента в ней при помощи регулятора 32. В результате будет предотвращаться переход колеса ведущего моста, проходящего больший путь по неровности, на движение юзом и исключаться 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, что будет способствовать повышению тягово-скоростных качеств машины. Можно осуществить при необходимости полное выключение фрикционной муфты 27 посредством регулирования пружины 40 до полного устранения ее деформации.
При увеличении скорости движения машины увеличивается и частота вращения корпуса 15 дифференциала вместе с венцом 14 ведомой шестерни зубчатой передачи для подвода ведущего момента к дифференциалу, а вместе с ними увеличивается и частота вращения кинематически связанного с венцом 14 вала 20. Величина электрического сигнала, вырабатываемая датчиком 62 угловой скорости вала 13, увеличивается, а следовательно, и возрастает электромагнитная сила в обмотке 67. Падение напряжения на резисторе 68 несколько уменьшает величину текущего значения напряжения на обмотке 67, благодаря чему величина электромагнитной силы в ней, действующей на сердечник 66 с толкателем 64, достигает величины, достаточной для преодоления сопротивления пружины 65, предварительно поджатой относительно неподвижного элемента остова, в тот момент, когда скорость движения транспортного средства превысит максимально допустимую величину. Под действием этой электромагнитной силы сердечник 66 вспомогательного электромагнита 60 переместит толкатель 64, преодолевая сопротивление пружины 65, и включит кнопку замыкания 63.
При включении кнопки замыкания 63 электрический сигнал от датчика угловой скорости 62 поступает на электрическую обмотку 61 исполнительного электромагнита 57, вследствие чего в обмотке возникает электромагнитная сила, под действием которой сердечник 58 посредством подпружиненного стержня 59 перемещает золотник гидрораспределителя 56 в положение, соответствующее гидравлическому сообщению бустера 35 и нагнетательной полости гидронасоса 33 со сливом.
Перемещение золотника гидрораспределителя 56 происходит без задержки. Это достигается тем, что в момент включения кнопки замыкания 63 возникающая в обмотке 61 электромагнитная сила, пропорциональная напряжению, приложенному к обмотке 61 со стороны датчика 62, оказывается значительно больше усилия пружины, действующей на стержень 59.
Открытие золотником гидрораспределителя 56 гидравлического сообщения бустера 35 силового цилиндра 36 и нагнетательной полости гидронасоса 33 со сливом делает невозможным повышение давления в упомянутом бустере, которое необходимо для включения фрикционной муфты 27. Следовательно, часть 54 фрикционной муфты 27 и кинематически связанное с ней зубчатое колесо 8, получают свободу вращения, в результате чего дифференциальный механизм 17 приобретает вторую степень свободы и теряет способность перераспределять ведущий момент между выходными звеньями 9 и 10, тем самым механизм блокировки дифференциала отключается, предоставляя последнему полную свободу проявлять дифференциальные свойства с равным распределением ведущего момента между колесами моста, что необходимо, чтобы исключить возможный занос машины, который может произойти, если на достаточно высоких скоростях движения при не отключенном механизме блокировки дифференциала сцепление одного из колес ведущего моста с опорной поверхностью ухудшится, и сила тяги на колесе с хорошим сцеплением существенно превысит силу тяги на колесе с ухудшенным сцеплением.
Когда водитель уменьшит скорость движения машины, скорость вращения вала 13 снизится, электрический сигнал от датчика 62 уменьшится, и электромагнитная сила в обмотке 67 вспомогательного электромагнита 60 станет меньше упругой силы пружины 65, под действием которой толкатель 64 выключит кнопку замыкания 63, в результате чего обмотка 61 исполнительного электромагнита 57 обесточится, и при отсутствии электромагнитной силы в ней подпружиненный стержень 59 вернет золотник гидрораспределителя 56 в положение, в котором последний свяжет нагнетательную полость гидронасоса 33 с бустером 35 силового цилиндра 36, разобщив их со сливом. Произойдет автоматическое включение блокировки дифференциала, потому что нагнетание рабочей жидкости из нагнетательной полости гидронасоса 33 в бустер 35 вновь становится возможным, и регулирование фрикционного момента в гидроподжимной муфте 27 при помощи регулятора 32 восстанавливается. В результате тяговые качества машины улучшатся.
Таким образом, данный механизм при осуществлении управляемой блокировки дифференциала обеспечивает автоматическое выключение блокировки, когда скорость движения транспортного средства превышает допустимую величину, что повышает безопасность движения и автоматическое включение блокировки, когда скорость снижается до допустимой величины, что улучшает тяговые качества машины, благодаря двухпозиционному золотниковому гидрораспределителю, которым снабжено следящее устройство, который автоматически в одной позиции золотника гидравлически соединяет бустер силового цилиндра гидроподжимной муфты и нагнетательную полость гидронасоса регулятора фрикционного момента этой муфты со сливом, а в другой его позиции гидравлически связывает упомянутые бустер и нагнетательную полость между собой, разобщая их со сливом, что расширяет функциональные возможности данного механизма по сравнению с прототипом.
Механизм блокировки дифференциала транспортного средства, содержащий четыре зубчатых ряда постоянного зацепления, ведущие шестерни двух первых из которых связаны с соответствующими выходными звеньями дифференциала, а ведомые соединены с соответствующими полувалами, трехзвенный дифференциальный механизм, одно из двух первых звеньев которого связано с одним из этих полувалов, следящее устройство, выполненное в виде объемной гидропередачи, имеющей последовательно соединенные между собой с образованием замкнутого гидравлического контура две гидромашины, первая из которых, выполненная с регулируемым рабочим объемом, регулятор которого кинематически связан с рулевым управлением транспортного средства с возможностью слежения за углом поворота вала рулевого управления, своим одним из двух взаимно проворачивающихся элементов кинематически связана с валом, имеющим кинематическую связь с венцом ведомой шестерни зубчатой передачи для подвода ведущего момента к дифференциалу, посредством третьего из упомянутых зубчатых рядов, ведомая шестерня которого связана с этим элементом, а ведущая соединена с упомянутым валом, а ее вторая гидромашина своим одним из двух взаимно проворачивающихся элементов кинематически связана с другим из двух первых звеньев дифференциального механизма посредством четвертого из упомянутых зубчатых рядов, ведомая шестерня которого соединена с упомянутым другим звеном, а ведущая связана с указанным элементом второй гидромашины посредством гидроподжимной фрикционной муфты с регулятором фрикционного момента, выполненным в виде гидронасоса, нагнетательная полость которого связана трубопроводом, в который установлен редукционный клапан с регулируемой вручную пружиной, с бустером силового цилиндра упомянутой муфты и сливным трубопроводом с регулируемым гидравлическим дросселем, механизм регулирования которого связан с подпружиненным относительно неподвижного элемента остова транспортного средства стержнем, находящимся в контакте с кулачком, установленным с возможностью поворота на оси, размещенной на опорах, смонтированных на неподвижном элементе упомянутого остова, и шарнирно связанным с тягой, соединенной с подпружиненным относительно неподвижного элемента этого остова сердечником электромеханического преобразователя, снабженного двумя электрическими обмотками, провода которых навиты вокруг сердечника в противоположных друг другу направлениях, концы одной из которых связаны с электрическими выходами датчика угловой скорости ведущей шестерни четвертого из упомянутых зубчатых рядов, а концы другой электрической обмотки связаны с электрическими выходами датчика угловой скорости одного из двух взаимно проворачивающихся элементов второй гидромашины, причем другие из двух взаимно проворачивающихся элементов обеих гидромашин закреплены неподвижно, а третье звено дифференциального механизма соединено с другим из упомянутых полувалов, отличающийся тем, что следящее устройство снабжено двухпозиционным золотниковым гидрораспределителем, исполнительным электромагнитом, сердечник которого связан с золотником гидрораспределителя посредством подпружиненного относительно неподвижного элемента остова транспортного средства стержня, и вспомогательным электромагнитом, причем электрическая обмотка исполнительного электромагнита одним концом связана с одним электрическим выходом датчика угловой скорости вала, кинематически связанного с венцом ведомой шестерни зубчатой передачи для подвода ведущего момента к дифференциалу, а другим концом - с другим электрическим выходом этого датчика посредством электрического выключателя, выполненного в виде кнопки замыкания, находящейся в электрически изолированном контакте с толкателем, подпружиненным посредством пружины, предварительно поджатой относительно неподвижного элемента упомянутого остова, и связанным с сердечником упомянутого вспомогательного электромагнита, один конец электрической обмотки которого связан посредством последовательного подключения резистора с одним электрическим выходом упомянутого датчика угловой скорости, а другой конец связан с другим электрическим выходом этого датчика, при этом двухпозиционный золотниковый гидрораспределитель установлен в трубопровод, связывающий нагнетательную полость упомянутого гидронасоса с бустером силового цилиндра упомянутой муфты с обеспечением возможности в одной позиции золотника гидравлически связывать нагнетательную полость и бустер между собой, а в другой его позиции гидравлически связывать нагнетательную полость и бустер со сливом.
