ДИНАМИЧЕСКИЙ ВАРИАТОР ГЛУШКО

ДИНАМИЧЕСКИЙ ВАРИАТОР ГЛУШКО

АВТОМАТИЧЕСКАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО И  АВТОТРАКТОРНОГО ТРАНСПОРТА

Любые автотранспортные средства  между двигателем (мотором) и ходовой частью (колёсами) содержат муфту сцепления и коробку передач. В особых случаях на транспортные средства устанавливают автоматическую коробку передач с использованием в её  конструкции: или нескольких планетарных механизмов с фрикционным включением, или вариатора (фрикционного, клиноременного, цепного, волнового, планетарного, пластинчатого или торового). Такая автоматическая коробка заменяет собой муфту сцепления и саму «механическую» коробку.

С одной стороны, это очень удобно для водителя - меньше утомляемость, полное исключение распределения внимания на выбор режимов движения и полное её сосредоточение на окружающей дорожной ситуации, и как следствие этого, при этом становится выше безопасность движения. А с другой стороны – автоматический выбор оптимальных режимов работы двигателя, при заданных условиях движения, значительно улучшает экологию среды (меньше вредных выбросов от нерационально сожженного топлива).

Автоматические коробки имеют множество других «мелких» достоинств, которые трудно сразу все перечесть. Например: более динамичный разгон автомобиля или такое, когда новичок автолюбитель на «автомате» может наравне с профессионалом преодолевать крутые подъёмы на скользкой и мокрой дороге  или при гололёде и т.п. Но именно они указывают на  неоспоримое превосходство автомобиля с этим новшеством, перед автомобилем с «механической» коробкой. Перечисленное выше, как следствие этого, требуют немедленное использование её на всех видах автономных  дорожных транспортных средств.  Единственное, что сдерживает широкое применение автоматов, так сложность их конструкции, трудности технического обслуживания, и дороговизна.

Перечисленные выше недостатки современных автоматических коробок передач устраняются разработанным нами вариатором.  Наряду с указанным выше, он имеет и другие существенные достоинства, в сравнении с существующими автоматическими коробками. Например: - в нем отсутствует гидротрансформатор, который, по сути, в этих коробках выполняет роль муфты сцепления.

Предлагаемый динамический вариатор – это бесступенчатый  редуктор с плавным  автоматическим регулированием числа оборотов ведомого (выходного или вторичного) вала в интервале величины коэффициента редукции, т.е. от 0,7 до его  максимального значения с использованием динамических свойств конструкции устройства. По сути - это новый тип вариатора, который принципиально отличается от хорошо известных конструкций механизмов вариаторов типа: - фрикционного, клиноременного, цепного, волнового, планетарного, пластинчатого или торового. В перечисленных вариаторах, в процессе регулирования передаточного отношения (коэффициента редукции), изменяются радиусы взаимодействующих поверхностей тел вращения (конуса, сферы, торовой поверхности, и т.п.). Коэффициент редукции – отношение числа оборотов ведущего (входного или первичного)  вала редуктора к числу оборотов его ведомого  вала. Коэффициент редукции определяет так же  отношение моментов сил вращения этих же самых валов.  Максимальное значение величины коэффициента редукции предлагаемого вариатора может быть самым различным и обычно лежит в интервале от 0,7 до 1000. Для вариатора , устанавливаемого на конкретное транспортное средство, оно выбирается в зависимости от назначения транспортного средства , мощности двигателя и режимов его работы.

В процессе работы вариатора (далее по тексту мы говорим только о особенностях предлагаемого вариатора) изменение величены коэффициента редукции происходит автоматически в зависимости от изменения величены крутящего  момента сил, возникающего  на его ведомом валу. Причем, отношение крутящего момента сил на ведомом валу вариатора, возникшего со стороны колёс транспортного средства,   к крутящему моменту сил на его ведущем валу, который создаётся двигателем, в точности равно коэффициенту редукции. Это обстоятельство, т. е. автоматическое изменение коэффициента редукции в зависимости от момента сил на ведомом валу вариатора является его  естественной конструктивной особенностью, его внутренним свойством. Это его свойство не реализуется каким-либо встроенным в вариатор особым механизмом, как это делается сейчас в современных автоматических коробках передач легковых автомобилей. Здесь нет специальных систем слежения за работой двигателя, скоростью движения транспортного средства и параметрами работы самого вариатора, как и нет системы управления вариатором, которая вырабатывает те или иные команды управления. Свойство согласовывать необходимый момент сил вращения колёс транспортного средства с моментом сил на валу двигателя, то есть изменять коэффициент редукции,  является конструктивной особенностью самого вариатора.

Другой конструктивной особенностью вариатора является то, что его конструкция позволяет обходиться без специальной муфты сцепления, которая обычно связывает выходной вал двигателя с входным валом коробки передач ходовой части транспортного средства. В современных автоматических коробках передач эту функцию выполняет гидротрансформатор, который, однако, значительно усложняет конструкцию коробки, существенно уменьшает коэффициент полезного действия всей двигательной установки транспортного средства. Это с одной стороны, а с другой – гидротрансформатор, при заданных размерах, пределы которых ограниченны в силу многих известных обстоятельств, может передавать только ограниченную величину передаваемой мощности вращения. Это значительно ограничивает область его использования. В вариаторе гидротрансформатор не используется, как и не применяется какая либо другая система сцепления, в предлагаемом вариаторе  входной – первичный  вал вариатора всегда находится в постоянном зацеплении с выходным валом двигателя.

Таким образом вариатор заменяет собой муфту сцепления и коробку передач одновременно, т. е. он в принципе выполняет все функции  современной автоматической коробки передач. Однако он конструктивно на несколько порядков проще, а следовательно, более надёжен и стоимость его изготовления значительно ниже.

Включение вариатора в работу происходит таким же образом, что и включение в работу современной автоматической коробки передач легкового автомобиля, т.е. переводом рычага включения коробки из положения «холостой ход - Р или нейтраль  - N» в положение «движение вперед – D» или  «движение назад - R».   Перевод вариатора из состояния «холостой ход - N» в состояние «работа –D или R», не сопровождается появлением каких либо  экстремальных режимов, связанных с износом материала (как это происходит в фрикционных муфтах сцепления) или расходованием значительной доли энергии (как это происходит в гидравлических муфтах сцепления  или гидротрансформаторах), или возникновением значительных механических усилий ( как это происходит при работе трансмиссий тяжелых тракторов и танков),  а протекает в виде плавного повышения крутящего момента сил от  «0» до величены начала вращения колёс транспортного средства. Это происходит   за время редукции,  т.е. произведения коэффициента редукции на время полного оборота вала двигателя. «Время редукции» - это особая конструктивная характеристика предлагаемого вариатора, которая вводится впервые как новое понятие работы редукторов. Ранее, при описании работы классических, то есть хорошо известных шестеренчатых или иных редукторов и вариаторов, оно не использовалось, так как жёстко было связано с коэффициентом редукции и временем полного оборота ведущего вола простой линейной зависимостью. В предлагаемом вариаторе это не так – здесь время редукции и коэффициент редукции друг с другом не связаны, они независимые характеристики вариатора. Это обстоятельство делает вариатор уникальной механической конструкцией и наделяет его новыми   качествами. Конструкция вариатора  позволяет, на этапе начала движения транспортного средства, искусственно увеличивать время редукции, что частично похоже на движение автомобиля с плавным включением «традиционного сцепления» на этапе «стронуться с места» или частично включенным сцеплением в сложных условиях движения. Однако, конструктивно заданный коэффициент редукции вариатора при этом остается неизменным и свойство вариатора изменять свой коэффициент редукции в зависимости от величены нагрузки на выходном валу реализуется и в этом случае  (искусственно меняется только время редукции). Управлять временем редукции вариатора можно следующим образом. Для этого достаточно связать механизм управления временем редукции с педалью акселератора (подачи топлива) двигателя, причем на незначительном начальном секторе поворота педали. Сделать это можно чисто механически. При нажатии на педаль, оставаясь в этом секторе, можно плавно разогнать автомобиль (как это обычно делается с педалью сцепления), а выйдя за пределы сектора, мы тем самым переводим работу вариатора в автоматический режим работы.

Перечисленные выше конструктивные особенности вариатора, при его постановки на транспортное средство, позволяют получить следующее.  Автоматически, плавно:

         а)  осуществлять разгон автомобиля до максимальных скоростей за минимальное время, 

        б) в режиме реального времени, изменять крутящий момент на ведомом валу вариатора,  в зависимости от потребной величены, в тяжелых дорожных условиях, когда моменты сил на колёсах транспортного средства резко меняются (например : при подъёме в гору в дождь по просёлочной дороге).

           Это преимущество вариатора тем более значительно, если он установлен на каждое колесо автомобиля.

      Действительно, в виду малых габаритных размеров  вариатора и конструктивных особенностей, перечисленных выше, его  можно устанавливать непосредственно на каждое колесо автомобиля. Его соединение с двигателем  можно осуществить через раздаточный редуктор и обычную систему кардановых валов независимой подвески современного автомобиля. При этом автомобиль становится полно приводным , с работой всех колёс без отключения от двигателя при любых условиях движения. Таким образом, необходимость в оборудовании транспортных средств традиционными дифференциальными редукторами, согласующими вращение пар противоположных колёс, полностью отпадает.  Здесь вращение колёс действительно независимое, и это реализуется как при разворотах на ровных площадках сухих дорог, так и при условиях, когда  коэффициенты сцепления пары колёс с дорожным покрытием значительно различаются друг от друга.  Например, когда одно колесо находится на отполированной металлической ленте, смазанной маслом, а другое – на поверхности, покрытой «наждачной бумагой». Каждое колесо будет вращаться в зависимости от возникшего момента сил, но с числом оборотов не выше самого «загруженного» колеса.

Вариатор, в качестве автоматической коробки передач можно устанавливать на любой легковой автомобиль, а не только на джипы и вездеходы. Вариатор можно устанавливать и на всех видах грузового и общественного пассажирского автотранспорта.

  А так же использовать на тех видах тяжёлых самоходных транспортных средств, где в настоящее время:

         а) Вынужденно, в силу тех или иных конструктивных требований, чаще всего связанных с ограниченностью объёма транспортного средства, используются фрикционные или шлицевые муфты сцепления, которые значительно снижают рабочий ресурс ходовой части, являясь её самым ненадёжным , быстро изнашиваемым  элементом, например: в тракторостроении и танкостроении. Особенно в танкостроении, поскольку именно здесь использование вариатора особенно ощутимо. При этом танк по лёгкости управления вождения может быть сопоставлен с легковым автомобилем.

           б) Муфты сцепления заменены на дорогой и сложный по конструкции тяжёлый электрический или гидравлический привод, например: в автомобилестроении большегрузных машин (карьерных самосвалов), железнодорожном транспорте, кораблестроении и экскаваторостроении. Действительно, на этих видах транспорта прямая передача момента сил от двигателя на ходовую  часть сдерживается отсутствием соответствующих муфт сцепления. Поэтому именно здесь применяется несколько этапов трансформации «вращательной» энергии, хотя это значительно понижает КПД привода. Использование вариатора не только значительно упростить конструкцию привода перечисленных машин, но и значительно повысит их КПД.

    Следует отметить и другое важное обстоятельство. Вариатор можно использовать и как просто механизм повышения крутящего момента, т.е. в конструкции грузоподъемных тяговых механизмов: - лебёдок, тельферов, грузоподъёмных кранов и т.д. или разгонных тросовых  катапульт и лебёдок для запуска планеров, дельта планеров и парапланеров или специальных запусков самолётов.

В настоящее время разработана принципиальная схема вариатора, построен и испытан опытный образец (мощностью 40 ватт), на котором была подтверждена правильность концептуальной  стороны технического решения. Проведён патентный поиск  и он  показал, что конструкторское решение обладает мировой новизной.   Имеющиеся знания о вариаторе, его принципиальная кинематическая схема, позволяют производить конструкторское  проектирование вариаторов для тяговых элементов любых грузоподъёмных механизмов и коробок передач на ходовые части любых видов транспортных средств, поскольку это обыкновенный редуктор, но с необычной кинематической схемой.