SE530016C2 - Midjestyrt fordon och metod för inkoppling respektive urkoppling av en mellan en främre hjulaxel och en bakre hjulaxel anordnad längsdifferential vid ett midjestyrt fordon - Google Patents

Description

25 30 35 550 016 tvinga hjulen att rotera med samma rotationshastighet. Vid gruvmaskiner av motsvarande slag är det av detta skäl normalt att en differential inte är installerad.

[004] Det är också känt inom tekniken att anordna en differential på längsgående axlar, dvs. så att drivningen på ovan nämnda främre och bakre drivaxel från fördelningslådan är förenade via en differential (här benämnd längsdifferential) motsvarande de ovan beskrivna.

Detta görs i avsikt att göra det möjligt för hjulen på den främre hjulaxeln och den bakre hjul- axeln att tillryggalägga olika långa sträckor vid kurvtagning med fordonet. Även i detta fall fungerar en sådan längsdifferential tillfredsställande så länge som alla hjul på fordonet har gott grepp. Om däremot greppet för hjulen på en hjulaxel försämras (vanligen hjulen på framvagnen vid ett lastat fordon), vilket är vanligt vid stora stigningar, såsom är fallet vid gruvtruckar, börjar hjulet/hjulen på denna hjulaxelatt slira och kraften fràn motom leds ut till det eller de slirande hjulen på hjulaxeln med det sämre greppet om fordonet är försett med tvärgående differential på aktuell axel och denna differential är öppen. För att förhindra att sådan sliming inträffar kan även längsdifferentialen vara utrustad med ett differentiallâs, som gör det möjligt att låsa differentialen så att både axeln till främre och bakre hjulaxeln roterar med samma hastighet. Härigenom roterar alla hjul på samma hjulaxel med samma fart. Även av de här redovisade skälen är det vanligt att midjestyrda gruvfordon ej är utrustade med längsdifferential.

[005] En speciellt tydlig olägenhet uppträder vid midjestyrda fordon/truckar, såsom en gruvtruck eller dumper, som har en framvagn svängbart lagrad kring en vertikal styrled, kring vilken även bakvagnen är svängbart lagrad. Vid ett sådant fordon är vanligen den främre hjulaxeln och den bakre hjulaxeln anordnade på olika avstånd från nämnda styrted. Vanligen är den främre hjulaxeln monterad på ett betydligt kortare avstånd från styrleden. Detta arran- gemang medför att de båda hjulaxlama löper med helt olika kurvradier vid kurvtagning med fordonet. Om fordonet sålunda körs i en kurva med längsdifferentialen låst, i synnerhet om fordonet är lastat med en tung last på bakvagnen, på en markyta där hjulen har gott grepp, utsätts transmissionema, speciellt drivaxlar och fördelningslåda, för mycket stora laster i form av hämmande vridmoment beroende på att hjulen på den främre hjulaxeln försöker att rotera med högre hastighet än motsvarande hjul på den bakre hjulaxeln. 'lïll påfrestningama på transmissioner kommer ett ökat slitage av däck på hjulen och en försämrad körupplevelse, eftersom fordonet blir understyrt och strävar efter att gå rakt fram vid kurvtagning. Samma olägenhet som här beskrivits uppträder natunigtvis vid ett motsvarande midjestyrt fordon som saknar längsdifferential, såsom vid gruvtruckar av motsvarande uppbyggnad.

[006] En längsdifferential kräver en lâsfunktion för att som ovan beskrivits undvika att allt vridmoment från motorn leds ut till en axel, då denna axels hjul har låg friktion mot en 10 15 20 25 30 35 530 016 vägbana. Kända lösningar för att låsa differentialen existerar. En sådan utgörs av en klokoppling som låser drivaxlama efter inkoppling. l skriften US 6 641 223 visas en lösning med klokoppling för ett midjestyrt fordon. En svaghet med denna lösning är att fordonet mäste stannas vid läsning medelst klokopplingen.

[007] Enligt annan känd teknik förinstålls ett procentuellt bromsvärde (eng. ”Limited slip") för längsdifferentialen. Om det bromsvärdet sätts för lågt kan vridmoment ändå ledas ut över enbart den ena hjulaxeln. Vid ett för högt spärrvärde utsätts likväl transmissioner i fordonets drivlina för höga vridmoment. Lamellema i differentialens broms slits, vilket i sin tur även pà- verkar sökta spärrverkan.

[008] Exempel på känd teknik inom området ges även genom skriften US 6 009 969 och för ett icke midjestyrt fordon genom skriften US 2003/0216212.

[009] Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att anvisa en lösning pà de visade olägenhetema med den kända tekniken.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN

[0010] Enligt en aspekt av uppfinningen presenteras en anordning med kännetecknen enligt det bifogade patentkravet 1.

[0011] Enligt en ytterligare aspekt av uppfinningen presenteras en metod med kännetecken enligt det bifogade oberoende metodkravet.

[0012] Ytterligare utföranden av uppfinningen framläggs i de beroende patentkraven.

[0013] En av fördelama med den presenterade lösningen är att längsdifferentialen normalt är låst och därvid ger maximal framkomlighet och att differentialbromsen som läser längs- differentialen frikopplas endast vid större styrvinklar, där onormalt stora vridmomentökningar uppkommer på grund av skillnader i rullad sträcka för framaxel och bakaxel. Genom en sådan automatisk frikoppling av differentialbromsen behöver en förare av fordonet inte i normalfallet bekymra sig om att ta ställning till behovet av att frikoppla resp. koppla in en differentlalbroms. Detta är särskilt fördelaktigt vid midjestyrda gruvmaskiner, där slinga ytor i kombination med stora stigningar är vanligt förekommande.

[0014] En annan väsentlig fördel är att systemet vid längsdifferentialen är fail safe, efter- som ett fel som uppkommer i de oljekretsar som styr längsdifferentialen automatiskt medför 10 15 20 25 30 35 530 016 att systemet återgår till normalt läge för långsdifferentialen, dvs. att den återgår till att hållas låst av differentialbromsen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA F ig. 1 visar i en schematisk bild en sidvy av ett midjestyrt fordon av den typ som uppfin- ningen relaterar till.

Fig. 2 visar schematiskt i en planvy fordonet enligt figur 1, där fordonets framvagn och bak- vagn bildar en vinkel med varandra.

Fig. 3 visar schematiskt transmissioner för ett midjestyrt fordon enligt en aspekt av uppfin- ningen.

Fig. 4 återger att principschema för styming av Iängsdifferentialen i fordonets transmission enligt figur 3.

Fig. 5 illustrerar mycket schematiskt en genomskäming av ett exempel på en differential- broms enligt en uppfinningsaspekt.

UTFÖRANDEN

[0015] Ett antal utföranden av uppfinnlngen beskrivs i det följande med stöd av de bifogade ritningama.

[0016] Ett exempel på ett midjestyrt fordon av det slag som avses i den föreliggande uppfinningen är åskådliggjord i figur 1. Fordonet betecknas med hänvisningsnummer 1.

Forclonets framvagn betecknas med 2 och dess bakvagn med 3. Figur 2 visar i en planvy från ovan det midjestyrda fordonet enligt figur 1, där en styrvinkel är utbildad mellan fram- vagnen 2 och dess bakvagn 3. Framvagnen i fordonet är i exemplet försedd med en främre hjulaxel 4 och bakvagnen är i exemplet försedd med en bakre hjulaxel 5. För enkelhets skull år respektive främre 4 och bakre 5 hjulaxel symboliserade som streckade linjer i figuren.

Framvagnen 2 kan styras ut med en styrvinkel i förhållande till bakvagnen 3 eftersom fram- vagn och bakvagn är ledade kring en styrled 6. Som framgår av figurerna 1 och 2 är distan- sen mellan den främre hjulaxeln 4 till styrleden 6 och motsvarande distans mellan den bakre hjulaxeln 5 till styrleden 6 olika. Detta ger upphov till de tidigare omnämnda olägenhetema med skilda rullade sträckor för den främre och den bakre hjulaxeln vid kurvtagning med det midjestyrda fordonet 1. lfigurema har endast en bakre hjulaxel framställts. Bakvagnen kan naturligtvis om så skulle önskas vara försedd med två separata hjulaxlar som drivs (av samma drivaxel) var för sig. 10 15 20 25 30 35 530 016

[0017] Figur 3 återger schematiskt de huvudsakliga komponenter som är berörda i det midjestyrda fordonet i ett utförande av uppfinningen. I det exemplifierade utförandet är en motor 7 förlagd i framvagnen 2 hos fordonet. Motom utgörs vanligen av en dieselmotor, men typ av motor är av underordnad betydelse för uppfinningen. Normalt inkluderar motom, refe- rerad till som 7 i figurema, även en växellåda. Inget hindrar naturligtvis att växellådan för- läggs på alternativ plats iframvagnen. Motorn 7 överför kraft till en icke visad växellåda, placerad invid motom och överför medelst en utgående transmissionsaxel 8 vridmoment till transmissioner i en fördelningslåda 9. Vid utförandet enligt uppfinningsaspekten innefattar fördelningslådan 9 en differential, här benämnd längsdifferential 10. Längsdifferentialen överför vridmoment till en första axel 11 avsedd för drivning av hjulaxeln 4 iframvagnen 2 och till en andra axel 12 för drivning av hjulaxeln 5 i bakvagnen 3.

[0018] Kraften fràn den första axeln 11 överförs via en främre tvärdifferential 13 till den främre hjulaxeln 4. Ett främre högerhjul 14 och ett främre vänsterhjul 15 på den främre hjul- axlen 4 kan när så krävs rotera oberoende av varandra på känt sätt med hjälp av den främre tvärdifferentialen 13. På motsvarande sätt överförs kraften från den andra axeln 12 via styr- leden 6 och via en bakre tvärdifferential 16 till den bakre hjulaxeln 5. Ett bakre högerhjul 17 och ett bakre vänsterhjul 18 på den bakre hjulaxeln 5 kan när så krävs rotera oberoende av varandra på känt sätt med hjälp av den bakre tvärdifferentialen 16. Vid kurvtagning medelst fordonet kommer den första axeln 11 och den andra axeln att bilda en styrvinkel v med var- andra. Denna styrvinkel v är illustrerad i figur 3.

[0019] Enligt en aspekt av uppfinningen är längsdifferentialen 10 utrustad med en differen- tialbroms 20. Denna differentialbroms 20 är tillkopplad längsdifferentialen. Differentialbrom- sen 20 har till uppgift att bromsa längsdifferentialen 10, när så önskas, så att de utgående första 11 och andra 12 axlama roterar lästa till varandra. När så önskas skall differential- bromsen 20 kunna låsas upp så att den främre hjulaxeln 4 och den bakre hjulaxeln 5 kan rotera med olika fart oberoende av varandra.

[0020] En princip för styming av differentialbromsen 20 visas i figur 4. Här illustreras åter- igen motom 7, vilken driver en pump 21 för hydraulolja. Hydrauloljan används både för smörjning av motom 7 och fördelningslàdan 9 och benämns i fortsättningen för enkelhets skull enbart med termen olja. Från pumpen 21 drivs oljan i normalfallet, dvs under en förut- bestämd minsta styrvinkel via en slinga som utgörs av oljeledningama 22, 22a, 22b till en transmission hos motom 7 och fördelningslådan 9 för smörjning av dessa enheter. Via ett oljetråg 23 under fördelningslådan 9 uppsamlas olja och återförs till pumpen 21 via en sug- ledning 24. 10 15 20 25 30 530 016

[0021] Styrningen av en automatik för att làsa differentialbromsen 20 under en förutbe- stämd styrvinkel v1 kan åstadkommas pä flera sätt. Ett exempel visas i figur 4. En styrventil 25 är installerad i oljeledningen 22 frán pumpen 21. Styrventilen 25 anligger, enligt exemplet, med en styrrulle på en manöverarm 25a för ventilen mot en yta på en styrledsaxel 26, dvs mot dennas yttre kontur. Nämnda styrledsaxel 26 roterar vid kurvtagning med det midje- styrda fordonet 1 med samma vinkel som den beskrivna styrvinkeln v. Styrventilens 25 manöverarm 25a anligger mot styrledsaxeln 26 mot en plan yta pá styrledsaxeln 26, där nämnda plana yta sträcker sig utefter en korda av den cirkelrand som begränsar styrleds- axelns 26 tvärsnitt, så att nämnda korda skär av cirkelranden utefter en cirkelsektor av styr- ledsaxeln 26 med en sektorvinkel som uppgår till 2 gånger v1.

[0022] När styrrullen på manöverannen hos styrventilen 25 anligger den nämnda plana ytan på styrledsaxeln 26, dvs att styrvinkeln är tämligen liten, så flödar oljan i ledningama så som nyss beskrivits. Vid en styrvinkel v=0 befinner sig styrrullen på den plana ytan utefter cirkelsekorns mittlinje. Om däremot fordonet bringas till kurvtagning så att styrvinkeln v, överskrids roteras styrledsaxeln 26 så att styrrullen på styrventilens 25 manöverann klättrar ut på styrledsaxelns periferi, varvid manöverarmen hos styrventilen 25 trycks in och påverkar denna att växla läge. Härigenom kommer oljan från pumpen 21 att vid styrventilen ledas över till en styrkanal 27.

[0023] Oljan i styrkanalen 27 passerar en manuellt pàverkbar ventil 28 och förs vidare till de tidigare nämnda oljeledningama 22a och 22b för smörjning av motor och fördelningslàda via en strypnlng 29. Mellan den manuellt päverkbara ventilen 28 och strypningen 29 finns en avgrening för oljan till en kopplingsledning 30. Trycket i denna kopplingsledning 30 påverkar differentialbromsen 20. Vid lågt tryck i kopplingsledningen håller fjäderkrafter på känt sätt Iameller i kontakt med varandra och kopplar sålunda samman första axel 11 och andra axel 12 i längsdifferentialen 10 varvid denna är bromsad eller med annan benämning låst. Ett högt oljetryck i kopplingsledningen 30 påverkar à andra sidan en kolv i differentialbromsen att motverka nämnda fjäderkrafter varvid lamellema frikopplas från varandra och differential- bromsen kopplas ur eller med annan benämning låses upp.

[0024] Differentialbromsen kommer sålunda att kopplas ur när styrventilen 25 detekterar en styrvinkel större än v1, eftersom styrventilen 25 härvid växlar läge och kopplingsledningen 30 trycksätter kolven i differentialbromsen, så att denna kopplas ur och längsdifferentialen 10 verkar utan bromsning.

[0025] En mycket förenklad framställning av differentialbromsen 20 visas i figur 5. Här visas hur den första axeln 11 och den andra axeln 12 kan kopplas samman medelst ett lamellpaket 10 15 20 25 530 016 31. När oljetrycket i kopplingsledningen 30 är lågt utövar ett fjäderpaket 32 tryck pà en kolv 33, varvid Iamellerna i lamellpaketet 31 kopplas samman. Om däremot styrvinkeln v är större än v1 öppnas kopplingsledningen 30 för tryck, vilket innebär att oljetryck genereras i en kammare 34. Fjäderkraften i tjäderpaketet 32 år sà valt att oljetrycket i kammaren 34 upp- häver verkan av tjäderpaketet 32, sà att kolven 33 återgår till ett friläge, varvid Iamellerna i lamellpaketet 31 frikopplas från varandra och därmed låser upp differentialbromsen 20.

[0026] Som exempel kan strypningen 29 väljas så att oljetrycket i ledningen före stryp- ningen är 1 Bar. Altemativt kan en ställbar strypning väljas för att tillàta viss slirning. Ett högre tryck före strypning är härvid det oljetryck som kommer att öppna differentialbromsen 20. Om ett fel uppkommer i oljesystemet, sä att härvid kopplingsledningen 30 förlorar sitt tryck kommer differentialbromsen 20 att låsa differentialen automatiskt, varigenom längs- differentialen härigenom gjorts fail safe.

[0027] Den förutbestämda styrvinkeln V1 som utgör den styrvinkel v, vid vilken differential- bromsen 20 skall öppnas kan väljas på lämpligt sätt efter användning och underlag där for- donet är avsett att användas. En lämplig förutbestämd styrvinkel v1 är 20°. Under denna vinkel kan problemen med olika rullvinklar för främre och bakre hjulaxel bemästras av fordo- net. Naturligtvis kan den förutbestämda vinkeln V1 väljas på annat sätt. Lämpliga alternativa värden på V1 är 10° till 30°, företrädesvis 15° till 25°.

[0028] Den manuellt páverkbara ventilen 28 är avsedd att vara en ventil som kan påverkas av fordonets förare, så att denne kan àtergà till låst differentialbroms 20 även när differential- bromsen av automatiken kopplats ur, varvid oljan flödari slingan 22, 22a, 22b utan att vara påverkad av strypningen 29 och trycksättning av kopplingsledningen 30.

Claims (12)

1. 0 15 20 25 30 550 016

2. PATENTKRAV

3. Midjestyrt fordon (1) innefattande: - en framvagn (2) och en bakvagn (3) som är svängbara runt en mellan dessa anord- nad styrled (6), - en fördelningslåda (9) som matar kraft från en motor (7) till en främre hjulaxel (4) i framvagnen (2) medelst en första axel (11) och till en bakre hjulaxel (5) i bakvagnen (3) medelst en andra axel (12), kännetecknad av att - en differential (10) är anordnad mellan den första (11) och den andra axeln (12), - ett detekteringsorgan (25a) känner av en styrvinkel v utbildad mellan framvagn (2) och bakvagn (3), - detekteringsorganet (25a) detekterar om styrvinkeln v är större än en förutbestämd styrvinkel v1, - en broms (20) är anordnad vid nämnda differential (10) för att låsa, altemativt bromsa, differentialen (10) när styrvinkeln v är mindre än sagda förutbestämda styrvinkel v1.

4. Fordonet enligt patentkrav 1, där sagda förutbestämda styrvinkel v, företrädesvis ligger mellan 10°och 30°, företrädesvis mellan 15° och 25° och i synnerhet är styrvinkeln 20°.

5. Fordonet enligt patentkrav 1 eller 2, där detekteringsorganet (25a) utgörs av en manöverarm hos en ventil (25), varvid manöverarmen är försedd med en styrrulle som anligger en yttre kontur hos en axel (26) i styrleden (6).

6. Fordonet enligt patentkrav 3, där den yttre konturen hos styrledsaxeln (26) lett område som manöveramien anligger utgörs av en plan yta.

7. Fordonet enligt något av föregående patentkrav. där ventilen (25) utgörs av en hydraul- ventil som styr en kolv (32) i differentialbromsen (20) att koppla in eller ur differential- bromsen (20).

8. Fordonet enligt patentkrav 5, där ventilen (25) växlar mellan ett högt oljetryck eller ett lågt oljetryck i en kopplingsledning (30) för olja till differentialbromsen (20) för att koppla ur respektive koppla in differentialbromsen (20).

9. Fordonet enligt patentkrav 6, där ett förlorat oljetryck i kopplingsledningen (30) medför att differentialbromsen (20) återgår till låst läge, varigenom differentialen (10) försetts med failsafe-firnktion. 10 15 20 25 30 35

10.

11.

12. 550 016 Fordonet enligt patentkrav 6, där nämnda höga oljetrycki kopplingslednlngen (30) bestäms av en strypning (29) som är: - förinstålld till ett förutbestämt tryckvärde eller, - inställd till ett tryckvärde som väljs av en operatör. Fordonet enligt något av föregående patentkrav, där differentialbromsen manuellt kan kopplas ur från läst läge medelst en manuellt pàverkbar ventil (28). Metod för inkoppling respektive urkoppling av en mellan en främre hjulaxel (4) och en bakre hjulaxel (5) anordnad längsdifferential (10) vid ett midjestyrt fordon (1) som in- nefattar: - en framvagn (2) och en bakvagn (3) som är svängbara runt en mellan framvagn och bakvagn anordnad styrled (6) och - en fördelningslåda (9) som matar kraft fràn en motor (7) till den främre hjulaxeln (4) i framvagnen (2) medelst en första axel (11) och till den bakre hjulaxeln (5) i bakvagnen (3) medelst en andra axel (12), kännetleoknad av att den innefattar stegen: - längsdifferentialen (10) anordnas mellan den första (11) ooh den andra axeln (12), - en mellan framvagn (2) och bakvagn (3) utbildad styrvinkel v detekteras av ett detekteringsorgan (25a), - detekteringsorganet (25a) styr en differentialbroms (20) för Iängsdifferentialen (10) att hållas läst när detekleringsorganet (25a) detekterar en styrvinkel v som är mindre än en förutbestämd styrvinkel v1. Metoden enligt patentkrav 10, vidare innefattande steget: - en ventil (25) påverkas av detekteringsorganet (25a) att höja respektive sänka olje- trycket i en kopplingsledning (30) ansluten till diflerentialbromsen (20) för att därvid låsa respektive frikoppla differentialbromsen (20) Metoden enligt patentkrav 11, vidare innefattande steget: - högt respektive lågt oljetryck i kopplingslednlngen (30) påverkar en kolv (33) i differentialbromsen (20) att frikoppla, respektive låsa, altemativ bromsa, lameller i ett lamellpaket (31) som frigör första axel (11) och andra axel (12) från varandra, respek- tive kopplar samman dessa.