Основным неудобством при использовании механических ступенчатых коробок передач является то, что водителю для переключения передач постоянно приходится нажимать на педаль сцепления и перемещать рычаг переключения передач. Это требует от него затрат значительных физических сил, особенно в условиях городского движения или при управлении автомобилем, работающим с частыми остановками. Для устранения таких неудобств и облегчения работы водителя на легковых, грузовых автомобилях и автобусах все более широкое применение получают гидромеханические коробки передач. Они выполняют одновременно функции сцепления и коробки передач с автоматическим или полуавтоматическим переключением передач. При гидромеханической коробке передач управление движением автомобиля осуществляется педалью подачи топлива и при необходимости тормозной педалью.
Гидромеханическая коробка передач состоит из гидротрансформатора и механической коробки передач. При этом механическая коробка передач может быть двух-, трех- или многовальной, а также планетарной.
Гидромеханические коробки с вальными механическими коробками передач применяются главным образом на грузовых автомобилях и автобусах. Для переключения передач в таких коробках используются многодисковые муфты (фрикционы), работающие в масле, а иногда – для включения низшей передачи и заднего хода – зубчатая муфта. Переключение передач фрикционами происходит без снижения скорости вращения коленчатого вала двигателя, т.е. бесступенчато – без разрыва передаваемых мощности и крутящего момента.
Гидромеханические коробки с планетарными механическими коробками передач получили наибольшее распространение и применяются на легковых, грузовых автомобилях и в автобусах.
Их преимущества: компактность конструкции, меньшие металлоемкость и шумность, больший срок службы.
К недостаткам относятся сложность конструкции, высокая стоимость, пониженный КПД.
Переключение передач в этих коробках производится при помощи фрикционных муфт и ленточных тормозных механизмов. При этом при включении одной передачи часть фрикционных муфт и ленточных тормозных механизмов пробуксовывает, что также снижает их КПД.
Гидротрансформатор (рисунок 1) представляет собой гидравлический механизм, который размещен между двигателем и механической коробкой передач. Он состоит из трех колес с лопатками – насосного (ведущего), турбинного (ведомого) и реактора. Насосное колесо 3 закреплено на маховике 1 двигателя и образует корпус гидротрансформатора, внутри которого размещены турбинное колесо 2, соединенное с первичным валом 5 коробки передач, и реактор 4, установленный на роликовой муфте 6 свободного хода. Внутренняя полость гидротрансформатора на 3/4 своего объема заполнена специальным маслом малой вязкости.
Рисунок 1 – Гидротрансформатор
а – общий вид; б – схема; 1 – маховик; 2 – турбинное колесо; 3 – насосное колесо; 4 – реактор; 5 – вал; 6 – муфта
При работающем двигателе насосное колесо вращается вместе с маховиком двигателя. Масло под действием центробежной силы поступает к наружной части насосного колеса, воздействует на лопатки турбинного колеса и приводит его во вращение. Из турбинного колеса масло поступает в реактор, который обеспечивает плавный и безударный вход жидкости в насосное колесо и существенное увеличение крутящего момента. Таким образом, масло циркулирует по замкнутому кругу, обеспечивая передачу крутящего момента в гидротрансформаторе.
Характерной особенностью гидротрансформатора является увеличение крутящего момента при его передаче от двигателя к первичному валу коробки передач. Наибольшее увеличение крутящего момента на турбинном колесе гидротрансформатора получается при трогании автомобиля с места. В этом случае реактор неподвижен, так как заторможен муфтой свободного хода. По мере разгона автомобиля увеличиваются скорости вращения насосного и турбинного колес. При этом муфта свободного хода расклинивается, и реактор начинает вращаться с увеличивающейся скоростью, оказывая все меньшее влияние на передаваемый крутящий момент. После достижения реактором максимальной скорости вращения гидротрансформатор перестает изменять крутящий момент и переходит на режим работы гидромуфты. Таким образом происходит плавный разгон автомобиля и бесступенчатое изменение крутящего момента.
Гидротрансформатор автоматически устанавливает необходимое передаточное число между коленчатым валом двигателя и ведущими колесами автомобиля. Это обеспечивается следующим образом: с уменьшением скорости вращения ведущих колес автомобиля при увеличении сопротивления движению возрастает динамический напор жидкости от насоса на турбину, что приводит к росту крутящего момента на турбине и, следовательно, на ведущих колесах автомобиля.
Планетарная коробка передач включает в себя планетарные механизмы. В простейшем планетарном механизме (рисунок 2) солнечная шестерня 6, закрепленная на ведущем валу 1, находится в зацеплении с шестернями-сателлитами 3, свободно установленными на своих осях. Оси сателлитов закреплены на водиле 4, жестко соединенном с ведомым валом 5, а сами сателлиты находятся в зацеплении с коронной шестерней 2, имеющей внутренние зубья.
Рисунок 2 – Планетарный механизм
1 – ведущий вал; 2 – коронная шестерня; 3 – сателлиты; 4 – водило; 5 – ведомый вал; 6 – солнечная шестерня; 7 – тормоз
Передача крутящего момента с ведущего вала 1 на ведомый вал 5 возможна только при заторможенной коронной шестерне 2 при помощи ленточного тормоза 7. В этом случае при вращении шестерни 6 сателлиты 3, перекатываясь по зубьям неподвижной шестерни 2, начнут вращаться вокруг своих осей и одновременно через водило 4 будут вращать ведомый вал 5. При растормаживании шестерни 2 сателлиты 3, свободно перекатываясь по шестерне 6, будут вращать шестерню 2, а вал 5 будет оставаться неподвижным.
На рисунке 3 приведена схема гидромеханической коробки передач, которая состоит из гидротрансформатора, трехвальной двухступенчатой механической коробки передач и системы управления. Наличие двухступенчатой механической коробки передач увеличивает диапазон регулирования крутящего момента.
Рисунок 3 – Схема гидромеханической коробки передач
1, 6, 7, 9, 10, 11, 13 – шестерни; 2, 3, 17 – фрикционы; 4 – муфта; 5, 12, 19 – ведомый, промежуточный и ведущий валы; 8 – регулятор; 14, 15 – насосы; 16 – коленчатый вал; 18 – гидротрансформатор
Гидромеханическая коробка передач включает ведущий 19, ведомый 5 и промежуточный 12 валы с шестернями, многодисковые фрикционные сцепления 2, 3, 17 (фрикционы) и зубчатую муфту 4 с приводом. К системе управления относятся передний 15 и задний 14 гидронасосы и центробежный регулятор 8, который воздействует на фрикционы 2, 3, 17, обеспечивающие переключение передач.
В нейтральном положении все фрикционы выключены, и при работающем двигателе крутящий момент на вторичный вал 5 не передается. На I (понижающей) передаче системой управления автоматически включается фрикцион 2. При этом ведущая шестерня 1, свободно установленная на ведущем валу 19 коробки передач, блокируется валом, а зубчатая муфта 4 устанавливается вручную в положение переднего хода с помощью дистанционной системы управления. Крутящий момент на I передаче от гидротрансформатора передается через фрикцион 2, шестерни 1, 13, 11, 10 и зубчатую муфту 4 на ведомый вал 5 коробки передач.
При разгоне на I передаче, когда гидротрансформатор автоматически осуществляет заданный диапазон регулирования крутящего момента, скорость возрастает до оптимального значения для переключения на II передачу. В этом случае центробежный регулятор 8 дает сигнал на включение фрикциона 3 и отключение фрикциона 2.
Автоматическая система управления обеспечивает включение II (прямой) передачи, при этом крутящий момент от первичного вала 19 коробки передач передается через фрикцион 3 непосредственно на вторичный вал, и скорость автомобиля возрастает до значения, определяемого диапазоном регулирования гидротрансформатором.
На рисунке 4 представлена двухступенчатая гидромеханическая коробка передач легкового автомобиля. Она состоит из гидротрансформатора 1, механической планетарной коробки передач с многодисковым фрикционом 3 и двумя ленточными тормозными механизмами 2 и 4 и гидравлической системы управления с кнопочным переключением передач. Кнопки соответственно означают: нейтральное положение, задний ход, I передача и движение с автоматическим переключением передач. В двухступенчатой механической коробке передач имеются два одинаковых планетарных механизма 5 и 6.
Рисунок 4 – Гидромеханическая коробка передач легкового автомобиля
1 – гидротрансформатор; 2, 4 – тормозные механизмы; 3 – фрикцион; 5, 6 – планетарные механизмы
В нейтральном положении фрикцион 3, а также тормозные механизмы 2 и 4 выключены. Трогание автомобиля с места происходит при включенной I передаче. В этом случае масло под давлением поступает в цилиндр тормозного механизма 2, лента которого затягивается, и солнечная шестерня планетарного механизма 6 останавливается.
Если включена кнопка «Движение», то при разгоне автомобиля происходит автоматическое переключение на II передачу, что обеспечивается одновременным выключением тормозного механизма 2 и включением фрикциона 3. В этом случае планетарные механизмы 5 и 6 блокируются и вращаются как одно целое.
Для движение автомобиля задним ходом включается только тормозной механизм 4.
Что такое коробка передач (трансмиссия) и для чего она нужна.
Коробка переключения передач является неотъемлемой частью любого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Назначение коробки передач - это передача и преобразование крутящего момента с двигателя на колеса, а так же осуществление отбора мощности на привода других агрегатов и дополнительного оборудования. Этот процесс позволяет обеспечить оптимальную силу тяги и скорость движения автомобиля, а так же движение задним ходом. Более того коробка помогает разъединять коленчатый вал двигателя от ведущих колес, что обеспечивает холостой ход автомобиля или его полную остановку.
Нужно отметить, что коробки передач получили распространение не только в транспортных средствах. Широко применяют коробки переключения в промышленных механизмах, станках на производстве.
С момента появления автомобилей на дорогах производители совершенствовали не только двигатели, но и коробки переключения передач. Развитие данного направления привело к появлению современных автомобилей с разными видами трансмиссий.
Виды трансмиссий
Более чем столетняя история развития автомобилестроения принесла в современный мир не только экологичные и мощные двигатели, но и усовершенствованные коробки переключения передач. На сегодняшний день на автомобили устанавливаются четыре основных типа коробок переключения передач:
1. Механическая коробка переключения передач
2. Автоматическая коробка переключения передач
3. Роботизированная коробка переключения передач
4. Вариативная (бесступенчатая) коробка переключения передач
Разберем подробнее каждый тип коробки.
Механическая коробка передач (Механика, МКПП)
Особенность работы двигателя внутреннего сгорания в том, что рабочая мощность развивается только в небольшом диапазоне оборотов. По этой причине для изменения крутящего момента необходим дополнительный механизм.
История создания уходит более чем на сто лет назад, а изобретение принадлежит Карлу Бенцу. Конструктивно, устройство первой коробки было примитивным и крайне простым. Механизм коробки был реализован из пары шкивов разного диаметра, которые были расположены на ведущем валу, шкивы соединялись с валом двигателя при помощи ремня. В зависимости от условий движения ремень при помощи специально предусмотренного рычага переставлялся с одного шкива на другой. Это позволяло изменять крутящий момент, передающийся на ведущие колеса. Такой простой механизм нашел применение и в современном мире, передачи на велосипедах переключаются по тому же принципу.
Современные механические коробки значительно дальше шагнули от такого механизма. Конструктивно коробка состоит из набора шестерен, а изменение передаточного осуществляется путем введения шестерен в зацепление при помощи рычага.
Механические КПП могут оснащаться разным количеством ступеней. Самой популярной является пятиступенчатая коробка. В свою очередь коробки переключения передач механического типа подразделяются на двухвальные и трехвальные коробки.
Двухвальные механические коробки переключения передач устанавливаются на автомобили, оснащенные передним приводом. Трехвальные коробки переключения передач устанавливаются на легковые и грузовые автомобили, которые могут комплектоваться как передним так и задним приводом.
Плюсы МКПП:
· Простая и надежная конструкция
· Более легкое управление автомобилем в условиях бездорожья
· Движение в экономичном режиме
· Недорогое обслуживание
Минусы МКПП:
· Неудобство управления в сложном городском режиме
Автоматические коробки передач (Автомат, АКПП)
Идея комфортного управления автомобилем родилась практически сразу с появлением самого автомобиля. Такой комфорт могло бы обеспечить автоматическое переключение передач. Но реализовать данную идею смогли не сразу. В серию, автомобили с автоматической коробкой переключения передач попали только в 1947 году, АКПП стали комплектовать автомобили фирмы Buick.
Хотя на самом деле серийные автоматические коробки переключения передач появились немного раньше. АКПП оснащались городские автобусы в Швеции еще в 1928 году.
Нужно отметить что, к появлению гидромеханической коробки передач привели три независимые линии разработок, позже которые были объединены в ее конструкции. В основу АКПП встал гидротрансформатор, изобретение профессора Феттингера, патент на который им был получен еще в 1903 году. Два других элемента - это планетарный редуктор и гидравлическая система управления.
Современная автоматическая коробка переключения передач, в отличие от классической механики, работает в иных условиях и по другому принципу, хоть и основное назначение неизменно.
Гидротрансформатор или преобразователь крутящего момента, включает в себя насос, турбину и статор. Все детали гидротрансформатора заключены в общем корпусе. Гидротрансформатор заполнен специальным маслом, насос создает внутри гидротрансформатора поток масла, который вращает колесо статора и турбину. Тем самым передавая крутящий момент с двигателя.
Планетарная передача состоит из нескольких шестерен (они называются планетарными или сателлитами), вращающихся вокруг центральной шестерни. Планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Кроме этого, дополнительная внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни, внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга. Для получения большего диапазона передаточных чисел в современных коробках используется несколько планетарных передач.
Гидравлика работает в полном симбиозе с остальными частями АКПП и ее работу можно сравнить с кровеносной системой. Жидкость, используемая в качестве рабочей, помимо создания давления в системе, обладает так же набором полезных функций. Таких как смазывание, отвод тепла и очищение внутренностей АКПП от загрязнений.
Плюсы АКПП:
· Комфорт и удобство управления
· Способность менять передачи при полной мощности двигателя
· Плавность хода во время переключения передач
· Защита деталей двигателя от перегрузок при выборе неверной передачи
Минусы АКПП:
· Стоимость и периодичность обслуживания
· Больший расход топлива
· Низкий КПД
· Меньшая динамика автомобиля
Роботизированные коробки передач (Роботы)
Роботизированная коробка передач - это логическое продолжение развития механической коробки. Робот это не что иное, как механическая КПП, в которой выжим сцепления и переключение передач выполняют два сервопривода (актуатора), управляемые электронным блоком. По факту робот впитал в себя все положительные стороны механической кпп и удобство автомата.
Первый прототип робота появился в 1939 году, Адольф Кегресс создал трансмиссию с двойным сцеплением, но дальнейшее развитие этого перспективного изобретения остановилось на следующие 40 лет. Всему виной отсутствие финансирования проекта.
В серию роботизированные коробки передач попали очень нескоро, но обкатать технологию решились инженеры Porsche. Роботы внедрили на модели 956 и 962С, машины предназначались для кольцевых гонок. К сожалению, недоработка конструкции и значительный вес коробки не позволил технологии выйти за пределы трека.
Серийная роботизированная коробка появилась только в 2003 году. Отважилась на такой шаг компания Volkswagen, установив преселективную трансмиссию на спорт версию модели Golf 4 R32. Производителем коробки была компания BorgWarner. По сей день концерн VAG активно продвигает этот тип коробок на своих моделях.
Особенность такой коробки заключается в конструкции, а именно в наличии двух сцеплений. Принцип работы такой коробки состоит в том, что на одно сцепление завязаны четные передачи, а на второе нечетные. В процессе движения крутящий момент передается по одному сцеплению, т.е. диск сомкнут. В это же время диск второго сцепления разомкнут, но внутри самой коробки следующая передача уже сформирована и когда приходит время переключения, первый диск просто размыкается, а второй синхронно смыкается. Такая схема работы обеспечивает плавность переключения и отсутствие рывков.
В свою очередь, роботизированные коробки делятся на два типа:
· С мокрым сцеплением - используют на автомобилях с мощным двигателем, крутящий момент которых превышает 350 Нм.
· С сухим сцеплением – используют на автомобилях с маломощными двигателями до 250 Нм крутящего момента.
Плюсы Робота:
· Плавность переключения и хода
· Высокий КПД
· Экономичный расход топлива
· Высокая динамика
· Возможность выбора режима работы трансмиссии
Минусы Робота:
· Малая надежность, как самой конструкции, так и мехатроника
· Стоимость обслуживания и ремонта
· Чувствительность к тяжелым дорожным условиям
Вариаторные трансмиссии (Вариаторы)
Вариаторные трансмиссии (CVT) считаются прямыми последователями классических гидромеханических кпп. Есть устойчивое мнение, что за CVT – коробками будущее, опять таки, учитывая городскую эксплуатацию автомобилей. Особенный упор на трансмиссии CVT делают японские производители, такие как Nissan и Subaru. Первая вариаторная коробка серийно появилась на автомобиле марки DAF в 50-е годы XX-века. Этим автомобилем оказался не грузовик, как многие могли подумать, а маленький легковой автомобиль.
К сожалению, особой надежностью и длительным ресурсом конструкция не отличалась. Компания Volvo в свою очередь, долгие годы пыталась развить технологию, но все закончилось сворачиванием разработок. Неожиданное продолжение истории вариатора дала Япония.
Причиной возврата и доработки вариатора послужила необходимость адаптации автоматических коробок к условиям эксплуатации в режиме городских пробок. Работа переключений передач на АКПП напрямую завязана на обороты двигателя. Классический автомат в режиме городских пробок, на малом расстоянии и на малом ходу начинал переключать передачи с первую на вторую, когда этого совершенно не нужно. В другом случае, двигаясь «накатом», АКПП держала передачу, не уходя на пониженную, долгое время ожидая от водителя команды на разгон. Такое поведение коробки давало большую нагрузку на собственные узлы, что вело к увеличенному расходу топлива, повышенному износу и раннему выходу из строя. Все это привело к интенсивной доработке акпп, но результатом стал принципиально новый тип кпп – CVT.
Самое удивительное, что первый вариатор был придуман Леонардо да Винчи в 1490 году. На чертежах изобретателя можно увидеть схему из параллельных конусов и перекинутого между ними ремня, способного перемещаться поперек оси вращения конусов, что позволяло менять передаточное отношение пары.
Коробка типа CVT или Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач. Основные детали коробки CVT - это гидротрансформатор и два раздвижных шкива, плюс, соединяющий их (шкивы) ремень. Сечение ремня имеет трапециедальную форму. Принцип работы заключается в следующем - сдвигающиеся половинки ведущего шкива выталкивают ремень наружу, что приводит к увеличению радиуса шкива, по которому работает ремень, это действие увеличивает передаточное отношение. Когда требуется снижение передаточного числа, ведомый шкив раздвигается, ремень перемещается на меньший радиус. Гидротрансформатор в этой конструкции обеспечивает трогание с места, после чего блокируется. Управление шкивами выполняет электроника.
Плюсы Вариатора:
· Переключение передач происходит незаметно, без рывков
· Экономичный расход топлива
· Высокая динамика
Минусы Вариатора:
· Несовместимость с мощными моторами
· Стоимость обслуживания и ремонта
· Большое количество датчиков влияющих на работу CVT
· Чувствительность к тяжелым дорожным условиям, буксировке
Итог.
Мы рассмотрели основные виды коробок переключения передач. Определили главные минусы и плюсы каждого типа. Но дать однозначный ответ, какой агрегат будет лучше всех, невозможно. Каждый хорош в своем диапазоне задач, и выбор агрегата, которым будет оснащен автомобиль, учитывая диапазон задач, уже ложится на плечи конструкторов автомобиля и потребителя.
Загрузите эту статью в формате .PDF
Гидростатическая трансмиссия (HST) существует всегда, когда гидравлический насос подключен к одному или нескольким гидравлическим двигателям и предназначен для них. Универсальность достигается за счет того, что один или оба насоса и двигателя (двигателей) имеют переменный рабочий объем. Результатом является бесступенчатая трансмиссия (CVT).
Во многих случаях HST предпочтительнее трансмиссии с переключением передач из-за бесступенчатого изменения передаточного отношения HST. Многие такие вариаторы меняются вручную, а другие меняются автоматически. В популярной автоматической конфигурации используется регулируемый вручную рабочий объем насоса с двигателем с компенсацией давления. Эта конфигурация приводит к так называемой передаче с «постоянной выходной мощностью». Эти трансмиссии создают гиперболическую характеристику скорости и крутящего момента, и они используются в основном для предотвращения рывков первичного двигателя. Есть и другие, но здесь цель состоит в том, чтобы сконцентрироваться на реализации моделей.
На рис. 1 показан первый этап соединения моделей насоса типа 2 и двигателя при настройке гидростатической трансмиссии. Входной крутящий момент для привода и питания насоса исходит от некоего неуказанного источника слева на рис. 1. Точно так же выходной вал двигателя подает мощность на некую неопределенную вращательную нагрузку справа.
Рис. 1. Базовая конфигурация гидростатической трансмиссии с моделями насоса и двигателя типа 2 начинается с соединения соответствующих портов насоса с их аналогами двигателя. Однако схема еще не применима из-за потенциальной кавитации и неконтролируемого давления в корпусе.
Номенклатура портов A и B двух машин соответствует стандарту , а не стандарту ни в стандартах ISO, ни в стандартах США. Скорее, он был скопирован из стандартизированной практики, используемой с клапанами. На самом деле, я иногда буду называть их рабочими портами насоса и двигателя, как это обычно бывает с направляющими клапанами.
Порт A насоса соединяется с портом A двигателя, порты CD насоса и двигателя соединяются вместе, как и B порты насоса и мотора. Таким образом, выход насоса питает двигатель, а отработанная жидкость из порта B двигателя поступает на вход (порт B ) насоса. Между тем, внутренняя утечка, которая проникает в корпус насоса и двигателя, объединяется, чтобы также подавать на вход насоса через внутренние каналы утечки.
В идеальном мире такая конфигурация может оказаться практичной. Но это не так, как минимум по двум причинам. Во-первых, внутренняя утечка, которая впадает в соответствующие гильзы, может уйти только «назад» через внутренние пути утечки, соединяющие гильзы и рабочие порты низкого давления. При отсутствии средств для сброса давления в корпусе давление в корпусе будет составлять около 50% или более от давления рабочего порта в данный момент. Это могут быть сотни или тысячи фунтов на квадратный дюйм. Это требует высокопрочного корпуса и уплотнений вала высокого давления как в насосе, так и в двигателе. Технология уплотнения вала высокого давления может выдерживать такое давление — конечно, за определенную плату. Однако создание внешней оболочки насосов и двигателей переменной производительности, способной выдерживать такое высокое давление, может быть непомерно дорогим.
Во-вторых, неизбежная потеря жидкости и изменения температуры повлияют на давление в трансмиссии в состоянии покоя. Эти давления неконтролируемы, и вероятность того, что они станут чрезмерно высокими в закрытой и герметичной системе, мала. Однако они наверняка станут чрезмерно низкими, что приведет к кавитации и сопутствующей ей поломке обеих машин. Это необходимо предотвратить путем добавления элементов контура, которые обеспечат необходимый контроль давления.
Рис. 2. На моделях насоса и двигателя типа 2 показаны не только взаимосвязи между насосом и двигателем, но и внутренние пути утечки. Легко добавить внешние контуры наддува и кондиционирования жидкости.
На рис. 2 также показана гидростатическая трансмиссия с использованием аналитических моделей типа 2 для насоса и двигателя, но с улучшениями, делающими машину практичной. Отдельные конфигурации можно увидеть вместе с соответствующими внутренними путями утечки. Утечки происходят от порта к порту, а также от порта к сливу картера. Насос наддува (часто называемый просто нагнетательным насосом) соединяется с обоими рабочими портами общих соединений насос-двигатель через отдельные обратные клапаны.
Давление наддува обычно низкое, поскольку гидравлические контуры работают, номинально между 150 и 300 фунтами на квадратный дюйм. Таким образом, давление составляет всего около 1/10 или 1/20 от максимального рабочего давления трансмиссии. Насос наддува и обратные клапаны предназначены для предотвращения слишком низкого падения рабочей стороны со стороны более низкого давления. Если давление упадет ниже атмосферного, разрушительное воздействие кавитации поставит под угрозу надежность насоса и двигателя.
По мере того, как трансмиссия выполняет свою работу, рабочее давление быстро меняется между высокими и низкими значениями. Учтите, что трансмиссия используется для силовой установки вездехода, когда он движется вверх и вниз по холмам и препятствиям. При подъеме на холм давление в порту A будет высоким, но при пересечении вершины холма автомобиль начинает движение вниз по склону, а насос и двигатель меняются ролями.
Энергия спускаемого транспортного средства нагнетается в двигатель, заставляя его работать как насос, но направление его вращения не меняется. Чтобы поглотить энергию, давление переключается быстро и Давление порта B становится высоким, в то время как давление порта A падает до уровня наддува.
Эта реверсия давления приводит к тому, что насос переключается в двигательный режим, поэтому он пытается увеличить скорость первичного двигателя. Результатом является торможение автомобиля. Если тормозное действие недостаточно, а первичным двигателем является дизельный двигатель, оснащенный механизмом переключения фаз газораспределения для запуска топливных форсунок перед верхней мертвой точкой, эффект силового торможения замедлит снижающееся транспортное средство. Если первичным двигателем является электродвигатель, торможение может быть достигнуто за счет превышения скорости, что приводит к возврату энергии в аккумулятор. В других конфигурациях энергия торможения может храниться гидравлически в аккумуляторах, которые в конечном итоге разряжаются в трансмиссионном двигателе для обеспечения движения.
Загрузите эту статью в формате .PDF
Вернувшись к рисунку 2, рассмотрим теплообменник и фильтр. Только жидкость, выходящая из портов CD , охлаждается и фильтруется. В зависимости от объемного КПД насоса и двигателя, общий дренажный поток картера будет составлять от 5% до 20% потока через силовой порт трансмиссии. Является ли это разумной стратегией кондиционирования жидкости?
Сначала рассмотрим проблему охлаждения. Весь поток негерметичности дренажа картера был «выдавлен» через небольшие внутренние зазоры под очень высоким давлением, поэтому он подвергся значительному нагреву. Поток, прошедший через вытесняющие элементы, также подвергается снижению давления, но его энергия преобразуется в крутящий момент и выбрасывается из вала. Этот поток существенно не нагревается, поэтому требует небольшого охлаждения.
Утечка из порта в порт — это другое дело. Он идет прямо из порта высокого давления в порт низкого давления и рециркулирует без какого-либо охлаждения. Несмотря на то, что эта жидкость не охлаждается, метод является жизнеспособным, если размер теплообменника рассчитан на охлаждение как дренажа картера , так и потока между портами. Это связано с тем, что контур наддува пополняет сторону низкого давления трансмиссии слегка переохлажденной жидкостью, которая соединяется с потоком основного силового порта.
С другой стороны, вопрос фильтрации только кейсного стока не имеет однозначного ответа. Если есть какие-то абсолюты, то они таковы: во-первых, очищайте свою жидкость, а во-вторых, держите ее в чистоте. После защиты от катастрофических отказов ничто так не повысит надежность компонентов.
Некоторые защитники рекомендуют устанавливать полнопоточные фильтры высокого давления в силовые порты с обеих сторон трансмиссии. Это обеспечивает замечательную степень защиты. Однако недоброжелатели указывают на высокую начальную стоимость и постоянное обслуживание. Они также будут утверждать, что если жидкость была должным образом очищена и проникновение загрязняющих веществ находится под контролем, то любое увеличение загрязнения должно быть вызвано внутренними причинами, скажем, из-за износа компонентов.
Динамические эффекты легко добавляются к аналитическим моделям типа 2, схематично показанным на рис. 3. При изучении динамики машин нас интересуют изменения скоростей, крутящих моментов, давлений и т. п., а точнее факторы, которые воздействуют на предотвратить мгновенные изменения в них. В гидравлической схеме инерция первичного двигателя, насоса, выходного двигателя и инерция нагрузки препятствуют изменению скорости.
Рис. 3. Динамические эффекты можно легко добавить к аналитическим моделям типа 2 в виде емкостей для учета сжимаемости жидкости и инерции первичного двигателя насоса и выходного двигателя, а также неуказанной нагрузки в двух контурах механического крутящего момента.
Эти эффекты показаны на рис. 3 в виде завитушек в механических разделах. Сжимаемость жидкости и расширение линии предотвращают мгновенное изменение давления. Эти эффекты обозначены электрическими конденсаторами (обозначены C с соответствующим индексом) на схеме. Правило добавления динамических эффектов очень простое: добавить инерцию в каждый контур суммирования крутящего момента (входной контур вала насоса и выходной контур вала двигателя) и добавить отдельную емкость в каждом узле гидравлического контура. Узел – это точка, в которой имеется значение давления, отличное от всех остальных. Четыре из них показаны на рисунке 3 и обозначены четырьмя манометрами.
Мы напишем шесть динамических уравнений для изучения переходных процессов в HST: два суммируют крутящие моменты в контурах насоса и вала двигателя, а четыре суммируют потоки в каждом из четырех узлов гидравлического контура. Мы вычисляли около 30 или 35 различных переменных в решениях уравнений. Это дало бы огромное представление о работе трансмиссии при любых динамических изменениях, таких как нагрузки, смещения, скорость первичного двигателя или любая их комбинация.
Более подробное обсуждение динамики выходит за рамки этой статьи. Но, в конце концов, аналитические модели типа 2 помогают разобраться и понять многие тонкости и нюансы гидростатической трансмиссии.
| Справочник для проектировщиков электрогидравлических систем Теперь вы можете узнать еще больше об электрогидравлических системах и их конструкции, в том числе: Нет предела тому, как электрогидравлика произведет революцию в нашей отрасли, поэтому закажите свою копию, чтобы обеспечить себе карьеру в этой динамичной технологии. И если вашей целью является сертификация по электрогидравлике, четвертое издание Справочник дизайнера необходим для вашей подготовки. Не рискуйте остаться позади в мире, где единственной константой являются быстрые изменения. Для заказа посетите наш книжный магазин. Распечатайте форму заказа в формате PDF, заполните ее и отправьте нам по почте, факсу или электронной почте. |
Скачать эту статью в формате .PDF
Poclain Hydraulics предлагает системные решения для различных видов мобильных машин, охватывающих такие рынки, как строительство, сельское хозяйство, погрузочно-разгрузочные работы, охрана окружающей среды, горнодобывающая промышленность, железнодорожное и лесное хозяйство, а также дорожные приложения. Мобильная гидравлическая трансмиссия покрывает все потребности машин, от предотвращения скольжения, контроля скорости, тормозных решений, диагностики до защиты и безопасности.
Mobile Hydraulic Transmission основаны на программном обеспечении SmartDrive TM , которое вместе с другими продуктами Poclain Hydraulics, двигателями, клапанами, насосами обеспечивает наиболее эффективное и действенное управление в режиме работы и передвижения.
С помощью инструмента CT-SUITE компания Poclain Hydraulics делает гидростатические трансмиссии с электронным управлением более доступными, позволяя клиентам создавать собственное программное обеспечение для управления. Основываясь на библиотеке полностью протестированных программных функций, каждый клиент может комбинировать все необходимые функции для создания своего программного обеспечения всего за несколько кликов, сокращая время и затраты на разработку без какой-либо дополнительной помощи.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
