Двигатель вариаторный – Лада Веста на вариаторе. Ресурс двигателя и вариатора. Три аргумента за то, что Веста с МКПП лучше,сравнение цен с конкурентами | ProAvto

Содержание

что лучше, принцип работы, плюсы и минусы

Двигатели внутреннего сгорания выдают максимальные показатели по крутящему моменту и мощности в довольно узких диапазонах по частоте вращения коленчатого вала. Передача и преобразование усилия происходит через механизмы трансмиссии, состоящей из сцепления, коробки переключения передач или вариатора и редуктора.

Чем вариатор отличается от автомата

Вариатор позволяет плавно изменять крутящий момент

Изменения крутящего момента в этой цепочке происходит во втором звене и от его устройства во многом зависят динамические характеристики автомобиля.

Большая часть серийных автомобилей выпускается с механическими или автоматическими коробками передач. Вариаторы получили меньшее распространение, вместе с тем их доля постепенно увеличивается.

Каждое из названных устройств имеет свои сильные и слабые стороны, происходит постоянное совершенствование конструкций, увеличивается надежность, они становятся технологичнее.

Два принципиально разных устройства: вариатор или автомат, что лучше? Для ответа на этот вопрос следует изучить оба механизма их конструкции и особенности.

Сравнение автоматической КПП с вариатором наиболее корректно ввиду того, что управление обоими осуществляется электронными процессорами и практически без участия человека. Водитель фактически только задает режим, а далее все происходит без его вмешательства.

История вариаторной коробки передач CVT

Само название вариатор произошло от латинского слова, означающего в переводе «изменитель». В среде специалистов этот механизм принято называть аббревиатурой CVT, что расшифровывается в английском языке как continuously variable transmission или по-русски «постоянно изменяющаяся трансмиссия». Другие наименования данного механизма: вариаторная коробка, АКПП вариатор или клиноременный вариатор.

Обозначений много, пусть и не все точные, но устройство и принцип действия конструкции при этом не меняется.

По сути, название клиноременный вариатор относится только к одному из видов, который впервые был применен на транспорте. Уже в 1910 году мотоцикл марки Zenith с трансмиссией Gradua-Gear такой конструкции участвовал в гонках и показал хорошие результаты.

После этого участие машин с вариаторами в соревнованиях было запрещено ввиду явного превосходства последних над традиционными коробками передач.

История данного типа трансмиссии в автомобилестроении начинается в 1928 году, когда британская Clyno Engineering Company впервые применила эту схему.

Следующей был голландский автопроизводитель, выпустивший легковую машину DAF 600, оснащенную клиноременным вариатором собственной конструкции Variomatic. Именно эта модель и является первой серийной моделью с данным типом трансмиссии.

что такое вариатор на машине

На DAF 600 был использован вариатор Variomatic

В последующем вариатор клиноременного типа стал доминирующей, но отнюдь не единственной применяемой в автомобилестроении схемой. Ведущие мировые производители разработали собственные конструкции:

  • Fiat устанавливали на свои машины Transmatic;
  • Mercedes-Benz – Autotronic;
  • Subaru – Lineartronic;
  • Honda- Multimatic;
  • Audi – Multitronic.

Компания Ford пошла еще дальше и запустила в производство два вариатора: Ecotronic и Durashift CVT, ее примеру последовали и японская Nissan с Xtronic и Hyper.

Перечень можно продолжать и дальше. О больших возможностях такой трансмиссии говорит и запрет на ее использование в гонках болидов Формула-1 просуществовавший вплоть до 1994 года.

Что такое вариатор на машине и как он работает

Для ответа на этот вопрос необходимо разобраться в назначении и устройстве этого механизма.

Вариатор позволяет плавно изменять крутящий момент в заданном диапазоне регулирования, в этом состоит его главное отличие от коробки передач. КПП предполагает ступенчатые преобразования, которые происходят при разрыве потока мощности, что отрицательно сказывается на равномерности.

Видео поясняет что такое вариатор и как он работает:

Вариаторная коробка передач имеет довольно сложное устройство и состоит из следующих частей:

  • Механизм, выполняющий функции сцепления, обеспечивающий трансмиссии состояние аналогичное нейтральной передаче КПП.
  • Вариатор.
  • Устройство для реверса, изменяющее направления вращения на противоположное.
  • Процессор с исполнительным механизмом, управляющий работой вариатора.

В качестве устройства, передающего крутящий момент с силового агрегата на вариатор и разъединяющего поток мощности, используются такие виды автоматического сцепления:

  • центробежное — типа Transmatic;
  • электромагнитное — технология Hyper;
  • мокрое многодисковое — модели Multitronic и Multimatic;
  • гидротрансформаторы.

Последнее устройство наиболее популярное и используется подавляющим числом автопроизводителей. Данное устройство обеспечивает максимально плавную без рывков передачу усилия от двигателя, что способствует увеличению ресурса вариатора.

Управление работой всего комплекса механизмом осуществляется электронным блоком, в функции которого входит:

  • Изменение соотношения между ведущим и ведомым валом вариатора в зависимости от режима работы силового агрегата.
  • Управление механизмом сцепления.
  • Обеспечение работы реверсного устройства и планетарного редуктора.

Действия водителя по управлению вариатором мало отличаются от аналогичных манипуляций с автоматической коробкой переключения передач. Он только выбирает режим — все остальное происходит без его участия.

Существует также возможность фиксации передаточного соотношения в вариаторе, что позволяет реализовать некоторые возможности, присущие традиционным коробкам передач. В силу сложившихся стереотипов большинство водителей не всегда способны правильно воспринимать разгон машины при постоянной частоте оборотов коленвала.

Виды и принцип работы вариатора

В автомобильной промышленности применяются два варианта механизмов, различающиеся по устройству. Речь идет о клиноременном и тороидном вариаторах, которые имеют разные конструкции.

Тороидный вариатор не имеет в своем составе ремня, промежуточными элементами являются ролики. Такая конструктивная схема используется реже, но в ней заложен большой потенциал.

Клиноременный

Этот вариант механизма получил наибольшее распространение у компаний, производящих автомобили.

Клиноременный вариатор состоит из одной (реже двух) передач. На двух валах: ведущем и ведомом установлены шкивы, через которые перекинуто кольцо клиновидного ремня. На первых порах при его изготовлении использовалась армированная резина, затем ей на смену пришли стальные конструкции.

устройство вариатора автомобиля

Устройство клиноременного вариатора автомобиля

Ведомый и ведущий шкивы состоят из двух частей: конусов, стенки которых имеют наклон около 70 градусов к оси вала. Взаимное перемещение шкивов обеспечивает изменение радиусов и, как следствие, передаточного отношения вариатора.

Для создания управляющего усилия, направленного на смещение конусов друг к другу используются пружины, давление жидкости или центробежная сила.

Принцип работы клиноременного вариатора обеспечивает непрерывность передачи потока мощности и позволяет создать оптимальные условия для работы двигателя. Так, при наборе скорости или, напротив, сбросе силовой агрегат автомобиля получает возможность работать при постоянных оборотах. Тем самым достигается заметная экономия топлива, снижается его износ и как следствие увеличивается ресурс.

Наиболее уязвимой частью такого вариатора является клиноременная передача, узел подвергается значительным нагрузкам. В настоящее время используются стальные конструкции, состоящие из пакета лент, между собой они соединяются пластинами сложной формы.

Передача усилия в таком случае происходит по всей площади контакта боковой поверхности ремня со шкивом за счет возникающего трения.

ремень вариатора

Устройство ремня вариатора

В другом варианте применяется стальная цепь, а вариатор по аналогии получил наименование клиноцепного. Каждое звено данной конструкции в своем составе имеет несколько пластинок, объединенных цилиндрическими втулками-осями, обеспечивающими минимальный радиус изгиба.

Передача усилия происходит за счет контакта боковой части цепи с рабочими поверхностями конусовидных дисков.

 

Малая площадь соприкосновения вызывает значительные нагрузки на детали, для изготовления которых применяется высокопрочная сталь. Вариатор клиноцепного типа обладает наибольшим КПД среди аналогичных конструкций.

С другой стороны его цена выше, нежели у клиноременного механизма из-за применения более дорогостоящих материалов.

как работает клиноцепной вариатор

Стальная цепь для вариатора

Автомобильные вариаторы в силу особенностей своей конструкции не могут обеспечить вращения в обратном направлении и соответственно заднего хода. Для решения данной задачи трансмиссия снабжается дополнительным механизмом, в большинстве случаев – это шестеренчатый редуктор планетарного типа. По принципу действия он совпадает с аналогичным устройством АКПП.

Тороидный

Такой механизм получил меньшее распространение, в основном его разработкой занимается японская компания Nissan. Оригинальный агрегат получил наименование Extroid и устанавливается он на ряде моделей автомобилей.

В устройстве тороидного вариатора имеются два соосных диска: ведущий и ведомый. В сечении они имеют форму равнобедренного треугольника, боковые стороны которого являются частью окружности.

как работает тороидный вариатор

Устройство тороидного вариатора

Между рабочими дисками находятся два ролика плотно прижатых  к ним своими боковыми поверхностями. Указанные элементы подвижны и могут изменять свое положение, синхронно раскачиваясь вокруг осей перпендикулярных к основному валу.

Передача усилия происходит через ролики за счет возникающей в зоне контакта силы трения. Изменение соотношения радиусов приводит к увеличению или уменьшению частоты вращения ведомого вала.

Компания Nissan спроектировала сдвоенную коробку, способную передавать усилие до 300 Нм. Это рекордный показатель для трансмиссий этого типа.

Вариатор с 1999 года устанавливается на ряд мощных заднеприводных моделей, выпускаемых для внутреннего рынка. Агрегат совмещен с планетарным понижающим редуктором, при больших скоростях передача крутящего момента происходит напрямую. В переднеприводных моделях коробка совмещается с дифференциалом и главной передачей.

Как пользоваться вариатором

Управление автомобилем, оснащенным данным видом трансмиссии, не представляет особой сложности. Последовательность действий водителя такая же, как и на автомобилях с автоматическими коробками переключения передач.

Вариатор управляется рычагом селектора, который имеет несколько основных положений. Они обозначены буквами латинского алфавита:

  • N – нейтраль ;
  • Р (parking) – парковка;
  • D (drive) – движение вперед;
  • R (reverse) — задний ход.

В некоторых продвинутых агрегатах имеется также и фиксированный режим, при котором передаточное соотношение остается неизменным. Он используется некоторыми водителями при разгоне из-за особенностей устойчивого стереотипа.

Вопрос «как пользоваться вариатором?» часто задается автолюбителями, впервые столкнувшимися с таким устройством. На деле все достаточно просто:

  • Водитель запускает двигатель и выжимает педаль тормоза.
  • На ручке селектора имеется кнопка блокиратора, которую необходимо утопить, и перевести рычаг в положение D.
  • Плавно отпускаем педаль тормоза и нажимаем акселератор.
  • Машина начинает движение и постепенно ускоряется, при этом обороты двигателя остаются неизменными.

В процессе движения водитель действует только педалями газа, ускоряя движение и тормоза, замедляя его. Никаких других манипуляций с вариатором в ходе поездки производить не нужно.

При кратковременных остановках достаточно просто выжать педаль тормоза. При более длительной стоянке с заведенным двигателем селектор переводится в положение паркинг.

Управление такой трансмиссией значительно проще, нежели механической коробкой передач.

Все изменения передаточного соотношения в вариаторе происходят автоматически под управлением электронного блока. Получить наглядный урок того, как пользоваться вариатором поможет видео ролик, приведенный в конце статьи.

Как показывает практика, быстрее осваиваются с вариатором водители, имеющие опыт управления автомобилями с АКПП и, как это ни странно, новички. Тем, кто ездил исключительно на машинах с механическими коробками, требуется некоторое время, чтобы отучиться от прежних привычек переключения передач.

Плюсы и минусы

Несмотря на сложность конструкции и дороговизну, данный тип трансмиссии получает все большее распространение. Как и любое другое устройство, вариатор имеет определенные плюсы и некоторые минусы.

Для более точной оценки механизма следует определиться с критериями, а лучше проанализировать достоинства и недостатки в сравнении с другими наиболее близкими по функциям механизмами.

Основные плюсы вариатора:

  • Непрерывность потока мощности, передаваемого от двигателя на ведущие колеса.
  • Плавное без толчков и рывков изменение передаточного соотношения.
  • Возможность обеспечения оптимального режима работы двигателя.
  • Низкий уровень шума от работающего механизма, слегка изменяющееся характерное жужжание.
  • Уменьшение расхода топлива.
  • Максимальная оптимизация нагрузок на силовой агрегат и другие элементы привода.

С другой стороны, вышеперечисленные достоинства достигаются за счет высокой сложности механизма и наличия целого ряда устройств, обеспечивающих его работу.

Это влечет за собой удорожание конструкции и увеличение эксплуатационных расходов. В вариаторы заливаются специальные трансмиссионные технические жидкости, которые обеспечивают охлаждение деталей и удаление продуктов износа из рабочей зоны.

Что лучше: вариатор или автомат?

При выборе автомобиля оцениваются его технические и эксплуатационные характеристики. Наиболее близкими по своим возможностям являются вариаторы и автоматические коробки переключения передач.

Чем вариатор отличается от автомата

Автомат и вариатор в чем разница

Сравнивая эти типы трансмиссий, специалисты обращают внимание на целый ряд особенностей каждого из названных механизмов.

Выбирая между коробкой автоматом или вариатором, учитываются их плюсы и минусы.

АКПП – более распространенный вид трансмиссии с отлаженным сервисом и достаточно высокими параметрами.

Видео — сравнение разных видов трансмиссий:

Вариатор обеспечивает максимально благоприятные условия для работы двигателя и  отличную динамику при разгоне. Не происходит переключения передач и разрыва потока мощности.

Общее потребление топлива при этом на 10 -15 % ниже, нежели у автомобиля равного по мощности с автоматической коробкой. В условиях постоянного роста цен на топливо, это обстоятельство становится достаточно весомым аргументом в пользу CVT.

Платой за это является высокая сложность агрегата и, как следствие, большие затраты на его техническое обслуживания. В нашей стране сервис для такого рода трансмиссий практически отсутствует, а цены на запасные части довольно высокие.

Отдельный разговор об эксплуатационных жидкостях, в агрегат заправляется от 8 до 10 литров специального и довольно дорогостоящего масла.

Выбирая между автомобилем с вариатором или автоматом, следует учитывать достоинства и особенности той и другой трансмиссии.

CVT имеет лучшие технические характеристики, нежели АКПП, а с другой стороны, регламентное обслуживание и ремонт его обходятся достаточно дорого. Вариатор имеет значительный потенциал для дальнейшего развития с учетом внедрения новых перспективных технологий.

Чем вариатор отличается от автоматаЕсли заметили, что пинается АКПП, причины могут быть разные. Желательно выполнить диагностику.

Как расшифровать VIN код можно прочитать здесь. Расшифровка дает много информации об автомобиле.

Что делать, если запотевают фары — https://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/voditelyam-novichkam/zapotevayut-fary-chto-delat.html

Видео о различных видах трансмиссий (МКПП, АКПП, робот, вариатор), их плюсах и минусах:

Может заинтересовать:

Чем вариатор отличается от автомата
Сканер для самостоятельной диагностики автомобиля

Добавить свою рекламу

Чем вариатор отличается от автомата
Как быстро избавиться от царапин на кузове авто

Добавить свою рекламу

Чем вариатор отличается от автомата
Что дает установка автобаферов?

Добавить свою рекламу

Чем вариатор отличается от автомата
Зеркало видеорегистратор Car DVRs Mirror

Добавить свою рекламу

Что такое трансмиссия вариатор? Принцип работы и эксплуатация

Вариатор — бесступенчатая трансмиссия автомобиля с внешним управлением, которая позволяет автоматически изменять передаточное число, выбирая оптимальное согласно нагрузке и оборотам двигателя, тем самым эффективно используя мощность. Получили распространение два вида вариаторов: клиноременной и тороидный.

Устройство и принцип работы
Клиноременной вариатор состоит из нескольких (одной или двух) ременных передач, где шкивы образованы коническими дисками, за счет сдвигания и раздвигания которых изменяются диаметр шкивов и, соответственно, передаточное число. Разные фирмы разработали свою конструкцию клиноременного вариатора, в трансмиссии Multitronic вместо ремня применяют цепь, а Honda ставит набранный из металлических пластин ремень, но принцип не меняется. Почему клиновидный ремень? Ремень в разрезе имеет трапециевидную форму и «вклинивается» в шкив своими боковыми поверхностями. При износе этих поверхностей, благодаря своей форме, он врезается глубже в шкив и все равно остается в хорошей сцепке с ним.

Для трогания автомобиля с места используется обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.

Как изменяется передаточное число? Устройство ведущего шкива таково, что его щеки при воздействии центробежных сил плавно сжимаются и выталкивают клиновидный ремень все дальше от центра шкива. Ведомый шкив при этом наоборот, разжимается, и ремень на нем плавно утопает все ближе к центру шкива. Чем больше обороты двигателя — тем больше сжимается ведущий шкив и разжимается ведомый, тем самым меняя передаточное число от коленвала к заднему колесу. Этот процесс хорошо виден на рисунках:

Двигатель не запущен

Малые обороты двигателя

Средние обороты двигателя

Максимальные обороты двигателя

Положения клиновидного ремня в разрезе на ведущем шкиве (слева) и ведомом (справа) при разных режимах работы двигателя.

Иначе устроен тороидный вариатор — он состоит из соосных дисков и роликов, передающих момент от одного диска к другому. Для изменения передаточного числа меняются положение роликов и их радиусы, по которым ролики обкатывают диски. И поскольку все усилие сосредоточено в пятне контакта, то для поворота роликов должны использоваться особые устройства, способные преодолевать силу прижатия ролика к диску.

Недостатки и достоинства
Слабыми местами автомобильных вариаторов являются: для клиноременного — ремни, для тороидного — пятно контакта диска и ролика, где сила давления достигает 10 тонн. Поэтому применяются специальные высокотехнологичные материалы, что делает надежность вариаторов высокой, близкой к надежности коробок «автомат».

Из-за нагрузок на ремень или пятно контакта вариаторы не могут работать с двигателями большой мощности и на автомобилях для перевозки грузов. Если для грузовиков вариаторы непригодны, то для легковых машин приемлемы, и здесь у бесступенчатых трансмиссий будущее, тем более технологии не стоят на месте.

Если сравнить динамические характеристики автомобилей, оснащаемых вариатором, может возникнуть недоумение — почему на одном и том же автомобиле разгон с вариатором происходит медленнее, чем с механической коробкой? Все дело в привычке — многие недовольны, что машина с вариатором «все время ноет на одной ноте». Большинство привыкли к нарастающему шуму мотора и фирмы идут клиентам навстречу, специально настраивая электронный блок управления трансмиссией. На самом деле, при нормальной настройке блока разгон происходит быстрее.

Вариаторы являются продвинутым типом трансмиссии по сравнению с автоматическими коробками. Это проявляется в лучшей динамике, меньшем расходе топлива, более плавной езде. В то же время, вариаторы проще по конструкции.

Эксплуатация вариатора
Вариаторы спокойно переносят езду по бездорожью, как и классический автомат. Если его целенаправленно не гробить, то прослужит долго. На долголетие вариатора сказываются две вещи: манера вождения и своевременная замена масла. Регламентированная замена жидкости при эксплуатации в тяжелых условиях (постоянна езда в горах, с высокой скоростью или с прицепом) осуществляется через 60-80 тысяч км. В обычных условиях оно рассчитано на весь срок службы. У многих авто фирменная «трансмиссионка» рассчитана строго на 60 тысяч километров.

Если появились подергивания при переводе рычага селектора в позицию D, а также ощутимые задержки при старте, «тупизна» во время движения и «зависание» при разгоне, то следует готовиться к ремонту вариатора (или в запущенных случаях — замене на новый агрегат). Если вариатор замер на одном передаточном отношении — то требует замены шаговый мотор. А если отказываются переключаться передачи — то виноват соленоид блокировки селектора или сам селектор.

Следует учитывать, что даже при бережном обращении с вариатором, примерно через 120-150 тысяч километров пробега потребует замены толкающий ремень. Стоимость его не маленькая, но если проигнорировать его замену, то он может полностью «убить» корорбку. Поэтому содержание вариатора после 5 лет эксплуатации обходится недешево.

Вариаторы

Вариаторы, укомплектованные общепромышленными асинхронными электродвигателями, получили название мотор-вариаторов. Они могут оснащаться и другими двигателями, например, с независимой вентиляцией, с переменным числом полюсов или со встроенным тормозом. По желанию заказчиков мотор-вариаторы могут доукомплектоваться цилиндрическими, червячными или другими редукторами со стандартным входным фланцем и полым валом. Применяемые схемы сборки «мотор – вариатор – редуктор» обеспечивают высокие крутящие моменты вала при одновременном регулировании скорости вращения.

В отличие от других вариаторов, передаточное отношение мотор-вариаторов можно изменять и на остановленном двигателе, а длительный режим работы при постоянном передаточном отношении не вызывает износа рабочих поверхностей на фрикционной паре, из-за отсутствия скольжения в зоне контакта.

Вариаторы соединяются с электродвигателями при помощи фланцев, а с редукторами или иными механизмами с помощью муфт.

Вариаторы хорошо себя проявили в машиностроении, строительстве и металлургии в ленточных, цепных, роликовых конвейерах, в пищевой промышленности, в подъемных устройствах, в экструдерах, приводах транспортировочных тележек, приводах летучих пил и ножниц, приводах поворотных механизмов и ходовых винтов.

Выгода от применения современных вариаторов заключается в их минимальном износе и отсутствии необходимости в дорогостоящих механизмах и элементах приводов, благодаря плавному изменению передаточного отношения. Реально существующая необходимость перехода экономики России на технологическую базу с достаточной эффективностью подтверждает готовность внедрения новых инновационных проектов, стимулирующих развитие новых ресурсосберегающих технологий. Их реализация приведёт к значительному снижению затрат на металл (за счет компактности конструкций разрабатываемых вариаторов) и на энергию, затрачиваемую на производство единицы продукции, и обеспечит производство конкурентоспособных вариаторных устройств нового поколения.

Как правильно ездить на вариаторе?

Первый автомат для переключения передач, признанный впоследствии классическим, имел гидромеханическую конструкцию. За короткое время возможность ездить с простым управлением сделала их весьма популярными. Это привело к интенсивным разработкам новых конструкций автоматических передач. Одним из самых серьезных конкурентов для гидромеханической схемы стала коробка с вариатором (CVT).

Эксплуатация и обслуживание вариатора автомобиля

CVT – это бесступенчатая трансмиссия, которая не имеет фиксированных передаточных отношений, как это предусмотрено в других типах АКПП. Бесконечное число передач делает переключения практически незаметными и исключает резкое снижение или повышение мощности. Простая, по сравнению с классикой, конструкция стоит дешевле, что заметно отражается на стоимости автомобиля в целом.

Однако, как показала практика, вариаторные АКПП имеют сравнительно небольшой эксплуатационный ресурс из-за своих конструктивных особенностей. Они не способны долго работать в условиях высоких силовых и ударных нагрузок. Поэтому соблюдение условий правильной эксплуатации CVT при управлении транспортным средством является обязательным и обеспечит более длительную работу этого важного узла.

Правила эксплуатации и вождения автомобиля с установленным вариатором

Конструкция вариаторов крайне чувствительна к качеству и чистоте масла в коробке. Смазочный материал не должен способствовать проскальзыванию передаточного ремня и одновременно обязан обеспечить качественную смазку узлов и деталей. Рекомендации производителей в большинстве случаев предписывают замену масла в АКПП через 50–60 тыс. км. Однако опыт эксплуатации автомобилей с вариатором показал, что эти сроки необходимо сокращать в полтора-два раза. Поэтому уже через 30 тыс. км необходимо проверить вариатор на состояние масла.

Во время вождения следует избегать резких разгонов и резкого торможения. В этих случаях быстрое перемещение шкива может привести к образованию задиров и других механических повреждений. Агрессивный стиль значительно сокращает продолжительность эксплуатации CTV, а ремонт и восстановление этого узла стоят недешево. В целом АКПП с вариатором достаточно надежны. Следует только помнить: чтобы коробку эксплуатировать правильно, необходимо пользоваться автомобилем только при условии спокойного движения с плавным разгоном и торможением.

Режимы включения вариатора

Включение режимов работы автоматической трансмиссии осуществляется переводом рычага выбора режима в определенное положение, которое обозначено латинской буквой или особым значком. Полный список таких обозначений включает:

Селектор АКПП

  • D (drive) – движение вперед;
  • R (reverse) – движение назад;
  • P (park) – парковочная блокировка, при которой колеса блокируются не стояночным тормозом, а через АКПП;
  • N (neutral) – нейтральный режим для кратковременной парковки или буксировки на небольшое расстояние.

Возможные дополнительные значки:

  • L (low) – движение на пониженной передаче в сложных условиях бездорожья;
  • S (sport) – спортивный стиль вождения при ускоренных переключениях;
  • E (economy) – режим экономного расхода топлива;
  • M (manual) – ручное управление работой АКПП.

После отключения автомата следует перевести переключатель на рукояти в положение «1», «2» или «3», которое соответствует максимально разрешенной передаче.

Движение вперед

Перевод рычага переключения режимов в положение «D» обеспечит движение автомобиля вперед после нажатия на педаль газа. Во время поездки вариатор будет самостоятельно изменять передаточное отношение в зависимости от нагрузки и оборотов двигателя. Эффективную работу АКПП и мотора обеспечивает система электронного контроля.

Задний ход

Конструкция коробки переключения передач с вариатором не предусматривает возможности обратного вращения ведомого вала, который приводит в движение колеса. Задний ход автомобиля обеспечивается за счет передачи вращения на дополнительные механизмы. Поэтому переключение селектора в положение «R» можно делать только после полной остановки транспортного средства.

Нейтраль

Перевод ручки селектора в положение «N» разъединяет двигатель и АКПП. Переключение в эту позицию целесообразно только в случае продолжительной остановки, а также в момент запуска двигателя. Не рекомендуется переход на нейтраль при движении накатом с горки и при кратковременном прекращении движения.

Стояночная парковка

При этом положении селектора ведомый вал АКПП блокируется выдвигающимся штифтом. Колеса не проворачиваются, и автомобиль фиксируется на месте. Однако нужно использовать и стояночный тормоз, чтобы исключить нагрузку блокиратора при наличии склона. Для того чтобы исключить случайный перевод рукояти в положение «P», стояночное переключение можно выполнить только при нажатой педали тормоза.

Ручное управление

Конструкция вариатора не предусматривает наличие передач с фиксированным соотношением. Поэтому движение машины на ручном управлении является всего лишь условной имитацией ступенчатых переключений. При этом электроника все равно будет отслеживать обороты двигателя и при критических показателях переключать передачи автоматически. Это необходимо для защиты вариатора от непредвиденных перегрузок.

Дополнительные режимы

Наличие дополнительных режимов работы двигателя и вариатора определяется производителем конкретной марки автомобиля.

Их делают для возможности обеспечения наиболее оптимальной эксплуатации в особых условиях движения.

  1. Спортивный стиль вождения «S» обеспечивает резкие старты и торможение. Это достигается уменьшением скорости переключений вариатора, что приводит к кратковременному увеличению оборотов двигателя при большей тяге.
  2. Экономичный режим «E» является полной противоположностью спортивному стилю. Вариатор настроен на максимально возможное взаимодействие с приводом силового агрегата. Плавная работа двигателя без нагрузок позволяет существенно сократить расход топлива.
  3. Режим «L» рассчитан на эксплуатацию автомобиля в сложных условиях бездорожья. Вариатор использует только пониженные передачи и переключается на более высоких оборотах двигателя.

Износ АКПП в режиме «L» на критическом уровне, но случаются ситуации, когда другое движение просто невозможно.

Начало движения и особенности управления

Возможность максимально продолжительной эксплуатации вариатора можно обеспечить только при условии соблюдения спокойного стиля вождения машины. Агрессивный пилотаж с резкими стартами и таким же торможением гарантированно приведет к преждевременному износу шкивов. Вариатор не способен долго работать при таких высоких нагрузках, которые спокойно выносит классическая АКПП с шестеренчатыми передачами. При этом степень износа прямо пропорциональна количеству резких изменений режимов.

Следует отказаться от продолжительного движения на предельно высоких скоростях. Большая скорость вращения валов способствует сильному износу подшипников и вызывает перегрев шкива, на котором могут образоваться задиры и другие механические повреждения.

Эксплуатация в холодное время года

При отрицательной температуре воздуха перед началом движения двигатель с вариатором необходимо обязательно прогревать. Холодное застывшее масло не обеспечивает нормального распределения, и часть деталей просто не смазывается, а значит, подвергается усиленному износу. Для ускорения процесса прогрева можно перевести вариатор в положение «N». Работа на нейтрали способствует нагреву муфты сцепления и поступлению большего количества тепла в зону вариатора.

Движение можно начинать только в том случае, если вы точно уверены, что двигатель и АКПП прогрелись до необходимого состояния. Первый километр пути рекомендуется проехать в спокойном стиле на небольшой скорости и ни в коем случае не буксовать на снегу или льду. За это время все узлы двигателя и коробки прогреются окончательно. Повышенный расход топлива на малых скоростях полностью компенсируется продолжительной работой АКПП без замены на новую.

Во время морозов ниже -35 °C эксплуатировать машину с CVT не рекомендуется.

Время прогрева двигателя при температуре воздуха -20 °C должно быть не менее получаса. Сегодня некоторые европейские модели имеют в своей конструкции систему поддержки рабочей температуры за счет электроподогрева. При этом подача тока к греющим ТЭНам может осуществляться от обычной розетки 220 В.

Основные ошибки при езде на вариаторе

Неправильный стиль вождения автомобиля с вариаторной коробкой обходится слишком дорого из-за необходимости преждевременной замены АКПП. Большинство изготовителей гарантируют нормальную работу вариатора до 200 тыс. км пробега. Однако нарушение рекомендуемых правил эксплуатации может сократить этот ресурс в 2–3 раза.

Резкий разгон и высокая скорость

Вариатор удобен в эксплуатации, обеспечивает плавное незаметное переключение передач и предназначен для водителей, предпочитающих спокойный стиль вождения. Резкие старты приводят к проскальзыванию шкива или цепных конструкций, что влечет за собой их перегрев и механическое повреждение. К такому же результату может привести и многократное резкое торможение. При длительном движении на скоростях, близких к максимальным, происходит интенсивный нагрев подшипников и всей конструкции CVT. Поэтому нормальная скорость не должна превышать 2/3 от предельной и увеличиваться только на момент обгона.

Движение по бездорожью

Сложные условия передвижения при отсутствии дороги с твердым покрытием создают вероятность пробуксовки колес с резким увеличением оборотов двигателя. Происходит то же самое, что и при резком старте с места, а следовательно, шкив быстро нагревается и изнашивается. Поэтому скорость автомобиля с вариатором в условиях бездорожья должна быть минимальной. Это позволит избежать пробуксовки и увеличить ресурс АКПП.

Транспортировка прицепов и автомобилей

Изготовители машин с коробками CVT не запрещают использование прицепов, но в инструкциях по эксплуатации часто можно прочитать дипломатичную фразу о том, что этот автомобиль предназначен для перевозки людей и багажа. Проблема буксировки прицепа заключается в том, что на силовой агрегат и АКПП при разгоне и торможении начинают действовать серьезные дополнительные нагрузки. Поэтому в той же инструкции производитель пишет: «Скорость движения при буксировке прицепа не должна превышать 70 км/час по городу и 90 км/час за его пределами». Кроме этого, приобретая прицеп, посмотрите в технических характеристиках вашей машины допустимую массу автомобиля. Загруженный прицеп вместе с авто не должен превышать этой величины.

Все вышесказанное относится и к случаю, когда приходится буксировать другую машину на тросе.

Буксировка автомобиля с вариатором

При невыполнении определенных правил буксировка может стать причиной серьезной поломки. Если же требуется транспортировка машины с CVT, то сразу вызывайте эвакуатор. Тащить вариатор на буксире крайне нежелательно.

В исключительных случаях, когда нет возможности воспользоваться эвакуатором, разрешается буксировка на расстояние не более 50 км, при соблюдении следующих пунктов:

  1. Двигатель автомобиля должен быть в заведенном состоянии.
  2. Ручка селектора переведена в положение нейтраль «N».
  3. Буксировка выполняется на скорости не более 50 км/ч.

Допускается буксировка заглохшего автомобиля с вариаторной АКПП, когда ведущие колеса погружены на подвижную платформу.

Обслуживание вариатора

Все мероприятия по ТО автоматических коробок переключения передач CVT заключаются в своевременной замене масла. Производители автомобилей очень часто завышают сроки, доводя их до критических отметок. Прочитайте инструкцию по эксплуатации и сократите сроки периодического ТО как минимум на треть.

Подведем итоги

АКПП с вариатором в целом надежное и удобное устройство, обеспечивающее удобное управление автомобилем, но требующее соблюдения определенных условий эксплуатации.  На продолжительность рабочего ресурса этого узла влияют такие факторы, как обеспечение своевременного обслуживания, стиль вождения, хороший прогрев перед началом движения в холодное время года. Никогда не следует резко увеличивать обороты двигателя. Это приводит к быстрому износу деталей коробки. Замена вариатора обходится недешево, поэтому такие автомобили не предназначены для любителей агрессивного стиля вождения.

Этот страшный вариатор – мифы и правда о бесступенчатых коробках

 «Слушай, а не страшно брать, с вариатором-то?» – все время спрашивают те, кто собрались покупать подержанный Nissan Qashqai или, скажем, Audi A5. Бесступенчатых трансмиссий боятся… Справедливо ли? Все зависит от конкретного типа коробки – «вариантов вариатора» очень много.

История часто несправедлива в отношении вариатора. То это перспективная трансмиссия, то символ дешевой и неудачной автоматической КПП… После выпуска первых легковушек DAF 600 с вариатором и попыток применения аналогичных конструкций с ремнями на машинах Вольво прошло уже более тридцати лет, и изящная идея все еще пытается обрести столь же изящное техническое воплощение.

За прошедшие годы вариаторы из экзотики превратились во вполне себе обычный тип «автомата», особенно на японских машинах, успев пережить несколько кризисов, набирая и теряя баллы репутации и претерпев несколько крайне значительных изменений конструкции. Причем сейчас в серийном производстве присутствуют все они вместе взятые. Обычно вопрос «что выбрать» не стоит выбора типов трансмиссий на одной модели машины нет, максимум можно выбирать между механической КПП и вариатором (редкие исключения только подтверждают правило), но этот материал будет полезен для понимания того, с чем придется столкнуться в процессе эксплуатации.

Принципиальная конструкция


Напомню, что суть вариаторной трансмиссии довольно проста. Передаточное отношение меняется в определенном диапазоне плавно, без ступеней, при этом обороты мотора могут находиться в оптимальной зоне для данного режима движения, что повышает экономичность и улучшает тяговые возможности машины. Это в теории.

На практике же различные конструктивные исполнения могут иметь множество недостатков, порой перечеркивающих их достоинства. Есть несколько способов передавать крутящий момент, плавно меняя передаточное отношение. Самый простой и очевидный способ – это передача момента ремнем через шкивы, диаметры которых постоянно изменяются. Конструкции такого рода были известны с древности – обычный кожаный ремень мог двигаться по коническому шкиву, удерживаемый от сползания роликом натяжения.



Диаметр второго шкива при этом оставался неизменным или же, как и в современных конструкциях, шкивы были сложными и составными, а ремень просто зажимался с боков – с одной стороны пружиной внутри шкива, обеспечивающей натяжение, а на другой шкив мог регулироваться. Последняя конструкция ближе всего к существующим поныне автоматическим трансмиссиям.

Старинный вариант

Предприятие братьев Ван Дорн, входившее в промышленную империю DAF, использовало простую схему с тянущим мягким ремнем – но уже не кожаным, а металлокордным – для своих легковушек. После покупки DAF компанией Volvo схему попытались применить на более крупной машине – Volvo 340, но не очень удачно. Трансмиссия получилась очень большой, заняв много места в багажнике, – у машины была схема трансэксл, когда двигатель расположен спереди, а КПП – на заднем мосту. Открыто расположенные шкивы загрязнялись, а ремни пробуксовывали, растягивались и горели. Опыт был признан неудачным.



Впрочем, сама конструкция не исчезла. Не пригодившись на автомобилях, она завоевала себе место под капотом мотороллеров и снегоходов, вполне соответствуя применению этих транспортных средств. С меньшим крутящим моментом она прекрасно справлялась, недорогой тянущий ремень можно было менять раз в сезон, а то и чаще, эта простая операция не требовала серьезных затрат, а малая масса и простота обеспечила самое широкое распространение. В общем, обычная схема с тянущим ремнем жива и поныне. Причем чувствует она себя очень уверенно, ни о какой замене на сложные наборные ремни или цепи речи даже не идет.

Варьируем материал ремня

Вариаторы, столь успешно прижившиеся в мототехнике, на машинах долгие годы не применялись, но простота и удобство схемы не давали конструкторам покоя. Основные проблемы были уже давно выявлены – при хорошем динамическом диапазоне такой АКПП ей все же очень мешали снижение КПД при крайних передаточных отношениях (когда разница между диаметрами ведущего и ведомого шкивов становилась слишком большой) и большая нагрузка на ремень при этом.

Сильно улучшило позиции вариатора изобретение компанией братьев Ван Дорн наборного стального ремня. Конструкция его состояла из нескольких несущих стальных лент-ремней и перпендикулярно нанизанных на них стальных пластин сложной формы, позволяющей передавать вращение со шкивов.


002.jpg

Для трогания с места предусматривалось обычное фрикционное сцепление (как на «механике»), а для расширения динамического диапазона и заднего хода еще и планетарная передача, знакомая по классическим АКПП. Поначалу вариаторы оснащались еще и повышающими редукторами для снижения передаваемого момента, но серийные конструкции были устроены уже немного проще.

Ресурс таких конструкций возрос до вполне приемлемых 80-120 тысяч километров пробега, но недостатков хватало. И в первую очередь не хватало надежности в работе. Особого распространения схема не получила, так как дальнейшее небольшое усовершенствование схемы работы ремня значительно улучшило характеристики трансмиссии.

Основные недостатки касались вибраций и (все еще) крайних передаточных отношений. При минимальном диаметре одного из шкивов ремень на нем сильно изгибался и к тому же пробуксовывал из-за недостаточной площади соприкосновения. Любые рывки тяги провоцировали пробуксовку еще сильнее. Пробуксовка быстро изнашивала ремень и шкивы. Возникающие при пробуксовке вибрации попутно вредили трансмиссии и снижали комфорт. В результате даже такая усовершенствованная конструкция применялась только на малолитражных машинах. Наиболее популярная из них – это Nissan Micra K11, дебютировавшая в 1992 году.


nissan_micra_5-door_1.jpeg

На фото: Nissan Micra K11


Тянущий вариант и гидротрансформатор

Исправить ситуацию помог гидротрансформатор вместо фрикционного сцепления и изменение схемы работы ремня. «Бублик», который был задействован при трогании машины, позволял избежать рывков тяги, а заодно и облегчить старт. А значит, можно было ограничиться меньшим передаточным отношением при трогании и заодно снизить вероятность пробуксовки из-за смягчения рывков ГТД.



Второе важное новшество – применение так называемого «толкающего ремня». В этом случае крутящий момент передавался не на той ветви ремня, что тянул ведущий шкив, а на той, что он толкал. Стальные бандажи, основа ремня, не испытывали больше нагрузки на растяжение, а все усилие передавалось через пакет пластин.

Это нововведение уменьшило износ ремня и улучшило условия его работы. А все вместе позволило применять вариатор на весьма мощных моторах. Изначально моторы 1,6 литра были пределом, но сейчас аналогичные конструкции применяют уже и на моторах 2,5, а то и 3,5 литра. Например, так устроены самые распространенные конструкции вариаторов Jatco, применяемые на многих японских машинах, например, бестселлерах Nissan Qashqai и X-Trail, а за ними – Renault Megane и Fluence, Mitsubishi Outlander и ASX…


Jatco_JF011E.jpg

На фото: вариатор Jatco jf011e


Путь от первых конструкций, на первый взгляд, не так уж велик… Но на деле в эти годы шла долгая кропотливая работа по улучшению вариатора такой схемы, позволившая сделать его весьма надежным, простым в эксплуатации и ремонте, сохранив при этом относительно недорогую конструкцию.

Вариации на тему

Схема с толкающим ремнем на слабых моторах может применяться и без ГТД, что демонстрируют вполне неплохие конструкции на некоторых китайских машинах. Простого сцепления хватает для обеспечения нужных характеристик, пусть и машины с упрощенными трансмиссиями едут уже не столь хорошо. Зато цена совсем невелика, а конструкция даже проще, чем у иной «механики». Собственно, один из первых удачных вариаторов с толкающих ремнем на Subaru Justy был устроен именно так.


subaru_justy_5-door_6.jpeg

На фото: Subaru Justy


Вариант с цепью

Использовать вместо ремня цепь кажется очень разумной затеей. Благо вариант это проверенный, роликовая цепь давно заменила ременную передачу там, где возможностей ремня уже не хватало, в тех же мотоциклах или промышленных передачах. Вот и в вариаторах цепь пришла на смену ремню, когда показалось, что тянущий ремень уже не справляется.

Разумеется, у вариаторов нет зубцов для зацепления, так что мощная пластинчатая цепь просто зажимается с боков шкивами. Серьезными преимуществами являются меньший возможный радиус закругления и большая прочность на сжатие. Да и растяжение цепи зависит в основном от износа в ее подшипниках, а значит, теоретически есть возможность сделать ее очень ресурсной, ограниченной только по износу контактных площадок.


GAZ_2daee44984fa44ccb528a98705143ebf.jpg

В результате вариатор с цепью может быть заметно прочнее, меньше боится пиковых нагрузок и позволяет расширить динамический диапазон трансмиссии. Есть и экспериментальные конструкции, где один из шкивов зубчатый, а натяжение обеспечивается дополнительным роликом, но в серийном производстве пока господствует более компактная схема с двумя подвижными шкивами и передачей момента простым фрикционным зацеплением.

Конструкция с тянущей цепью была успешно реализована компанией Volkswagen в сотрудничестве с LuK для машин с продольным расположением двигателя в конце девяностых годов и применяется вплоть до сегодняшнего дня. Речь идет о вариаторах Multitronic – они выдерживают крутящий момент до 310 Нм. Применение цепи позволило заметно поднять передаваемый момент, а все недостатки трансмиссии оказались конструктивными и мало связанными с самой схемой.



Разве что ресурс цепи получился сравнительно невелик, около 100 тысяч километров пробега, но с учетом относительно небольшой ее цены и простоты замены это можно считать вполне успешным результатом. Помощь в разработке цепи и шкивов оказывала компания LuK, она же предложила свои услуги компании Subaru, когда та решила создать свой клиноцепной вариатор Lineatronic.



Результат впечатляет, новая трансмиссия «переваривает» момент двухлитрового турбомотора и при этом умеет быть экономичной и спортивной одновременно. Без ГТД и тут не обошлось. Для Субару это не первый опыт работы с вариаторами, они были одними из пионеров внедрения вариаторов с толкающим ремнем, выпустив в 1984 году свой вариант ECVT для модели Justy, но от дальнейших разработок отказались, хотя первый опыт и был весьма успешным.

Вариации в форме тора

Европейские производители пошли по пути роботизации вальных КПП (Volkswagen DSG, Ford PowerShift и т.п.), а японские компании, объединив усилия, продолжают работу над вариаторами. Следующим шагом в развитии стал отказ от ремня и цепи при передаче крутящего момента в пользу трения шкивов.

Подобные конструкции применялись и ранее, но фрикционная передача с коническими валами и промежуточным роликом слишком громоздка для применения в автомобиле. Но на помощь пришла схема с тороидальными поверхностями, так называемый «тороидальный вариатор». В этом случае вращение передается с ведущего тороидального конуса на ведомый с помощью промежуточного ролика.

Хитрость конструкции в том, что расстояние между точками на прямой, пересекающей оси вращения промежуточного ролика и тороидальных поверхностей, всегда одинаковое. А значит, не нужна цепь – один ролик вращается, одним краем касаясь малого радиуса конуса, а другой – большого, обеспечивая изменение передаточного отношения. Нет ни цепи, ни ремня, при этом размер точки контакта невелик, но постоянен, контактные поверхности можно изготовить из твердых материалов, а роликов использовать несколько – для увеличения площади контакта.


Variator_C.PNG

На практике такую технологию применял только Nissan на своих вариаторах Extroid, ставившихся на ряд мощных моделей вроде не особо распространенных у нас на рынке Cedric и Skyline. На этом пока что все закончилось.

Тороидальные вариаторы выглядят сложнее традиционных – приходится использовать две последовательных передачи для обеспечения нужного динамического диапазона. Проблема в том, что из-за необходимости применять очень дорогой и износостойкий материал для роликов, трансмиссия оказалась дорогой, сопоставимой по цене с традиционными АКПП с «бубликом» и планетарными редукторами.

Впрочем, прогресс не стоит на месте, и очень возможно, что у перспективного Extroid появятся более доступные наследники.


Nissan_CVT.jpg

На фото: вариатор Nissan Extroid


Варианты без трения

Сейчас все серийные конструкции вариаторов передают крутящий момент за счет трения в зоне контакта цепи, ремня или роликов, но уже существуют наработки, позволяющие отказаться от передачи трением и воспользоваться возможностями зубчатого зацепления, а значит, повысить КПД и уменьшить износ рабочих элементов конструкции. Причем они есть как для конструкций с цепью, так и для тороидальных вариаторов.

Особый профиль зубьев позволит уменьшить давление в точке зацепления и при этом иметь возможность так же плавно менять передаточное отношение. Вариаторы с цепью и дополнительным натяжным роликом уже сейчас могут обеспечить отсутствие проблем с КПД у передачи в одном из крайних положений валов, но этого недостаточно, чтобы получить преимущество перед более компактными схемами с двумя раздвижными шкивами. До практического применения этой схемы, впрочем, дело пока что не дошло – только до опытных моделей и теоретических изысканий.

В частности, в прошлом году патент на зубчатый вариатор с постоянным зацеплением оформил профессор К.С. Иванов из Казахского института механики и машиностроения. Возможно, именно этот вариант и есть будущее бесступенчатых трансмиссий.


Pic.3,1 (1).jpg Pic.4,1.jpg

На фото: зубчатый вариатор К.С. Иванова, фото: sovmash.com

Что дальше?

В общем и целом у вариатора есть куда развиваться помимо банального улучшения износостойкости ремня, цепи и конусов у классических конструкций и усовершенствования поверхностей торов и роликов у тороидальных. Теоретически это один из самых перспективных видов трансмиссий для ДВС, и исчезнет он, наверное, вместе с самим ДВС, в результате постепенного отказа от ДВС как основного двигателя и перехода на электрическую тягу.


Читайте также:


Уникальная новинка на рынке силового электропривода / Статьи и обзоры / Элек.ру

Технический прогресс в области силовой электроники, микропроцессорных систем управления и высокоэнергетических магнитных материалов привел к тому, что современный электропривод по энергетическим характеристикам вплотную приблизился к теоретическому максимуму, определяющемуся конструкцией электрических машин. Привод без регулирования скорости или с неэкономичными способами регулирования уступает место приводам с частотным регулированием, которые обеспечивают высокий КПД в широком диапазоне работы. Казалось бы, прогресс механических элементов систем привода замедлился? Тем не менее, существует ряд областей применения, в которых не представляется возможным рациональным образом использовать электродвигатель и редуктор с постоянным передаточным отношением:

  • Приводы с очень высокой кратностью пускового момента.
  • Приводы с очень высокими кратковременными перегрузками, допускающие снижение скорости (мягкую характеристику).
  • Приводы с высокоинерционной нагрузкой.

В перечисленных случаях электропривод с постоянным передаточным отношением редуктора не может быть оптимизирован сразу для всех режимов работы. Как правило, при проектировании таких приводов электродвигатель и редуктор подбирают под максимальный крутящий момент нагрузки, а в основных рабочих режимах привод существенно недоиспользуется по мощности. Масса, установленная мощность, а значит, и стоимость всех компонентов электропривода с постоянным передаточным отношением редуктора растут вместе с повышением перегрузочной способности. Пусковой и критический моменты асинхронного электродвигателя, как правило, не превышают номинальный более, чем в 1.5-2 раза. Электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением, современные синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, а также вентильно-индукторные электродвигатели обладают несколько более высокой перегрузочной способностью.

Ротор электродвигателя в составе привода, работающего на высокоинерционную нагрузку, в процессе пуска длительно разгоняется вместе с приводимым механизмом. Время разгона механизма при постоянном передаточном отношении редуктора больше, чем можно было бы обеспечить, заменив редуктор вариатором, способным непрерывно изменять передаточное отношение в процессе разгона.

Наиболее распространенные дисковые планетарные вариаторы имеют ограниченное применение в силу ряда недостатков. Несмотря на то, что диапазон регулирования передаточного отношения может достигать 6, перегрузочная способность таких вариаторов, то есть отношение максимального выходного крутящего момента к номинальному, не превышает 2-3, причем КПД резко снижается с ростом нагрузки. Большинство существующих вариаторов имеет малую скорость регулирования передаточного отношения и не допускают его изменения в остановленном состоянии. Поэтому применение таких вариаторов ограничивается приводами с малым диапазоном регулирования скорости и момента.

Разработанный уникальный адаптивный дисковый планетарный вариатор конструкции д.т.н. проф. Н. В. Гулиа позволил создать принципиально новый класс электропривода, обладающий мягкой внешней механической характеристикой с очень высоким пусковым моментом (рис. 1), перегрузочной способностью и возможностью автоматического регулирования передаточного отношения при любых изменениях нагрузки. Конструкция вариаторов оптимизирована для достижения высокого КПД в широком диапазоне режимов работы. В отличие от зубчатых и червячных редукторов, вариаторы не имеют люфта и обладают функциональностью предохранительной муфты при перегрузке по выходному моменту. В приводах с высокоинерционной нагрузкой такие мотор-вариаторы обеспечат наименьшее время разгона до номинальной частоты по сравнению с любым другим типом привода равной мощности.

Внешняя механическая характеристика адаптивных вариаторов в сравнении с нынесуществующими конструкциями

Рис. 1 Внешняя механическая характеристика адаптивных вариаторов в сравнении с ныне существующими конструкциями

Производственная гамма в настоящее время представлена двумя основными типами адаптивных мотор-вариаторов:

Автоматический мотор-вариатор с прямым включением электродвигателя является недорогим решением и может применяться в нерегулируемом электроприводе, требующим мягкой механической характеристики с высокой перегрузочной способностью (до 9 раз). При этом двигатель подключается к сети напрямую, и не создает радиочастотных помех, свойственных приводам с преобразователями частоты.

Примеры использования: мешалки, дробилки, объемные насосы, различные подъемно-транспортные механизмы

Автоматический мотор-вариатор с частотным управлением электродвигателем может быть использован в системах регулируемого электропривода, требующего значительного диапазона регулирования, высоких динамических характеристик и очень большого пускового момента (до 12 раз превышающего номинальный). Датчик частоты вращения выходного вала обеспечивает возможность точного регулирования скорости привода.

Примеры использования: приводы конвейеров, различные подъемно-транспортные механизмы, системы следящего привода.

В таблице представлено сравнение разработанных адаптивных мотор-вариаторов с другими типами электропривода — асинхронным электроприводом с преобразователем частоты (далее ПЧ-АД) и планетарными дисковыми мотор-вариаторами с прямым включением электродвигателя в сеть.

Параметр Асинхронный электропривод с преобразователем частоты Планетарные дисковые мотор-вариаторы Адаптивные мотор-вариаторы
Диапазон принудительного регулирования скорости Значительный Средний Значительный
Пусковой момент Малый Средний Высокий
Динамическая перегрузочная способность Малая Средняя Высокая
Динамика регулирования Высокая Низкая Высокая
КПД в диапазоне регулирования и долговечность Очень высокие Низкие Высокие
Влияние на питающую сеть в пусковом режиме (пусковой ток) Низкое Высокое Низкое
Влияние на питающую сеть в номинальном режиме (электромагнитные помехи) Высокое Низкое Низкое
Масса и габариты (при равных величинах максимального момента и номинальной частоты вращения) Значительные Значительные Малые

Диапазон принудительного регулирования скорости. Во многих случаях требуется регулирование скорости электропривода. В системах, требующих «мягкой» механической характеристики (например, приводы мешалок и дробилок), могут применяться адаптивные мотор-вариаторы, скорость вращения которых при изменении нагрузки автоматически изменяется до 9..10 раз, при этом крутящий момент изменяется в обратной пропорции. В системах, требующих принудительного регулирования скорости в широком диапазоне, могут применяться адаптивные мотор-вариаторы с частотным регулированием. Диапазон регулирования скорости различных типов привода составляет:

  • ПЧ-АД: 1:100 и более.
  • Планетарные дисковые мотор-вариаторы: до 1:6.
  • Адаптивные мотор-вариаторы: до 1:8 (авторегулирование).
  • Адаптивные мотор-вариаторы с частотным регулированием: до 1:100.

Пусковой момент и динамическая перегрузочная способность. Во многих случаях нагрузка при пуске привода может значительно превышать номинальную, особенно в механизмах, эксплуатируемых на открытом воздухе в холодное время года. Динамическая перегрузочная способность определяет работоспособность привода при резком увеличении нагрузки. Современные преобразователи частоты обладают высоким быстродействием, но перегрузочная способность асинхронного электропривода все равно редко превышает величину номинального момента более, чем в 2 раза. Перегрузочная способность существующих вариаторов определяется моментом начала интенсивного проскальзывания фрикционных элементов, которое, как правило, наступает при нагрузке, в 2..3 раза превышающей номинальную. На малых передаточных отношениях перегрузочная способность падает до 1.5 от номинального момента, так как при пуске или резком повышении нагрузки система регулирования вариатора не в состоянии быстро увеличить его передаточное отношение. Адаптивный вариатор способен автоматически изменять передаточное отношение в зависимости от нагрузки, в том числе в остановленном состоянии, что совместно с перегрузочной способностью двигателя в кратковременных тяжелых режимах и при пуске обеспечивает максимальный момент, до 9..12 раз превышающий номинальный.

  • ПЧ-АД: 150..200% от номинального момента.
  • Планетарные дисковые мотор-вариаторы: 150..300% от номинального момента.
  • Адаптивные вариаторы: 900..1200% от номинального момента.

Динамика регулирования определяет способность привода быстро подстроиться под изменяющиеся условия работы: задаваемую скорость и момент нагрузки. Частотно-регулируемый привод и адаптивные мотор-вариаторы имеют наилучшую динамику регулирования, что делает возможным их применение в системах следящего привода и других случаях, требующих быстрого регулирования скорости. Существующие мотор-вариаторы с прямым включением электродвигателя регулируются путем воздействия на элементы вариатора и имеют крайне ограниченное быстродействие регулирования. Время регулирования по всему диапазону скорости (при малом моменте инерции нагрузки) для различных типов привода (мощностью 1.5 кВт) составляет:

  • ПЧ-АД: менее 1 с.
  • Планетарные дисковые мотор-вариаторы: более 200 с.
  • Адаптивные вариаторы: 1..2 с.

КПД в диапазоне регулирования и долговечность. В сравнении с существующими мотор-вариаторами, адаптивные приводы имеют более высокий КПД в широком диапазоне режимов работы за счет планетарной схемы, оптимизированного прижима фрикционных элементов и разгруженных от сил прижима опор. В режимах, близких к номинальным, адаптивные вариаторы обеспечивают КПД до 96%. В тяжелых режимах работы привода электродвигатель остается в номинальном режиме, сохраняя высокий КПД, что позволяет добиться минимального энергопотребления. В качестве смазочных материалов применяются специальные высокотяговые масла. Все эти факторы обеспечивают наивысшую долговечность адаптивных приводов по сравнению со всеми существующими мотор-вариаторами.

Влияние на питающую сеть в пусковом режиме (пусковой ток). При прямом пуске асинхронного электродвигателя, присоединенного к вариатору, пусковой ток в несколько раз превышает номинальный, причем с ростом момента инерции нагрузки негативное влияние на питающую сеть увеличивается. Разработанные мотор-вариаторы за счет адаптивной характеристики передаточного отношения обеспечивают быстрый переход электродвигателя в номинальный режим при пуске, что во многих случаях снижает пусковую нагрузку на сеть по сравнению с существующими мотор-вариаторами. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод, равно как и адаптивные мотор-вариаторы, не перегружают питающую сеть в процессе пуска.

Влияние на питающую сеть в номинальном режиме (электромагнитные помехи). Электроприводы, содержащие преобразователи частоты, являются источниками электромагнитных помех, которые могут нарушить работу различных электронных устройств. Однако, грамотный монтаж преобразователей, применение дросселей, экранированных кабелей и радиочастотных фильтров в значительной степени решают эту проблему.

Масса и габариты (при равных величинах максимального момента и номинальной частоты вращения). Для тяжелых условий работы, с высокими пусковыми и перегрузочными моментами электропривод подбирают по величине максимального момента. При этом в номинальном режиме работы привод оказывается существенно недогруженным по крутящему моменту и току. Применение адаптивных мотор-вариаторов в таких случаях позволит существенно уменьшить массу и габариты приводов. Примерные величины массы приводов различных типов (для величины максимального момента 150 Нм и номинальной частоты 1500 об/мин) составляют:

  • ПЧ-АД: 90 кг (двигатель и преобразователь частоты на 9 кВт)
  • Зарубежные мотор-вариаторы: 80 кг (двигатель на 6 кВт)
  • Адаптивные вариаторы: 20..25 кг (двигатель и преобразователь частоты на 1.5 кВт)

Внешняя механическая характеристика адаптивных вариаторов в сравнении с нынесуществующими конструкциями

Рис. 2

Существует ряд производственных механизмов с высоким приведенным моментом инерции и необходимостью частых пусков (конвейеры, центрифуги, приводы манипуляторов). Если допускаются повышенные ускорения, применение адаптивных мотор-вариаторов в подобных случаях позволит как минимум вдвое уменьшить время разгона до номинальной скорости, что повысит производительность механизма при той же мощности разгонного привода (рис. 2).

Таким образом, адаптивные мотор-вариаторы обладают комплексом уникальных потребительских свойств, которые позволят значительно снизить массу, металлоемкость и стоимость приводов, работающих в особо тяжелых условиях. Также адаптивные вариаторы могут быть применены в сочетании с редукторами любого типа для получения необходимых механических характеристик привода.

Д.т.н., профессор
Гулиа Нурбей Владимирович

Инженер
Давыдов Виталий Владимирович

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о