Коробка передач гидравлическая: Гидромеханическая коробкая передач: устройство и прицип работы – 403 — Доступ запрещён

Содержание

Что такое гидромеханическая коробка передач и как она работает

Сцепление и коробка переключения передач – это традиционные узлы любого отечественного или зарубежного автомобиля. Трансмиссия является элементом, обеспечивающим поступление крутящего момента от силового агрегата к колесам. Если раньше большинство транспортных средств оснащались механической коробкой, то сегодня все больше автолюбителей отдают предпочтение гидромеханической АКПП. Отчасти это связано с тем, что управление машиной упрощается, поскольку педаль сцепление отсутствует, а переключение скоростей происходит автоматическим образом.

Назначение комбинированной трансмиссии легкового авто

Образ жизни современных водителей существенно меняется и сегодня все больше требований предъявляются к созданию оптимальных комфортных условий во время вождения. Стандартные узлы автомобилей терпят существенные изменения, среди ярких примеров можно выделить комбинирование механической и гидравлической КП. Если говорить о гидромеханической трансмиссии и что это такое, первым делом стоит понять, в чем ее предназначение. Главное отличие заключается в плавном изменении вращающего движения. Облегченное управление позволило отказаться от использования сцепления, поскольку комбинированная КП отвечает за все процессы. При АКПП можно говорить о следующих ситуациях, касающихся управления авто:

  • Во время переключения скоростей трансмиссия отключается от силового агрегата.
  • Если дорожные условия меняются, величина вращающего момента также будет менять свое значение.

Использование АКПП на авто позволяет получить несколько неоспоримых преимущества. Помимо автоматизации переключения скоростей стоит отметить также повышение эксплуатационных характеристик силового агрегата и коробки и улучшение проходимости транспортного средства в условиях бездорожья.

Что такое гидромеханическая коробка передач и как она работает
Гидравлическая коробка автомат

Разновидности гидромеханики

Коробки автомат долгое время устанавливались исключительно на автомобили среднего класса и категории премиум. На сегодняшний день агрегат получил массовое использование и пользуется у автолюбителей все большей популярностью. АКПП способны значительно повысить комфорт во время вождения, но стоит учесть, что такие узлы отличаются по разновидностям, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Разобравшись в принципе работы гидромеханических коробках передачи, можно будет определиться с выбором, какой тип АКПП подходит конкретному водителю. Стоит упомянуть о следующих типах гидромеханических КП:

  • Гидромеханический автомат. Это одна из первых трансмиссий подобного рода, которая появилась как альтернатива «механике». Конструкция представляет собой комбинацию гидротрансформатора и планетарной КП. Наличие электронных компонентов позволяют значительно повысить функциональные особенности агрегата.
  • Вариаторная трансмиссия. Пользуется меньшей популярностью из-за того, что отсутствуют привычные фиксированные ступени. К преимуществам можно отнести максимальную плавность хода, а объясняется это как раз отсутствием смены передачей. Конструкция бесступенчатой трансмиссии выглядит следующим образом: для передачи крутящего используется привычный гидравлический преобразователь, а изменение крутящего момента происходит за счет изменения диаметра ведущего и ведомого шкива. Данные компоненты соединяются при помощи ремня и цепи, а изменение диаметра будет зависеть от скорости и нагрузки.
  • Роботизированная коробка. Массово начала использоваться около 20 лет назад.  От механики отличий немного, имеется сцепление, но разница заключается в том, управление работой сцепления происходит в автоматическом режиме. К преимуществам «робота» можно отнести невысокую стоимость, динамичный разгон и экономию топлива. Что касается недостатков, главным является снижение уровня комфорта.
  • Преселективные коробки с двойным сцеплением. К таким относятся устройства DSG или Powershift. Агрегат можно отнести к роботизированным КП, но с более высокими техническими характеристиками. По конструкции напоминает привычную механику, но в этот раз инженеры использовали сразу два агрегата, помещенные в одну коробку.

Роботизированные агрегаты и АКПП – это устройства, цель которых заключается в упрощении взаимодействия водителя с трансмиссией.

Функции гидротрансформатора

Гидравлический трансформатор, по сути, являет собой усовершенствованную гидромуфту. Обычная муфта выполняет задачу простого вращения, то в случае АКПП добавляется увеличение крутящего положения. Агрегат выполняет несколько основных функций, одной из которых является демпфирующее действие во время вращательного движения. При постоянной разнице скорости вращения возникают потери, поэтому происходит блокировка, в результате которой вращающий момент начинает передаваться через демпфирующие пружины. Блокировочная муфта выполняет еще одну полезную функцию, предотвращение повышения расхода топлива. Говоря о функциях гидромеханической трансмиссии автомобиля, стоит отметить и некоторые негативные факторы.

Важно! При блокировке нередко наблюдается повышенное давление на важные компоненты мотора и трансмиссии. Фрикционные компоненты могут изнашиваться быстрей, а в масло могут попадать частицы, образовавшиеся в результате трения. В результате ходовые характеристики могут ухудшиться, а смена передачи перестанет быть плавной. Автовладельцам необходимо беречь коробку во время разгона или торможения.

Устройство гидротрансформатора

О том, что представляет устройство гидромеханической передачи, можно понять, изучив ее конструкцию. Главным узлами являются гидротрансформатор, механическая КП и механизмы управления. Гидротрансформатор – это главный компонент, а выполняет он практически ту же функцию, что и сцепление.  Изучив конструкцию данной детали, можно заметить, что она состоит из трех колес, имеющих специальную форму. Первое колесо – насосное, его назначение выполнять связь между гидравлическим узлом и силовым агрегатом. Второе кольцо – турбинное, оно образует связь с первичным валом коробки. Третье колесо – реакторное, его функция состоит в усилении крутящего момента. Все три компонента закрыты посредством специального корпуса, внутренний объем которого на три четверти заполнен смазочным материалом. От двигателя крутящий момент поступает на насосную часть, затем посредством вращательных движений направляет на турбинное колесо смазочный материал, в результате чего усилие передается на первичный вал. По мере нагрузки гидротрансформатор в автоматическом режиме будет менять момент силы, который в свою очередь, передаваясь к механическим узлам, будет переключаться посредством фрикционных компонентов. Напор жидкости, проходящий от напорного диска к турбине, регулируется также в автоматическом режиме.

Что такое гидромеханическая коробка передач и как она работаетУстройство гидротрансформатора

Планетарная коробка передач

В автомате обычно используется планетарная коробка.  Несмотря на ее простое устройство, крутящий момент регулируется нужным образом и направляется к солнечной шестерне. С планетарным механизмом сцеплены шестерни-сателлиты свободного вращения, на которых предусмотрено специальное водило для связи с валом. Крутящий момент будет передаваться через водило в случае нахождения шестерни в заторможенном режиме, а если шестерня будет расторможено, то сателлиты начнут отправлять крутящий момент на нее. О том, как работает гидромеханическая коробка передач можно понять, изучив ее конструкцию. Планетарная КП является одной из разновидностей комбинированной системы. Название узла связано с тем, что сателлиты вращаются вокруг центральной шестерни подобно планетам солнечной системы. Применение данных компонентов в автомате обусловлено простотой модификации передаточного отношения. Для этого достаточно притормозить одну из деталей узла или соединить несколько элементов посредством фрикционной муфты.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Электронная часть гидромеханической АКПП

Современные автоматические коробки оснащаются электронным управлением, что позволяет выдерживать заданные моменты с более высокой точностью. Если в более старых устройствах речь шла о значении в 6-8%, то КП с электронным управлением выдерживают точность в 1%. Появились новые возможности, исходя из скорости и нагрузки на мотор, компьютер может определить массу транспортного средства и ввести необходимые поправки. Главными компонентами электронной системы управления являются рычаг управления и электронный блок. В данную систему также входят и определенные подсистемы, такие как:

  • Подсистема ручного управления.
  • Система, вырабатывающая управляемые сигналы.
  • Элементы функционирования.
  • Автоматическая защита.
  • Измерительные узлы.
  • Исполнительная система.
Что такое гидромеханическая коробка передач и как она работаетВнешний вид роботизированной КП

Плюсы и минусы гидромеханики

Автомобили, оснащенные АКПП, обеспечивают более безопасное и комфортное вождение, поскольку предоставляют возможность сконцентрироваться на дороге, не отвлекаясь на лишние действия. Особое преимущество получают начинающие водители, которым трудно использовать механику.

Важно! Если в автошколе ученик проходит обучение на авто с АКПП, он не сможет управлять транспортным средством с механической КП, так как в водительском удостоверении будет соответствующая пометка.

К преимуществам автоматизированной коробки можно отнести следующее:

  • Передачи не нужно переключать вручную;
  • Выполняется равномерная подача мощности. Авто, оснащенные АКПП, отличаются плавным ходом во время переключения скоростей.
  • В случае с механической КП могут возникнуть трудности с троганием, при резком опускании сцепления двигатель может заглохнуть. В транспортных средствах с «автоматом» данный процесс контролируется электронными компонентами.

У коробки-автомат имеются и свои недостатки, главный из которых – это дороговизна обслуживания. Стоит отметить и высокие требования к условиям эксплуатации. Еще одним минусом является отсутствие возможности завести авто с «толкача», при севшем аккумуляторе.

Гидромеханика – это выбор тех автовладельцев, которые не стеснены в финансовых средствах и не готовы пожертвовать своим комфортом. При грамотном управлении и уходе машина с «автоматом» более надежна и безопасна в управлении.

Как работает гидромеханическая коробка передач

История создания гидромеханической коробки передач может быть использована для иллюстрации титанических усилий автопроизводителей, постаравшихся сделать комфорт автомобиля, оснащенного автоматической КПП, одним из основных преимуществ.

В первой половине прошлого века, даже после получения легковым автомобилем мягкой пневматической резины, более или менее рациональной компоновки и распределения массы машины, езда, особенно в городских условиях, по-настоящему «выматывала душу». Что лучше всего чувствуют пассажиры – это рывки и дерганье автомобиля из-за резкой смены крутящего момента на колесах.

На полки истории был отправлен не один десяток всевозможных приспособлений, делающих момент переключения передачи менее болезненным, пока в 50-х годах прошлого века не появился гидротрансформатор, лежащий в основе принципа работы гидромеханической коробки передач. По-настоящему новая конструкция коробки передач начала массово применяться в 60-е на дорогих и тяжелых лимузинах и машинах представительского класса.

Помимо дискомфорта для пассажиров, скачкообразное изменение вращающего момента разрушает узлы и детали трансмиссии. Для тяжелых магистральных грузовиков можно использовать повышенное число передач, позволяющих сглаживать перегрузки трансмиссии. Но для легковых автомобилей гидромеханическая коробка передач была реальным способом улучшить условия управления.

С внедрением гидромеханической передачи автомобиль получил неоспоримые преимущества:

  • появилась возможность трогаться с места настолько плавно, что момент начала движения можно было просто не уловить визуально;
  • при движении и маневрировании на малых скоростях, сопоставимых со скоростью движения пешехода, управление машиной осуществляется легко и точно, что практически невозможно при механической КПП из-за ее очень длинной первой передачи;
  • ударные колебания и крутящие нагрузки практически не оказывают негативного воздействия на элементы трансмиссии.
  • для водителя комфорт управления машиной увеличился как минимум вдвое.

К сведению! Вопрос обеспечения надлежащего уровня плавности и комфорта движения легендарной советской «Чайки» ГАЗ-13 был решен конструкторами только после установки на автомобиль гидромеханической АКП, частично скопированной с американского аналога Borg-Warner.

Наряду с гидромеханическими автоматами в легковом автомобильном сегменте прочно закрепились автоматические трансмиссии с вариаторами и роботизированная «механика», практически не уступающая в удобстве и комфорте первым двум, но значительно экономичнее и дешевле. Но до сих пор гидромеханическая коробка передач остается основой для самых надежных и совершенных «автоматов».

Как работает гидромеханическая коробка передач

Конструктивно автоматическая трансмиссия на основе гидромеханической коробки передач очень сильно отличается от устройства механической КПП, сложнее ее и значительно дороже, поэтому она более уязвима к нарушениям в обслуживании и использовании.

Содержание статьи

Устройство гидромеханической автоматической коробки передач

Принцип работы гидромеханической коробки передач основан на способности гидротрансформатора выступать в качестве немеханического преобразователя-регулятора крутящего момента двигателя.

Первая и основная особенность гидромеханического автомата – это отсутствие механизма включения-выключения сцепления. Практически всем водителям нравится управление без использования педали сцепления. Если учесть, что при движении в городской черте водителю с ручной механической коробкой приходится выжимать педаль не менее ста раз в течение часа, избавление от подобной нагрузки не прошло незамеченным. Поэтому для современного городского автомобиля автоматическая коробка передач становится фактически признанным стандартом, для дизельных двигателей – особенно.

Как работает гидромеханическая коробка передач

В устройстве гидромеханической коробки выделяют три основных узла – гидротрансформатор, блок управления и планетарный механизм переключения передач.

Сердце гидромеханической коробки передач

Гидротрансформатор коробки работает по схеме: «насос – гидравлическая турбина» и обеспечивает посредством динамического давления масла на лопатки турбины передачу вращающего момента на вал коробки переключения передач. Задача насоса или насосного колеса мало чем отличается от аналогичного, используемого в центробежных насосах: под действием центробежных сил придать потоку масла больший динамический напор. Раскрученное маховиком коленвала колесо выбрасывает под определенным углом мощный масляный поток на периферийную часть наружной части обода турбины – на лопатки турбинного колеса. Под напором масла турбина преобразует энергию масла во вращение.

Как работает гидромеханическая коробка передач

В конструкции гидротрансформатора коробки передач предусмотрено еще одно колесо с лопатками. Между двумя основными колесами установлен очень важный элемент – специальный спрямляющий аппарат, именуемый реактором, или статором. Он выполнен в виде кольца с профилированными лопатками, направляющими поток жидкости, выходящий из гидравлической турбины, на вход насосного колеса.

Внимание! Как видно из рисунка-схемы, поток жидкости, выброшенной насосом на лопатки турбины, передает ей часть энергии и далее, разворачиваясь на направляющем аппарате реактора, создает дополнительный момент вращения, что и обуславливает увеличение вращающего момента.

Вначале, когда автомобиль только начинает движение, и педаль тормоза еще не отпущена, реактор полностью заблокирован. Отпускаем педаль, и турбина гидромеханической части коробки передач начинает работать. При достижении скорости вращения турбины в 80% от скорости насосного колеса реактор выводится из работы обгонной муфтой. Благодаря кратковременному и плавному увеличению момента вращения, скорость вращения турбинного колеса и связанных с ним всех элементов трансмиссии происходит тоже плавно. С применением реактора вращающий момент на выходном валу гидротрансформатора в момент старта или разгона автомобиля увеличивается примерно до двух с половиной раз.

Как работает гидромеханическая коробка передач

Система управления переключением передач

Малый диапазон возможного изменения момента и скорости вращения вынудил проектировщиков дополнить гидротрансформатор механической коробкой переключения передач. В гидромеханической коробке-автомате для легкового транспорта используют несколько редукторов планетарной передачи, включаемых в работу с помощью фрикционных муфт. Включение фрикциона осуществляется сжатием пакета фрикционных накладок с помощью гидравлического поршня особой конструкции.

Насос, запитывающий гидравлику привода, обычно устанавливается в непосредственной близости от гидротрансформатора. Для управления гидравлическими клапанами и золотниками системы в современных авто применяют электромагнитные соленоиды, управляемые электроникой. Для компенсации ударных контактных нагрузок применяют обгонные муфты, что добавляет плавности при вхождении в зацепление шестерен коробки.

К сведению! В большинстве современных гидромеханических коробок-автоматов реализована функция автоматического выключения гидротрансформатора при движении на скорости более 20-25 км/ч. Это позволяет значительно уменьшить потери, связанные с передачей момента, особенно при высоких оборотах вращения, когда гидравлические потери растут быстрее механических.

Перспективы использования гидромеханической коробки передач

Очень серьезным аргументом автоматов с гидромеханическим «бубликом» является относительно отработанная и совершенная конструкция устройства. Большой ресурс, тщательно подобранные гидравлические жидкости и сплавы для валов и зубчатых передач. При надлежащем уходе и аккуратном использовании гидромеханическая коробка передач служит значительно дольше новомодных конкурентов в виде вариаторов, роботизированных или преселективных коробок DSG.

Многие специалисты считают, что за гидромеханической коробкой передач останется значительный сегмент легкового автотранспорта – внедорожники и автомобили повышенной проходимости.

Как работает гидромеханическая коробка передач

Косвенным подтверждением того факта, что коробка передач на основе гидромеханической схемы еще длительное время будет интенсивно применяться в широком спектре моделей легковых автомобилей, являются последние разработки законодателей автомобильной моды – немецких автопроизводителей. Известной в Германии фирмой ZF практически для всех топовых моделей BMW, AUDI и MERCEDES уже сейчас запущена в пробную эксплуатацию гидромеханическая коробка-автомат с 7-ю ступенями и рекордными характеристиками включения. Кроме того, концерн MERCEDES-BENZ выпустил свой вариант гидромеханической коробки передач с 7-ю ступенями под названием 7G-Tronic.

Причина такой популярности достаточно проста и очевидна. Ведь кроме надежности, гидромеханическая коробка позволяет уверенно работать с двигателями большой мощности и с рабочим объемом более трех литров. Гидромеханическая коробка уйдет в небытие не раньше самого двигателя внутреннего сгорания.

Гидромеханические коробки передач — гидротрансформатор, планетарная коробка передач

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

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 необходи

Почему Komatsu использует в линейке два вида трансмиссии: гидростатическую и гидромеханическую

трансмиссия комацу

Какой должна быть трансмиссия бульдозеров: гидростатической или гидромеханической? Какая из них удобнее в работе, для каких целей? Это один из давних споров между пользователями и даже между производителями техники. Komatsu решила этот спор, использовав в линейке бульдозеров оба варианта, но в технике разного назначения. И вот почему.

Для начала сравним, как работают обе системы.

Гидромеханическая трансмиссия — это гидротрансформатор плюс обычная шестеренчатая коробка передач. Автоматическая, как на бульдозерах Komatsu 16-й серии, или с переключением в ручном режиме, как на бульдозерах 12-й серии. Ключевой элемент — гидротрансформатор, который преобразует и увеличивает тягу относительно тяги, которую выдает двигатель. Например, если двигатель выдает 100 Н·м, то на выходе из турбинного колеса получаем тягу до 240 Н·м. Это огромный плюс гидромеханики, но в этом и ее проблема. Такой режим трансформации достигается только при высокой степени пробуксовки гидротрансформатора, когда турбинное колесо стоит, а насосное очень быстро крутится. При этом возникают внутренние потери на трение жидкости внутри гидротрансформатора, резко снижается КПД. Зато тяга максимальна.

В гидростатике два ключевых элемента: насос, который преобразует энергию двигателя в движение жидкости, и гидромотор, который приводит в движение гусеницы. Гидротрансформатора нет, то есть тяга меньше, зато выше КПД.

Из этого следует разница в назначении машин с этими типами трансмиссии.

Бульдозеры с гидромеханикой — это инструмент для тяжелых работ, где требуется высокая тяга. В первую очередь это горная промышленность, работа в карьерах. Максимальная тяга часто полезна и для тяжелых строительных работ, например при подготовке площадок для кустовых месторождений, то есть при работе на мерзлом грунте. Это бульдозеры Komatsu D65EX-16, D155A-5, D275A-5, D375A-6.


Тяжелый бульдозер Komatsu D375A-6 трудится на известняковом карьере в Дании

Ниша бульдозеров на гидростатике — дорожные и коммунальные работы. Специфика задач в этих видах деятельности требует максимальной маневренности и экономичности техники. При постоянных передвижениях с относительно малой нагрузкой себестоимость работы техники на гидростатической трансмиссии будет ниже, например из-за меньшего расхода топлива. Поэтому модели Komatsu для строительства дорог и городских работ оснащены насосами и гидромоторами. Это D39EX/PX-22 и D37EX/PX-22.

Но есть модель, техническое решение которой вызывает самые бурные обсуждения как минимум потому, что это самая распространенная, популярная модель в линейке бульдозеров Komatsu. Это D65-16 в спецификациях EX/PX/WX.

Двадцатитонный D65 — универсал. Он популярен у строителей в нефтегазовой сфере, его можно встретить на песчаных, щебеночных и угольных карьерах, его используют в дорожном строительстве и даже порой на крупных городских проектах. Причем часто, если у компании — владельца техники есть сразу несколько проектов, бульдозер переводят с одной задачи на другую и он продолжает эффективно трудиться. Например, из карьера — на строительство дороги. И в D65 стоит гидромеханическая коробка передач.

Часть стандартных работ, где обычно задействован «шестьдесят пятый», — это именно те работы, про которые выше говорилось, что на них чаще используют технику с гидростатикой. Вот, например, видео, где на дорожных работах бок о бок трудятся Komatsu D65EX-12 с гидромеханической коробкой передач и машина примерно этого же класса от другого производителя (на гидростатике).

Бульдозер Komatsu D65EX-12 на дорожных работах рядом с машиной на гидростатике

Давайте обозначим критерии, по которым можно сравнить эффективность эксплуатации на схожих задачах машин с разными типами трансмиссии:

  • производительность
  • экономичность в работе
  • надежность
  • ремонтопригодность
  • затраты на эксплуатацию

Производительность бульдозеров

На вскрыше скальной породы гидромеханика однозначно полезнее гидростатики. На задачах, где не требуется максимальное тяговое усилие, у гидростата с замкнутым контуром значительно выше КПД за счет меньших потерь энергии. Эксплуатанты отмечают и большую управляемость: бульдозер может поворачивать во время перемещения грунта. Но это могут делать и бульдозеры на гидромеханике с гидросистемой поворота HSS, например D65EX-16.

D65EX-16.jpg

Экономичность

При цикличных перемещениях с коротким плечом гидростатика выигрывает. 

При постоянном движении с определенной скоростью гидромеханика оказывается экономичнее.

Ресурс трансмиссии и общая надежность техники

Гидростатическая трансмиссия — более сложная система. Если просто сравнить ресурс насоса и гидротрансформатора,- последний оказывается более надежным. Но все зависит от производителя, оператора и механиков. Качественный гидронасос при грамотной эксплуатации и профессиональном сервисе полностью отрабатывает свой ресурс, как и гидротрансформатор.

Но в сложных условиях бульдозер на гидромеханике будет трудиться без помех, тогда как к гидростату придется относиться с большой осторожностью или вовсе нельзя будет работать на технике с ним.

Например, если речь о работе на горячем шлаке, то ходовой мотор может просто загореться вместе со всеми горючими жидкостями, которые он прокачивает.

А в эксплуатации при низких температурах гидромеханике нужно меньше времени для подготовки к работе, нет нужды трепетно соблюдать ритуал прогрева, ей не так страшны частые остановки двигателя на час-другой.

Гидросистема ходовой части очень требовательна к использованию низкотемпературных гидравлических жидкостей, и ее обязательно нужно прогреть перед движением. Если в сильный мороз это не сделать, а завести и сразу тронуть бульдозер с места, можно повредить сальники на валах насоса и мотора, гидрошланги и т. д.

Ремонтопригодность

Компоненты гидростата легче и быстрее заменяются хотя бы потому, что они меньшего размера, чем компоненты на механике. Если запчасти под рукой, склад близко или вообще на участке (на крупных проектах с сервисной поддержкой от дистрибьютора), то в среднем ремонт занимает одну смену. Из этого времени сама работа с гидронасосом или гидромотором — это 2–3 часа. С гидромеханикой процесс замены компонентов ощутимо тяжелее и дольше.

Затраты на эксплуатацию (включая ТОиР)

Гидротрансформатор и его КПП до ремонта служат дольше, чем гидромотор с гидронасосом. Хотя бы потому, что они менее требовательны к правильной эксплуатации, более неприхотливы. Ресурс компонентов у гидростата меньше, покупать и менять компоненты нужно несколько чаще. Так что, если сравнивать расходы за один и тот же промежуток времени, получается паритет между двумя системами.

гидротрансформатор бульдозера

Гидростатика vs гидромеханика: финальный подсчет


Сравнение трансмиссий Гидромеханика Гидростатика
Производительность Максимальное тяговое усилие, низкий КПД Большая управляемость, маневренность, высокий КПД
Экономичность Большее потребление топлива Меньшее потребление топлива
Ресурс и общая надежность Более простая система, ресурс больше, неприхотлива в эксплуатации Более сложная система, ресурс меньше, требовательна к эксплуатации и сервису, особенно при низких температурах
Ремонтопригодность Компоненты тяжелее, их физически сложнее и дольше заменять, ремонт и замена длятся дольше Компоненты легче, их быстрее заменять, ремонт и замена длятся меньше
Затраты на эксплуатацию Служит дольше Служит меньше

Резюмируем: в стоимости обслуживания и ремонта, в сложности этих процедур у гидростатики и гидромеханики примерный паритет, достоинства и недостатки обоих систем уравновешивают друг друга, если сравнивать эксплуатацию за более-менее продолжительный срок. Ключевая разница — в применении бульдозеров с этими системами: экономичность и высокий КПД против максимальной тяги и неприхотливости. Соответственно, выбор техники с тем или иным типом передачи крутящего момента двигателя зависит от задач владельца. Для тяжелых условий, для максимальных показателей по производительности и экономичности — однозначно, гидромеханика. Для более щадящей работы — гидростатика.

Это касается и «пограничного» случая с D65: если у компании задачи связаны в основном с городским и дорожным строительством, есть смысл выбрать более легкие модели D39 или D37 с гидростатической трансмиссией. Тем, кто работает на месторождениях, на Севере, прокладывает нефте- и газопроводы, для работы в карьерах может быть удобнее более неприхотливый и мощный D65. Также D65 с его гидромеханикой предпочтительнее для проектов, где много работы для рыхлителя.

Тем, кто совмещает разные типы работ, также есть смысл использовать технику на гидромеханике: она может оказаться менее экономичной на легких задачах, но вытянет там, где не справится бульдозер на гидростате.


Гидродинамические и гидромеханические трансмиссии.


Бесступенчатые трансмиссии

Гидродинамические и гидромеханические трансмиссии




В гидродинамической трансмиссии преобразование и передача мощности происходят за счет динамического (скоростного) напора жидкости. Устройством, которое позволяет осуществлять такое преобразование является гидротрансформатор.

Следует отличать гидротрансформатор от гидромуфты – гидротрансформатор способен не только передавать крутящий момент, но и изменять его величину, а гидромуфта лишь передает крутящий момент от ведущего (насосного) колеса ведомому (турбинному) колесу посредством потока жидкости.
Конструктивное отличие гидротрансформатора от гидромуфты заключается в наличии у гидротрансформатора реактора – неподвижного колеса с лопатками, способного изменять направление потока жидкости, передающего крутящий момент от насосного колеса к турбинному.

Гидротрансформатор (рис. 1) состоит из трех колес с радиально расположенными криволинейными лопастями: насосного колеса 4, которое через корпус 2 связано с коленчатым валом 1 двигателя, турбинного колеса 3, соединенного с выходным валом 7, и реактивного колеса 5, установленного на неподвижном пустотелом валу 6. Корпус гидротрансформатора заполнен маловязким маслом.

При вращении коленчатого вала масло, заполнившее промежутки между лопастями насосного колеса, под действием центробежных сил перетекает от внутренних краев лопастей к внешним, и совершая сложное движение, перемещается к турбинному колесу, воздействуя на его лопасти.
Ударяясь о лопасти турбинного колеса, масло отдает часть накопленной кинетической энергии, и поэтому турбинное колесо начинает вращаться в том же направлении, что и насосное.
От турбинного колеса масло поступает к лопастям реакторного колеса, изменяющим направление струй масла, а затем к внутренним краям лопастей насосного колеса.

Таким образом, часть масла циркулирует по замкнутому контуру: насосное колесо – турбинное колесо – реакторное колесо и опять – насосное колесо. При этом угловая скорость турбинного колеса оказывается меньше угловой скорости насосного колеса, поскольку имеет место «проскальзывание» ведущего колеса относительно ведомого, которое тем больше, чем выше нагрузка на выходном валу.
«Проскальзывание» колес гидротрансформатора обусловлено потерями кинетической энергии на трение между слоями масла и при перемещении масла по сложной траектории между колесами.

«Отставание» турбинного колеса от насосного приводит к тому, что поток жидкости начинает отклоняться от круговой траектории после удара о лопатки неподвижного реакторного колеса. При этом направление движения потока масла изменяется, и лопасти турбинного колеса принимают поток жидкости под более крутым углом, т. е. плечо вращающей силы возрастает, следовательно, возрастает и передаваемый гидротрансформатором крутящий момент.
Как только частота вращения насосного и турбинного колес выравниваются, поток жидкости начинает циркулировать по спиральной траектории, и крутящий момент, передаваемый от ведущего колеса к ведомому тоже выравнивается.
Затем опять появляется эффект «проскальзывания» колес и трансформатор начинает работать в режиме увеличения передаваемого крутящего момента.




Очевидно, что увеличение передаточного числа гидротрансформатора напрямую зависит от того, насколько ведомое (насосное) колесо отстает от ведущего (турбинного), т. е. от значения приложенной к выходному валу нагрузки. Таким образом, гидротрансформатор обладает свойством бесступенчатого и автоматического регулирования крутящего момента на выходном валу в зависимости от приложенной к нему нагрузки. При этом двигатель продолжает работать в заданном режиме, или незначительно от него отклоняясь.
Степень увеличения крутящего момента в гидротрансформаторе называется коэффициентом трансформации, а соотношение угловых скоростей валов насосного и турбинного колес называется передаточным отношением гидротрансформатора.

Между двигателем и трансмиссией в такой передаче нет жесткой связи, а лишь гидравлическая связь, поэтому гидротрансформатор сглаживает возникающие динамические нагрузки, благодаря чему значительно повышаются показатели надежности и долговечности деталей и узлов трансмиссии, двигателя и автомобиля в целом.

Однако у гидротрансформаторов относительно низкий максимальный КПД (0,85..0,9) и незначительный коэффициент трансформации (2…4). Поэтому в некоторых конструкциях с целью резкого повышения КПД предусматривается блокировка гидротрансформатора, при которой насосное и турбинное колесо жестко соединяются друг с другом во время работы.
Кроме того при отклонении нагрузки от номинальной значение КПД гидротрансформатора резко снижается.

Чтобы компенсировать эти недостатки и во время работы использовать зону наибольшего значения КПД, а также повысить передаваемый момент, гидротрансформатор комбинируют с элементами механической трансмиссии – сцеплением и ступенчатой коробкой передач или только с многоступенчатой коробкой.
Дальнейшая передача крутящего момента на ведущие колеса автомобиля осуществляется посредством карданной передачи и ведущими мостами. Такая комбинированная трансмиссия называется гидромеханической.

Автомобили с гидромеханической трансмиссией имеют значительно лучшую проходимость за счет плавного изменения силы тяги ан колесах при движении и, особенно, при трогании с места. Существенным преимуществом автомобилей с гидромеханической трансмиссией является возможность движения с очень малыми скоростями и даже полной остановки машины с работающим двигателем и включенной передачей.

Гидромеханическую трансмиссию применяют в машинах, работающих при значительных и частых изменениях нагрузки, например, городских автобусах. Но сложность конструкции, значительные масса и габариты, а также стоимость таких передач ограничивают применение гидромеханических трансмиссий в конструкциях автомобилей.

***

Вариаторные и гибридные трансмиссии



Гидрообъемные (гидростатические) передачи | Трансмиссия

В гидрообъемных бесступенчатых передачах крутящий момент и мощность с ведущего звена (насоса) на ведомое звено (гидромотор) передается жидкостью по трубопроводам. Мощность N, кВт, потока жидкости определяется произведением напора H, м, на расход Q, м3/с:

N = HQpg / 1000,
где р — плотность жидкости.

Гидрообъемные передачи не обладают внутренним автоматизмом, для изменения передаточного числа требуется САУ. Однако для гидрообъемной передачи не нужен механизм реверса. Задний ход обеспечивается изменением соединения насоса с линиями нагнетания и возврата жидкости, что заставляет вал гидромотора вращаться в обратном направлении. При регулируемом насосе не нужна муфта начала движения.

Гидрообъемные передачи (как и электропередачи) по сравнению с фрикционными и гидродинамическими имеют гораздо более широкие компоновочные возможности. Они могут быть частью комбинированной гидромеханической коробки передач при последовательном или параллельном соединении с механическим редуктором. Кроме того, они могут быть частью комбинированной гидромеханической трансмиссии, когда гидромотор установлен перед главной передачей — рис. а (сохранен ведущий мост с главной передачей, дифференциалом, полуосями) либо в двух или во всех колесах установлены гидромоторы — рис. а (они дополнены редукторами, выполняющими функции главной передачи). В любом случае гидросистема является замкнутой, причем в нее включен насос подпитки для поддержания избыточного давления в линии возврата. Из-за потерь энергии в трубопроводах обычно считают целесообразным применение гидрообъемной трансмиссии при максимальном расстоянии между насосом и гидромотором 15… 20 м.

Схемы трансмиссий автомобилей с гидрообъемными или с электрическими передачами

Рис. Схемы трансмиссий автомобилей с гидрообъемными или с электрическими передачами:
а — при использовании мотор-колес; б — при использовании ведущего моста; Н — насос; ГМ — гидромотор; Г — генератор; ЭМ — электромотор

В настоящее время гидрообъемные передачи применяются на малых автомобилях-амфибиях, например «Джиггер» и «Мул», на автомобилях с активными полуприцепами, на небольших сериях большегрузных (полной массой до 50 т) самосвалов и на опытных городских автобусах.

Широкое применение гидрообъемных передач сдерживается в основном их высокой стоимостью и недостаточно высоким КПД (около 80…85%).

Схемы гидромашин объемного гидропривода

Рис. Схемы гидромашин объемного гидропривода:
а — радиально-поршневой; б — аксиально-поршневой; е — эксцентриситет; у — угол наклона блока

Из всего многообразия объемных гидромашин: винтовых, шестеренных, лопастных (шиберных), поршневых — для автомобильных гидрообъемных передач в основном находят применение радиально-поршневые (рис. а) и аксиально-поршневые (рис. б) гидромашины. Они позволяют использовать высокое рабочее давление (40… 50 МПа) и могут быть регулируемыми. Изменение подачи (расхода) жидкости обеспечивается у радиально-поршневых гидромашин изменением эксцентриситета е, у аксиально-поршневых — угла у.

Потери в объемных гидромашинах делят на объемные (утечки) и механические, к последним относят и гидравлические потери. Потери в трубопроводе делят на потери трения (они пропорциональны длине трубопровода и квадрату скорости жидкости при турбулентном течении) и местные (расширение, сужение, поворот потока).

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о