Авторазбор

Разборка грузовиков Мерседес–Бенц (Mercedes-Benz)

Содержание

Гидромеханическая коробкая передач: устройство и прицип работы

Гидромеханическая коробка передач (ГМП) — это трансмиссия высокой проходимости с автоматическим управлением. ГМП поддерживает необходимую скорость автомобиля в разных режимах движения, упрощая процесс вождения. Подобные коробки используют в легковых автомобилях, грузовиках, автобусах, в тяжёлой технике мощностью до 1000 л. с. Гидромеханические коробки передач производят компании ZF, Borg Warner, Aisin, Mercedes-Benz, Voith, Honda, Allison, Caterpillar, Komatsu, БелАЗ и др.

Роль АКПП с гидромеханическим управлением

Что будет, если двигатель соединить напрямую с колёсами: машина лениво начнёт движение и поедет с максимальной скоростью 20 км/ч. По законам физики сила, которую должны преодолеть колёса равна F=ma+Fтр , где m — масса автомобиля, Fтр — сила трения с поверхностью земли. Двигатель достигнет максимальной мощности при оборотах 5000 — 6000 об/мин, но в таком режиме работы ресурс агрегата быстро иссякнет.

Чтобы мгновенно стартовать после нажатия педали газа, и защитить двигатель от перегрузки, в машине установлена трансмиссия. Она также способна изменять крутящий момент, ускоряя или замедляя автомобиль. Этот узел трансмиссии называется коробка переключения передач — КПП.

По типу переключения скоростей различают механические и автоматические КПП:

  • механикой полностью управляет водитель, выжимая педаль сцепления и переводя рычаг для изменения скорости;
  • в автоматах работает гидромеханическая передача с минимальным участием водителя.

Гидромеханическое управление облегчает и упрощает работу водителя, снимая часть «обязанностей». Плавность и бесшумность АКПП повышает комфорт вождения при трогании и разгоне. Также ГМП защищает двигатель и коробку от динамических нагрузок, которые может создать водитель, постоянно «выжимая» газ.

Основные элементы гидромеханической коробки передач:

  • гидротрансформатор;
  • масляный насос;
  • коробка передач;
  • система управления.

Функции гидротрансформатора

Гидромеханическая коробка передач работает за счёт движения жидкости, которую качает масляный насос. Главный «потребитель» масла — гидротрансформатор (ГДТ). ГДТ преобразует и передаёт крутящий момент от коленчатого вала в трансмиссию через работу жидкости.

Конструктивно ГДТ представляет собой набор лопастных колёс, «запертых» в герметичной камере в форме бублика:

  • насосное колесо приварено к чаше корпуса и соединено с коленвалом;
  • турбина через ступицу насажена на вал трансмиссии, и механически не связана с насосным колесом;
  • реакторное колесо установлено между турбиной и насосом. Предназначено для усиления крутящего момента.

Гидромеханическая коробка передач начинает работать с запуском двигателя: включается масляный насос и насосное колесо. На лопасти колеса попадает жидкость и раскручивается вокруг оси ГДТ. Под действием центробежной силы масло отбрасывается на лопасти турбины, проходит через реактор и возвращается к насосному колесу. Под давлением потока лопатки турбины начинают вращаться, передавая крутящий момент по валу в коробку передач.

Чем выше обороты двигателя, тем быстрее вращаются колёса ГДТ, а крутящий момент снижается. Без реактора «бублик» работал бы только в режиме гидромуфты, передавая вращение без трансформирования. В момент, когда скорости насоса и турбины выравниваются, реактор начинает свободно вращаться, усиливая давление жидкости, попадающей на лопасти насоса.

Большая часть энергии двигателя уходит на перемещение и нагрев масла в ГДТ. В результате снижается общий КПД, и растёт расход топлива. Для устранения этого недостатка в «бублик» устанавливают муфту блокировки с фрикционной накладкой. При включении муфты двигатель и трансмиссия жёстко сцепляются, и передача момента происходит без потерь.

Передаточное число гидротрансформатора достигает максимально 2,5 — 3, что не достаточно для устойчивой работы двигателя в разных режимах движения машины. Нет возможности включить задний ход, поскольку колёса ГДТ вращаются только в одном направлении. Для компенсации этих недостатков гидромеханическая коробка передач оснащена дополнительным узлом.

Конструкция гидромеханики

В ГМП применяют простые ступенчатые или планетарные механизмы с электронным управлением. Принцип работы гидромеханической коробки передач в обоих вариантах заключается в изменении скорости вращения выходного вала за счёт различных передаточных чисел зубчатых передач.

Как работает вальная кпп

Устройство гидромеханической коробки передач вального типа похоже на механическую КПП. Преобразование крутящего момента происходит ступенчато через включение и отключение зубчатых передач, расположенных на параллельных валах. Количество и размер шестерённых пар соответствует определённому передаточному числу.

Первичный, входной вал, получает крутящий момент от гидротрансформатора. Через пару постоянно сцепленных шестерней мощность передаётся на вторичный вал, а затем на колёса. Для получения прямой передачи, в конструкцию добавляют промежуточный вал, а первичный и вторичный валы располагают на одной оси.

Для расширения диапазона скоростей применяются многовальные конструкции с 4 и более валами. Работа коробки при этом усложняется, увеличиваются габариты и масса. Подобные ГМП встречаются на грузовиках-тягачах.

Зубчатыми передачами управляют фрикционные многодисковые муфты. Муфта становится тормозом, когда соединяется с корпусом ГМП. Для включения блокировки масляный насос подает гидравлическое давление на фрикционы. Благодаря фрикционам скорость переключается плавно, а использование гидропривода ускоряет торможение.

Гидромеханические коробки передач вального типа плохо справляются с растущей тягой от повышения грузоподъёмности транспорта, с ужесточением требований по топливной экономичности. Рост параметров значительно увеличивает массу и габариты конструкции. По этим причинам вальные КПП заменяют на планетарные передачи.

Как работает планетарная кпп

Инженеры предпочитают устанавливать в гидромеханическую КПП планетарный механизм вместо ступенчатой конструкции по следующим причинам:

  • компактные размеры;
  • плавная и быстра работа;
  • нет разрыва в передаче мощности при переключении передач;
  • большое количество передаточных чисел за счёт использования многорядных конструкций.

Простая планетарная передача состоит из центральных шестерней: с внутренними зубьями — короны, с внешними зубьями — солнца. Между ними обкатываются зубчатые колёса сателлиты, оси которых закреплены на раме-водиле. В зависимости от конструкции водило соединено с выходным валом или коронной шестерней.

Устройство планетарной коробки определяет её принцип действия. Чтобы изменить крутящий момент гидротрансформатора, один из элементов планетарной передачи вращают, а другой элемент затормаживают. Третий элемент становится ведомым, а его скорость определяется числом зубьев всех шестерней.

 

Для получения прямой передачи водило и солнечную шестерню жёстко соединяют. Корона не может проворачиваться относительно закреплённой системы, поэтому механизм вращается как единый узел. Передаточное число в этом случае равно 1.

Чтобы получить задний ход, центральные шестерни вращают в одну сторону. Для этого останавливают сателлиты, блокируя водило.

В качестве тормозов планетарной коробки передач используют тормозные ленты или фрикционные диски. Блокировочные элементы работают в автоматическом режиме по сигналу электроники.

Электронная часть гидромеханической акпп

В гидромеханическом автомате отсутствует сцепление, поэтому каждая ступень коробки снабжена элементом переключения. Работу элементов контролирует электронный блок ЭБУ, связанный с блоком управления двигателем. Во время переключения передач автоматически регулируется частота вращения мотора, что помогает достичь оптимальных рабочих характеристик агрегата.

Система электронного управления гидромеханической коробки передач разбита на подсистемы:

  • измерительную — для сбора параметров с датчиков давления, температуры и т.д.;
  • функциональную — для управления маслонасосом, регуляторами давления и т.д.;
  • управляющую — для выдачи сигнальных импульсов.

Для автоматизации управления помимо ЭБУ в систему входят электроклапаны, датчики, усилители, регуляторы, корректирующие элементы и т.д. Электроклапаны — соленоиды, расположены в гидроблоке, и по сигналу ЭБУ открывают канал гидроплиты для прохода жидкости к фрикционам, гидротрансформатору и другим узлам.

В зависимости от положения селектора ЭБУ действует по программному алгоритму, заложенному в память:

  • при плавном разгоне дроссельная заслонка двигателя открывается медленно. Компьютер отслеживает степень открытия заслонки и посылает импульсы узлам гидромеханической коробки передач для увеличения скорости. При достижении первой передачи (20 км/ч), коробка переходит на вторую скорость. Такой режим движения называется «экономичным»;
  • при агрессивном разгоне ЭБУ работает в «спортивном» режиме. Каждая последующая передача включаются после того, как двигатель максимально раскрутится. Если водитель отпустит педаль газа, обороты упадут не сразу. В этом режиме мотор развивает максимальную мощность, увеличивается расход топлива и снижается ресурс АКПП.

«Умное» управление проводит самодиагностику для корректирования работы ГМП. Например, если масло в коробке грязное, то в системе падает давление. Для защиты узлов ЭБУ может блокировать переключение передач, перераспределять нагрузку между электроклапанами, запретить включение гидротрансформатора. Неисправности и сбои в коробке компьютер записывает в виде кодов.

Компьютер умеет адаптироваться, выбирая подходящий режим под стиль вождения, динамику разгона и манеру торможения. Адаптация снижает износ коробки за счёт снижения числа переключений. При этом повышается комфорт водителя и безопасность движения.

Сильные и слабые стороны гидромеханики

Гидромеханическая коробка передач привлекает водителей простым управлением, плавностью переключения, низкой ценой по сравнению с вариаторами или DSG. И это ещё не все достоинства.

Сильные стороныСлабые стороны
 Высокая безопасность движения, поскольку водитель больше концентрируется на дороге.

 

Дорогой ремонт из-за сложной конструкции и количества электроники.
Лёгкая и быстрая обучаемость вождения для новичков.Высокий расход и стоимость оригинального масла .
Защита двигателя от перегрузок, за счёт автоматического переключения скоростей и адаптации к стилю вождения.При долгих и частых пробуксовках масло в коробке перегревается, поэтому нужно избегать движения по грязи.
КПД гидротрансформатора достигает 97% при включении муфты блокировки.Фрикционы истираются, загрязняя и перегревая трансмиссионную жидкость.
За счёт использования реактора момент на турбинном колесе ГДТ приумножает крутящий момент двигателя. Это повышает ресурс и проходимость автомобиля.В мороз гидромеханику нужно долго прогревать, чтобы масло пришло в рабочее состояние.
Гидромеханическая коробка передач

имеет возможность автоматизации каждого узла, что делает трансмиссию перспективной.

Автоматизация ГМП не позволяет водителю полностью «прочувствовать» управление автомобилем.

Гидромеханическая коробка передач будет работать безотказно долгие годы при регулярном техобслуживании и соблюдении условий эксплуатации.

Перспективы использования гидромеханической коробки передач

Гидромеханическая коробка  передач постоянно совершенствуется:

  • растёт число ступеней: ZF поставляет 9-ступенчатую ZF9НР для легковых автомобилей, Caterpillar устанавливает в спецтехнику 7-ступенчатые ГМП;
  • меняются кинематические схемы;
  • отрабатываются новые алгоритмы электронного управления;
  • снижается расход топлива и выбросов;
  • повышается скорость и плавность работы.

Большую перспективу имеет гидромеханическая коробка передач с планетарным механизмом. Трансмиссия подходит для маломощных и сверхмощных двигателей за счёт добавления новых планетарных рядов и варьирования передаточными числами. Новые технические решения повышают экономичность автомобиля. Добавление ступеней устраняет «провалы» в переключении скоростей, достигая максимальной плавности.

Производители выпускают ГМП разных типоразмеров для мощности двигателя от 50 до 1500 кВт. С ростом грузоподъёмности спецтехники увеличивается КПД и тяговые характеристики трансмиссии.

Развитие интеллектуальных автоматизированных систем управления и диагностики направлено на повышение эффективности автомобиля и обеспечения безопасности водителя. Гидромеханическая коробка передач приспособлена к автоматизации, что открывает большие возможности для расширения функциональности механизмов и систем.

Заключение

Гидромеханическая трансмиссия в автомобилях используется с 1940-х годов, а переход на электронное управление начался в 1980-х. С тех пор АКПП стала более функциональной, плавной, надёжной. Удачная конструкция позволяет совершенствовать систему управления и повышать технические характеристики, а значит расширять сферу применения гидромеханических коробок передач.

Гидромеханические коробки передач.

Гидромеханические коробки передач



Гидромеханическая передача является комбинированной, в которой наряду с гидротрансформатором применяется ступенчатая коробка передач. Обычно такую коробку передач сокращенно называют ГМП или ГМКП.

Гидротрансформатор, как и гидромуфта был изобретен немецким профессором Германом Феттингером в начале прошлого века. Прежде чем найти применение на автомобилях, эти гидродинамические передачи использовались в судостроении.

На автомобилях ГМП впервые появилась в США — в 1940 г. коробка Hydramatic была установлена на автомобилях Oldsmobile. В настоящее время в США гиромеханическими коробками передач оснащаются почти 90 % легковых автомобилей, а также все городские автобусы и значительная часть грузовых автомобилей.

В Европе массовое применение гидромеханических коробок передач началось только в начале семидесятых годов прошлого века, когда эти передачи нашли применение в автомобилях Mercedes-Benz, Opel, BMW.

Изменение режимов работы гидротрансформатора происходит автоматически. Если увеличивать нагрузку на выходе из гидротрансформатора, то происходит уменьшение угловой скорости турбины, что приводит к увеличению коэффициента трансформации.

К сожалению, гидротрансформатор имеет малый диапазон передаточных чисел, не обеспечивает движения задним ходом, не разобщает двигатель от трансмиссии (необходима сложная система опорожнения проточных частей от рабочей жидкости). Поэтому за гидро¬трансформатором устанавливают специальную коробку передач, которая компенсирует указанные недостатки. Такая гидромеханическая передача является бесступенчатой и позволяет получить любое передаточное число в заданном диапазоне.

В гидромеханических передачах в основном применяются механические планетарные коробки передач, которые легко поддаются автоматизации, но иногда используют и вальные ступенчатые коробки передач с автоматическим управлением.

Устройство и работа гидротрансформатора, а также его отличие от гидромуфты подробнее рассмотрено здесь.

В некоторых случаях гидротрансформатор устанавливается дополнительно к стандартному фрикционному сцеплению и ступенчатой коробке передач, при этом переключение передач происходит ручным способом.

В такой конструкции достаточно однодискового сцепления, так как оно служит только для отключения первичного вала коробки передач от турбинного колеса трансформатора при переключении передач, а плавность увеличения крутящего момента обеспечивает гидротрансформатор.

Достоинством такой передачи является относительная простота конструкции и управления по сравнению с автоматизированной передачей. Однако наиболее часто гидротрансформатор используется в сочетании двух- или трехступенчатой коробкой передач без стандартного фрикционного сцепления.

Коробки передач выполняются вальными или чаще планетарными. Управление переключением передач автоматическое или полуавтоматическое.

***

Двухступенчатая вальная коробка передач

Гидротрансформатор в сочетании с двухступенчатой вальной коробкой передач применяется в гидромеханической передаче автобуса ЛиАЗ-677М (рис. 1).

Она представляет собой редуктор с расположенными внутри него валами: первичным 3, вторичным 11 и промежуточным 15. Первичный вал связан с турбиной гидротрансформатора, а вторичный вал – с карданной передачей трансмиссии. Первая (понижающая) передача имеет передаточное число 1,79, а вторая передача – прямая, т. е. ее передаточное число равно единице.

Особенностью такой коробки передач является то, что для включения передач наряду с зубчатой муфтой используются многодисковые муфты (фрикционы), работающие в масле.

Ведущие диски фрикционов – стальные, а ведомые – металлокерамические. Они устанавливаются на внутренних или наружных шлицах и имеют возможность незначительного перемещения в осевом направлении. В разъединенном положении пакет дисков удерживают пружины, сжимание дисков происходит от воздействия масла, подаваемого в цилиндр включения фрикциона.

При включении первой передачи срабатывает фрикцион 5, который блокирует зубчатое колесо 4 с первичным валом 3. Муфта 8 при этом смещается влево и блокирует зубчатое колесо 7 с вторичным валом 11.

Крутящий момент передается через зубчатое колесо 4 первичного вала, зубчатые колеса 16 и 14 промежуточного вала и зубчатое колесо 7 на вторичный вал 11. При включении второй передачи срабатывает фрикцион 6, который блокирует первичный вал 3 с вторичным валом 11. Муфта 8 устанавливается в нейтральное положение.

Для движения задним ходом муфта 8 перемещается в правое положение и блокирует зубчатое колесо 10 с вторичным валом 11, затем включается фрикцион 5. Крутящий момент передается через зубчатые колеса 4, 16, 13, 12, 10 на вторичный вал 11 коробки передач.

При включении фрикциона 2 происходит блокировка гидротрансформатора, когда турбинное и насосное колеса жестко соединяются друг с другом, и он переходит в режим гидромуфты.

***



Трехступенчатая планетарная коробка передач

В гидромеханических передачах наибольшее применение нашли планетарные коробки передач. Они обладают компактностью, пониженным уровнем шума при работе и длительным сроком службы. Переключение передач в них происходит практически без разрыва потока мощности.

Основным звеном планетарной коробки передач является планетарный ряд (рис. 2), состоящий из эпициклического (коронного) зубчатого колеса 1, солнечного зубчатого колеса 2, водила 3 и сателлитов 4.

Оси сателлитов установлены на водиле и вращаются вместе с ним, т. е. они подвижны. В зависимости от того, какой элемент планетарного ряда является ведущим, а какой заторможен, происходит изменение передаточных чисел планетарного ряда.

Двухступенчатые коробки передач имеют один планетарный ряд. Многоступенчатые могут иметь два и более планетарных рядов, которые связаны друг с другом.

Торможение элементов планетарных рядов при переключении передач производится фрикционными муфтами (фрикционами) или ленточными тормозными механизмами.

Конструкция гидромеханической передачи легкового автомобиля, в которой гидротрансформатор сочетается с трехступенчатой планетарной коробкой передач представлена на рис. 3.

Гидротрансформатор 1 состоит из трех колес с лопастями. Вал 2 турбинного колеса является ведущим валом коробки передач. Ведомый вал 12 коробки передач расположен соосно с ведущим валом. Коробка передач включает два одинаковых планетарных ряда 7 и 8, три многодисковых фрикциона 5, 6, 9 и два ленточных тормозных механизма 4, 10.

Переключение передач осуществляется включением фрикционов и тормозных механизмов в различных комбинациях (рис. 4).
В нейтральном положении включен тормозной механизм 10 (рис. 3) и сблокирована муфта 13 свободного хода. Ведомый вал 12 не вращается.

На первой передаче включены фрикцион 6 и тормозной механизм 10, а также включена муфта 13 свободного хода. Эпициклическое зубчатое колесо планетарного ряда 8 вращается с угловой скоростью ведущего вала 2, а солнечное зубчатое колесо заторможено, водило вращает эпициклическое зубчатое колесо планетарного ряда 7, в котором солнечное зубчатое колесо также заторможено. Ведомым является водило этого ряда, выполненное заодно с ведомым валом 12. Муфта свободного хода 13 включена.

На второй передаче включены фрикцион 5 и тормозной механизм 10. Эпициклическое зубчатое колесо планетарного ряда 8 вращается свободно, а планетарного ряда 7 – с угловой скоростью ведущего вала 2.

Так как солнечное зубчатое колесо заторможено, то вращается водило и ведомый вал 12. Муфта свободного хода 13 включена.

На третьей передаче включены фрикционы 5 и 6, а также тормозной механизм 10. Эпициклическое зубчатое колесо и водило планетарного ряда 8 ведущие. С такой же угловой скоростью вращаются эпициклические зубчатые колеса и водило планетарного ряда 7, т. е. ведущий и ведомый валы вращаются с одинаковой частотой.

На передаче заднего хода включен фрикцион 6 и тормозной механизм 4. Водило планетарного ряда 8 заторможено, а эпициклическое зубчатое колесо ведущее.

Солнечное зубчатое колесо вращается в обратном направлении, в этом же направлении вращается солнечное зубчатое колесо планетарного ряда 7. Так как эпициклическое зубчатое колесо планетарного ряда 7 заторможено, ведомым является водило, связанное с ведомым валом 12.

Муфта свободного хода 13 заблокирована.

***

Управление гидромеханической коробкой передач



Главная страница
Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

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 необходимое передаточное число между коленчатым валом двигателя и ведущими колесами автомобиля. Это обеспечивается следующим образом: с уменьшением скорости вращения ведущих колес автомобиля при увеличении сопротивления движению возрастает динамический напор жидкости от насоса на турбину, что приводит к росту крутящего момента на турбине и, следовательно, на ведущих колесах автомобиля.


Планетарная коробка передач


Планетарная коробка передач включает в себя планетарные механизмы. В простейшем планетарном механизме (рисунок 2) солнечная шестерня 6, закрепленная на ведущем валу 1, находится в зацеплении с шестернями-сателлитами 3, свободно установленными на своих осях. Оси сателлитов закреплены на водиле 4, жестко соединенном с ведомым валом 5, а сами сателлиты находятся в зацеплении с коронной шестерней 2, имеющей внутренние зубья.


Рисунок 2 – Планетарный механизм

1 – ведущий вал; 2 – коронная шестерня; 3 – сателлиты; 4 – водило; 5 – ведомый вал; 6 – солнечная шестерня; 7 – тормоз



Передача крутящего момента с ведущего вала 1 на ведомый вал 5 возможна только при заторможенной коронной шестерне 2 при помощи ленточного тормоза 7. В этом случае при вращении шестерни 6 сателлиты 3, перекатываясь по зубьям неподвижной шестерни 2, начнут вращаться вокруг своих осей и одновременно через водило 4 будут вращать ведомый вал 5. При растормаживании шестерни 2 сателлиты 3, свободно перекатываясь по шестерне 6, будут вращать шестерню 2, а вал 5 будет оставаться неподвижным.

На рисунке 3 приведена схема гидромеханической коробки передач, которая состоит из гидротрансформатора, трехвальной двухступенчатой механической коробки передач и системы управления. Наличие двухступенчатой механической коробки передач увеличивает диапазон регулирования крутящего момента.


Рисунок 3 – Схема гидромеханической коробки передач

1, 6, 7, 9, 10, 11, 13 – шестерни; 2, 3, 17 – фрикционы; 4 – муфта; 5, 12, 19 – ведомый, промежуточный и ведущий валы; 8 – регулятор; 14, 15 – насосы; 16 – коленчатый вал; 18 – гидротрансформатор



Гидромеханическая коробка передач включает ведущий 19, ведомый 5 и промежуточный 12 валы с шестернями, многодисковые фрикционные сцепления 2, 3, 17 (фрикционы) и зубчатую муфту 4 с приводом. К системе управления относятся передний 15 и задний 14 гидронасосы и центробежный регулятор 8, который воздействует на фрикционы 2, 3, 17, обеспечивающие переключение передач.




В нейтральном положении все фрикционы выключены, и при работающем двигателе крутящий момент на вторичный вал 5 не передается. На I (понижающей) передаче системой управления автоматически включается фрикцион 2. При этом ведущая шестерня 1, свободно установленная на ведущем валу 19 коробки передач, блокируется валом, а зубчатая муфта 4 устанавливается вручную в положение переднего хода с помощью дистанционной системы управления. Крутящий момент на I передаче от гидротрансформатора передается через фрикцион 2, шестерни 1, 13, 11, 10 и зубчатую муфту 4 на ведомый вал 5 коробки передач.

При разгоне на I передаче, когда гидротрансформатор автоматически осуществляет заданный диапазон регулирования крутящего момента, скорость возрастает до оптимального значения для переключения на II передачу. В этом случае центробежный регулятор 8 дает сигнал на включение фрикциона 3 и отключение фрикциона 2.

Автоматическая система управления обеспечивает включение II (прямой) передачи, при этом крутящий момент от первичного вала 19 коробки передач передается через фрикцион 3 непосредственно на вторичный вал, и скорость автомобиля возрастает до значения, определяемого диапазоном регулирования гидротрансформатором.



Гидромеханическая коробка передач на автомобилях

На рисунке 4 представлена двухступенчатая гидромеханическая коробка передач легкового автомобиля. Она состоит из гидротрансформатора 1, механической планетарной коробки передач с многодисковым фрикционом 3 и двумя ленточными тормозными механизмами 2 и 4 и гидравлической системы управления с кнопочным переключением передач. Кнопки соответственно означают: нейтральное положение, задний ход, I передача и движение с автоматическим переключением передач. В двухступенчатой механической коробке передач имеются два одинаковых планетарных механизма 5 и 6.



Рисунок 4 – Гидромеханическая коробка передач легкового автомобиля

1 – гидротрансформатор; 2, 4 – тормозные механизмы; 3 – фрикцион; 5, 6 – планетарные механизмы



В нейтральном положении фрикцион 3, а также тормозные механизмы 2 и 4 выключены. Трогание автомобиля с места происходит при включенной I передаче. В этом случае масло под давлением поступает в цилиндр тормозного механизма 2, лента которого затягивается, и солнечная шестерня планетарного механизма 6 останавливается.




Если включена кнопка «Движение», то при разгоне автомобиля происходит автоматическое переключение на II передачу, что обеспечивается одновременным выключением тормозного механизма 2 и включением фрикциона 3. В этом случае планетарные механизмы 5 и 6 блокируются и вращаются как одно целое.

Для движение автомобиля задним ходом включается только тормозной механизм 4.






Другие статьи по коробкам передач


Гидромеханическая коробка передач что это такое: принцип действия видео

Одним из элементов системы управления автомобилем является гидромеханическая трансмиссия. Благодаря ей водитель может переключать передачи плавно и без рывков. Гидромеханическая коробка передач — что это такое? Давайте разберемся.

Гидромеханическая коробка передач

Роль АКПП с гидромеханическим управлением

Для автомобиля и подобного ему транспортного средства трансмиссией является узел, который передает от двигателей к колесам крутящий момент. Так это выглядит в автомобилях со сцеплением, но их постепенно вытесняют с рынка АКПП. «Автоматы» сегодня ставят все чаще. В них не предусмотрено сцепления, а передачи переключаются автоматически. Гидромеханика помогает облегчить задачу смены передач во время движения. В классических коробках при управлении автомобилем выполняются следующие процессы:

  • отключение трансмиссии от двигателя в момент смены передач;
  • при изменении дорожных условий изменение величины крутящего момента.

Корпус гидротрансформатора вращается вместе с насосным колесом. Турбина с корпусом не связана (за исключением периода блокировки ГТ) – она соединена с валом коробки. Реактор при этом закреплен через обгонную муфту – она не дает ему проворачиваться под напором потока, когда разница в скорости вращения насосного и турбинного колес велика, но позволяет вращаться вместе с ними в одном направлении, когда автомобиль движется с постоянной скоростью и проскальзывание ГТ минимально. Так удается поднять КПД коробки.

Для выполнения этих действий и необходима гидромеханическая АКПП. Она одновременно выполняет функции сцепления и трансмиссии. Эту коробку специально придумали для использования в городских условиях, где постоянно выжимать сцепление может быть проблематично из-за частых остановок в пробках. Управляется автомобиль с гидромеханикой при помощи педалей тормоза и газа.

Разновидности гидромеханики

В состав этой трансмиссии обязательно входит гидротрансформатор, составляющие системы управления и механическая коробка. Она может быть одной из нескольких систем:

  • многовальной;
  • двухвальной;
  • трехвальной;
  • планетарной.

Последняя разновидность коробки наиболее распространена. Она часто устанавливается на легковые автомобили, так как не имеет высокой металлоемкости. Она отличается меньшим шумом при работе, высоким сроком службы и компактностью.

Вальные механизмы можно встретить на грузовиках и автобусах. В них для переключения передач предусмотрены многодисковые муфты, которые помещены в масло. Первая передача и задний ход включаются при помощи зубчатой муфты. Благодаря особому устройству вальных коробок переключение скоростей происходит за счет работы коленчатого вала. Скорость движения при этом не снимается, крутящий момент и мощность не разрываются.

НЕ ТРАТЬТЕ ДЕНЬГИ НА ПЕРЕКРАСКУ!
Теперь Вы сами сможете всего за 5 секунд убрать любую царапину с кузова вашего автомобиля.

Основное назначение АКПП

Функции гидротрансформатора

Гидротрансформатор выполняет функции сцепления в современных АКПП. Благодаря этому узлу автомобиль двигается с места плавно, без рывков. Динамические нагрузки при этом снижаются, что помогает эксплуатировать двигатель в щадящем режиме, повышая его долговечность. При применении гидротрансформатора части трансмиссии служат гораздо дольше. Водитель из-за снижения количества передач утомляется меньше. Гидротрансформаторы рекомендуется применять на внедорожниках, так как с их помощью можно увеличить проходимость автомобиля в тяжелых условиях – по снегу или песку.

Важно! В России также стоит выбирать трансмиссии с этим узлом, так как в зимнее время специальная техника часто не успевает прочищать дороги. Благодаря гидротрансформатору создается устойчивая сила тяги с небольшой скоростью вращения ведущих колес, что повышает их сцепление с дорожным покрытием.

Устройство гидротрансформатора

Размещают гидротрансформатор между двигателем и механической частью коробки. Он представляет собой соединенные между собой диски с лопастями. Первым идет насосное колесо, которое является ведущим. Оно связывает двигатель и трансформатор. Турбинное является ведомым, оно контактирует с первичным валом. За усиление крутящего момента отвечает реакторное. Турбины практически утопают в масле (погружены в него на три четверти). Их прикрывает корпус, защищающий от попадания в масло посторонних частиц. Во время работы турбины к насосному диску направляется усилие вращающего момента двигателя. Одновременно на турбинный диск направляется под давлением поток масла. Его раскручивает реакторное колесо, располагающееся в центральной части. Возникшее усилие передается на вал КПП.

Работает гидротрансформатор за счет особой циркуляции масла, которое попадает в него с внешней части насосного диска, затем движется на турбинное колесо и возвращается через центральную часть этого узла. Завершается цикл циркуляции масла на насосном диске.Замена крутящего момента в гидротрансформаторе происходит автоматически по мере возрастания нагрузки двигателя. Этот узел отправляет на коробку силу крутящего момента, где при помощи фрикционов происходит включение передач. Нужное передаточное число определяется трансформатором автоматически, в зависимости от его значения изменяется напор циркулирующего масла.

Гидротрансформатор акпп в разрезе

Планетарный механизм

В большинстве современных АКПП гидротрансформатор действует в паре с планетарной системой. Она занимается передачей крутящего момента к фрикционным муфтам. В самом простом варианте усилие направляется на центральную шестерню (солнечную). Два дополнительных сателлита (вспомогательные шестерни) находятся в постоянной сцепке с центральной шестерней благодаря нанесенным на эти элементы зубчикам. Сателлиты не фиксируются, а свободно вращаются вокруг своих осей. Механизм шестеренок находится внутри коронного колеса, которое в зависимости от включенной передачи фиксируется или приходит в движение. В момент фиксации коронной шестерни начинает двигаться ведомый вал (на него передается усилие). В противном случае сателлиты передают момент на коронную шестерню, оставляя ведомый вал в неподвижном состоянии. Для переключения передач в планетарные АКПП устанавливаются фрикционные муфты. Каждая из них выглядит как несколько дисков, представляющих собой тонкие пластины из гладкого металла. Каждая пластинка покрыта специальным фрикционным составом, предотвращающим ее износ. На части их можно найти шлицы. Между муфтами расположены прокладки. Прижимаются друг к другу они при помощи гидравлического поршня, функционирующего при подаче рабочей жидкости. При возрастании в нем давления фрикционы плотно смыкаются, становясь почти единым целым. После падения давления жидкости в гидравлическом поршне фрикционные диски возвращаются на место с помощью пружины. Работа фрикционов тесно связана с функционированием тормозных и планетарных механизмов. На эти моменты передаются команды системы управления КПП и крутящий момент двигателя. Без их участия не производится торможение двигателем и запуск на буксире. Механический узел действует слаженно и четко.

Важно! В нейтральном положении выключаются фрикционы и тормозные механизмы. При разгоне и переключении передач фрикционы начинают действовать, а планетарные системы вращаются синхронно.

Электронная часть гидромеханической АКПП

Электронное управление необходимо для точности переключения передач в современных АКПП. Сейчас практически нельзя встретить трансмиссии, работа которых бы не поддерживалась электронными комплектующими. Они отвечают за:

  • Функционирование АКПП. В гидромеханике эта система состоит из регуляторов давления и насосов.
  • Сбор информации о действующей программе управления.
  • Выработку импульсов управления.
  • Исполнение команд при переключении передач.
  • За защиту двигателя и трансмиссии в случае опасной ситуации.
  • За ручное управление, за все операции отвечает блок, а управление происходит за счет рычага.

Электронная часть гидромеханической АКПП

Сильные и слабые стороны гидромеханики

Гидромеханическая коробка представляет собой последовательное соединение трансформатора, планетарного узла с фрикционами гидравлической системы управления. Ее основное достоинство – отсутствие необходимости водителю переключать передачи вручную. Электроника делает это точно, благодаря чему отсутствует дискомфорт при движении, а двигатель не подвергается перегрузкам. Их отсутствие помогает сохранить его в целости на долгое время. При начале движения передача мощности также происходит без прерывания и рывков, что делает гидромеханику более совершенной, превосходящей по своим характеристикам механические коробки передач. Не зря их используют не только в автомобилестроении, но и устанавливают на танки (в Америке и Германии).

Важно! Если вы выбираете автомобиль, на котором преимущественно будете двигаться по городу, то стоит выбирать именно гидромеханическую АКПП. С ее помощью у вас не возникнет неудобств при остановках в пробках или на светофорах.

Слабой частью такой АКПП является гидротрансформатор

Недостатком такого механизма является его высокая стоимость и техническая сложность. При переключении передач можно заметить потерю производительности за счет пробуксовки фрикционов и тормозных лент. Слабой частью такой АКПП является и гидротрансформатор, из-за которого теряется крутящий момент. Несмотря на явные преимущества эффективность гидромеханики по результатам замеров составляет 86%, тогда как у обычной коробки она достигает 98%. Еще один недостаток – необходимость устанавливать системы подпитки охлаждения гидроагрегата. Они занимают место под капотом, из-за чего моторно-трансмиссионный отсек имеет большие габариты. Также автомобили с установленной гидромеханикой нельзя завести путем толкания или перемещения его на тросе. Для этой разновидности коробки, как и во всех автоматах, характерно отсутствие возможности регулировать потребление топлива. Описанный вариант гидромеханической АКПП является одним из самых примитивных. Сегодня разрабатываются более совершенные трансмиссии, которые устанавливают на легковые автомобили, выпущенные в последние годы. Гидромеханикой рекомендуется пользоваться тем, кто недавно сел за руль. Для новичка она незаменима тем, что самостоятельно переключать передачи нет необходимости.

Назначение и устройство гидромеханической трансмиссии легкового автомобиля

Неотъемлемыми элементами конструкции классического устройства автомобиля служат сцепление с КПП. Но меняющийся образ жизни диктует создание оптимального комфорта для водителей. Это ведет к изменению стандартных узлов автомашины. Их все чаще заменяет комбинированная гидромеханическая трансмиссия, в состав которой входит как механическая, так и гидравлическая трансмиссии. В устройствах этого типа передаточное число, крутящий момент меняются постепенно и плавно.

Роль трансмиссии в машине

Для транспортного средства трансмиссией является все, что создает подачу крутящего момента от двигателя к колесам, например, КПП со сцеплением, как это в классических автомобилях. Сегодня в машинах их сменяют на АККП, когда управление облегчается, сцепление не предусмотрено, а переключения производятся автоматически.

Выполнение этих процессов обеспечивает гидромеханическая коробка передач. Для понимания процесса надо знать о двух главных моментах, возникающих при управлении автомобилем:

  • При переключении скоростей трансмиссия отключается от двигателя;
  • После смены дорожных условий выполняется изменение величины крутящего момента.

Это происходит после того, как выжато сцепление и переключена скорость коробкой передач (в обычных машинах). В транспортных средствах с АКПП эти процессы в большинстве случаев производит гидромеханическая коробка передач.

Механизм гидромеханической коробки

В устройство АКПП, применяемом в легковых автомобилях, входят:

  1. Гидротрансформатор;
  2. Управляющие составляющие;
  3. Механическая коробка скоростей.

Гидротрансформатор

В современный автомат входит гидротрансформатор, выполняющий в автомобиле с КПП (подает вращающий момент) функции сцепления. Благодаря гидротрансформатору транспортное средство плавно трогается. Снижение динамических нагрузок в трансмиссии приводит к повышению долговечности двигателя, а также остальных механизмов трансмиссии. Уменьшение количества переключений передач уменьшает утомляемость водителя.

Применение гидротрансформатора значительно увеличивает проходимость автомобиля по песку и снегу. Он создает устойчивую силу тяги с очень маленькой скоростью вращения на ведущих колесах, чем увеличивается их сцепление с поверхностью дорожного покрытия. Получается, что использование автоматических трансмиссий рекомендуется на внедорожниках. Гидротрансформатор имеет достаточно несложное устройство и объединяет три колеса:

  • Двигатель с гидротрансформатором связывает насосное;
  • Обеспечивает связь с первичным валом турбинное;
  • Усиливает крутящий момент реакторное.

Турбины на 3/4 помещены в масло и защищены специальным корпусом. Рабочий процесс гидромеханического привода основывается на том, что вращающий момент направляется от двигателя к насосному колесу, к турбинному колесу подается поток масла. Оно раскручивает колесо, и усилие предается на вал коробки скоростей. Весь процесс циркуляции масла проходит по особой траектории: с внешней стороны насосного кольца направляется на турбинное, а далее назад через центр механизма идет к насосному.

Турбина

Гидротрансформатор автоматически меняет крутящий момент по мере нагрузки, далее он передается к механической коробке, и передачи переключаются фрикционными устройствами. Гидравлический привод определяет достаточное передаточное число, изменяя напор жидкости для ее циркулирования между напорным диском и турбинным. Свою работу гидротрансформатор выполняет непосредственно с планетарной коробкой.

Планетарная коробка

В гидромеханической АКПП чаще применяется планетарный механизм. При его простейшем устройстве крутящий момент подается к солнечной шестерне. С нею постоянно сцеплены свободно вращающиеся шестерни-сателлиты. На них предусмотрено водило, связанное с валом.

Если коронная шестерня находится в заторможенном положении, то крутящий момент через водило направляется на ведомый вал. Если шестерня расторможена, тогда сателлиты подают на нее крутящий момент. Ведомый вал при этом неподвижен.

Достоинства и недостатки автоматической коробки

  1. Отсутствие переключения передач вручную;
  2. Осуществление равномерной подачи мощности.

Автомобили автоматическим переключением скоростей отличаются особой плавностью хода. Когда водителю нет необходимости переключаться вручную, то облегчается процесс вождения транспортного средства.
Недостатками считается более сложная конструкция трансмиссий и их большая масса. К недостаткам относится более низкий КПД, снижающий топливную экономичность автомашины.
Это простейший вариант гидромеханической трансмиссии, а сегодня на легковые автомобили устанавливаются более совершенные модели.

Гидромеханическая коробка передач (ГМП) — это трансмиссия высокой проходимости с автоматическим управлением. ГМП поддерживает необходимую скорость автомобиля в разных режимах движения, упрощая процесс вождения. Подобные коробки используют в легковых автомобилях, грузовиках, автобусах, в тяжёлой технике мощностью до 1000 л. с. Гидромеханические коробки передач производят компании ZF, Borg Warner, Aisin, Mercedes-Benz, Voith, Honda, Allison, Caterpillar, Komatsu, БелАЗ и др.

  1. Роль АКПП с гидромеханическим управлением
  2. Функции гидротрансформатора
  3. Конструкция гидромеханики
  4. Как работает вальная кпп
  5. Как работает планетарная кпп
  6. Электронная часть гидромеханической акпп
  7. Сильные и слабые стороны гидромеханики
  8. Перспективы использования гидромеханической коробки передач
  9. Заключение

Роль АКПП с гидромеханическим управлением

Что будет, если двигатель соединить напрямую с колёсами: машина лениво начнёт движение и поедет с максимальной скоростью 20 км/ч. По законам физики сила, которую должны преодолеть колёса равна F=ma+Fтр , где m — масса автомобиля, Fтр — сила трения с поверхностью земли. Двигатель достигнет максимальной мощности при оборотах 5000 — 6000 об/мин, но в таком режиме работы ресурс агрегата быстро иссякнет.

Чтобы мгновенно стартовать после нажатия педали газа, и защитить двигатель от перегрузки, в машине установлена трансмиссия. Она также способна изменять крутящий момент, ускоряя или замедляя автомобиль. Этот узел трансмиссии называется коробка переключения передач — КПП.

По типу переключения скоростей различают механические и автоматические КПП:

  • механикой полностью управляет водитель, выжимая педаль сцепления и переводя рычаг для изменения скорости;
  • в автоматах работает гидромеханическая передача с минимальным участием водителя.

Гидромеханическое управление облегчает и упрощает работу водителя, снимая часть «обязанностей». Плавность и бесшумность АКПП повышает комфорт вождения при трогании и разгоне. Также ГМП защищает двигатель и коробку от динамических нагрузок, которые может создать водитель, постоянно «выжимая» газ.

Основные элементы гидромеханической коробки передач:

  • гидротрансформатор;
  • масляный насос;
  • коробка передач;
  • система управления.

Функции гидротрансформатора

Гидромеханическая коробка передач работает за счёт движения жидкости, которую качает масляный насос. Главный «потребитель» масла — гидротрансформатор (ГДТ). ГДТ преобразует и передаёт крутящий момент от коленчатого вала в трансмиссию через работу жидкости.

Конструктивно ГДТ представляет собой набор лопастных колёс, «запертых» в герметичной камере в форме бублика:

  • насосное колесо приварено к чаше корпуса и соединено с коленвалом;
  • турбина через ступицу насажена на вал трансмиссии, и механически не связана с насосным колесом;
  • реакторное колесо установлено между турбиной и насосом. Предназначено для усиления крутящего момента.

Гидромеханическая коробка передач начинает работать с запуском двигателя: включается масляный насос и насосное колесо. На лопасти колеса попадает жидкость и раскручивается вокруг оси ГДТ. Под действием центробежной силы масло отбрасывается на лопасти турбины, проходит через реактор и возвращается к насосному колесу. Под давлением потока лопатки турбины начинают вращаться, передавая крутящий момент по валу в коробку передач.

Чем выше обороты двигателя, тем быстрее вращаются колёса ГДТ, а крутящий момент снижается. Без реактора «бублик» работал бы только в режиме гидромуфты, передавая вращение без трансформирования. В момент, когда скорости насоса и турбины выравниваются, реактор начинает свободно вращаться, усиливая давление жидкости, попадающей на лопасти насоса.

Большая часть энергии двигателя уходит на перемещение и нагрев масла в ГДТ. В результате снижается общий КПД, и растёт расход топлива. Для устранения этого недостатка в «бублик» устанавливают муфту блокировки с фрикционной накладкой. При включении муфты двигатель и трансмиссия жёстко сцепляются, и передача момента происходит без потерь.

Передаточное число гидротрансформатора достигает максимально 2,5 — 3, что не достаточно для устойчивой работы двигателя в разных режимах движения машины. Нет возможности включить задний ход, поскольку колёса ГДТ вращаются только в одном направлении. Для компенсации этих недостатков гидромеханическая коробка передач оснащена дополнительным узлом.

Конструкция гидромеханики

В ГМП применяют простые ступенчатые или планетарные механизмы с электронным управлением. Принцип работы гидромеханической коробки передач в обоих вариантах заключается в изменении скорости вращения выходного вала за счёт различных передаточных чисел зубчатых передач.

Как работает вальная кпп

Устройство гидромеханической коробки передач вального типа похоже на механическую КПП. Преобразование крутящего момента происходит ступенчато через включение и отключение зубчатых передач, расположенных на параллельных валах. Количество и размер шестерённых пар соответствует определённому передаточному числу.

Первичный, входной вал, получает крутящий момент от гидротрансформатора. Через пару постоянно сцепленных шестерней мощность передаётся на вторичный вал, а затем на колёса. Для получения прямой передачи, в конструкцию добавляют промежуточный вал, а первичный и вторичный валы располагают на одной оси.

Для расширения диапазона скоростей применяются многовальные конструкции с 4 и более валами. Работа коробки при этом усложняется, увеличиваются габариты и масса. Подобные ГМП встречаются на грузовиках-тягачах.

Зубчатыми передачами управляют фрикционные многодисковые муфты. Муфта становится тормозом, когда соединяется с корпусом ГМП. Для включения блокировки масляный насос подает гидравлическое давление на фрикционы. Благодаря фрикционам скорость переключается плавно, а использование гидропривода ускоряет торможение.

Гидромеханические коробки передач вального типа плохо справляются с растущей тягой от повышения грузоподъёмности транспорта, с ужесточением требований по топливной экономичности. Рост параметров значительно увеличивает массу и габариты конструкции. По этим причинам вальные КПП заменяют на планетарные передачи.

Как работает планетарная кпп

Инженеры предпочитают устанавливать в гидромеханическую КПП планетарный механизм вместо ступенчатой конструкции по следующим причинам:

  • компактные размеры;
  • плавная и быстра работа;
  • нет разрыва в передаче мощности при переключении передач;
  • большое количество передаточных чисел за счёт использования многорядных конструкций.

Простая планетарная передача состоит из центральных шестерней: с внутренними зубьями — короны, с внешними зубьями — солнца. Между ними обкатываются зубчатые колёса сателлиты, оси которых закреплены на раме-водиле. В зависимости от конструкции водило соединено с выходным валом или коронной шестерней.

Устройство планетарной коробки определяет её принцип действия. Чтобы изменить крутящий момент гидротрансформатора, один из элементов планетарной передачи вращают, а другой элемент затормаживают. Третий элемент становится ведомым, а его скорость определяется числом зубьев всех шестерней.

Для получения прямой передачи водило и солнечную шестерню жёстко соединяют. Корона не может проворачиваться относительно закреплённой системы, поэтому механизм вращается как единый узел. Передаточное число в этом случае равно 1.

Чтобы получить задний ход, центральные шестерни вращают в одну сторону. Для этого останавливают сателлиты, блокируя водило.

В качестве тормозов планетарной коробки передач используют тормозные ленты или фрикционные диски. Блокировочные элементы работают в автоматическом режиме по сигналу электроники.

Электронная часть гидромеханической акпп

В гидромеханическом автомате отсутствует сцепление, поэтому каждая ступень коробки снабжена элементом переключения. Работу элементов контролирует электронный блок ЭБУ, связанный с блоком управления двигателем. Во время переключения передач автоматически регулируется частота вращения мотора, что помогает достичь оптимальных рабочих характеристик агрегата.

Система электронного управления гидромеханической коробки передач разбита на подсистемы:

  • измерительную — для сбора параметров с датчиков давления, температуры и т.д.;
  • функциональную — для управления маслонасосом, регуляторами давления и т.д.;
  • управляющую — для выдачи сигнальных импульсов.

Для автоматизации управления помимо ЭБУ в систему входят электроклапаны, датчики, усилители, регуляторы, корректирующие элементы и т.д. Электроклапаны — соленоиды, расположены в гидроблоке, и по сигналу ЭБУ открывают канал гидроплиты для прохода жидкости к фрикционам, гидротрансформатору и другим узлам.

http://akppgid.ru/vse-ob-akpp/gidromexanicheskaya-korobka-peredach.html
Источник http://autodont.ru/transmission/gidromexanicheskaya-transmissiya
http://akppoff.ru/korobka-avtomat/gidromehanicheskaya-korobka-peredach

Разновидности автоматических коробок передач машины

Новичкам кажется, что во всех автомобилях установлен один тип автоматической коробки передач, что не совсем верно. Производители оснащают машины различными типами трансмиссий. Изучим особенности каждой «коробки-автомата» — в чём различия.

Какие бывают

По популярности автоматические трансмиссии разделяют на:

  • классические «автоматы»;
  • вариаторы;
  • «роботы».

Давайте разбираться, чем отличается робот от автомата и вариатора — что лучше для водителя.

Классическая коробка-автомат

Классика – это гидромеханическая трансмиссия. Она отличается повышенной прочностью, легче других в ремонте и дешевле обходится. Она надежна, конструкция её давно изучена, но отличается слегка увеличенным расходом топлива и чуть меньшей мощностью на колёсах. Это хороший вариант для водителей, которые не стараются «выжать из авто всё возможное» и для спокойного городского вождения. Это лучшая альтернатива «механики».

Такой тип трансмиссии получил наибольшее распространение среди автолюбителей. В ней соблюден оптимальный баланс технических качеств и стоимости в эксплуатации и ремонте. Об этом говорит статистика, утверждающая, что именно этот тип АКПП чаще всего приобретается. Так как именно такие трансмиссии устанавливают на авто среднего класса, она лучше других подойдет для эксплуатации в городских условиях.

Современные устройства давно избавились от недостатков и имеют приличный ресурс до капитального ремонта. Самые продвинутые модели имеют до 10 ступеней передач. Из минусов: имеет большую массу, динамика машины уменьшается, а расход топлива увеличивается.

Вариатор

Бесступенчатая трансмиссия, или вариатор – коробка передач с плавным переключением скоростей. Данный тип трансмиссии не имеет обычных ступеней передач. Они есть, но «виртуальные», сделанные для удобства управления машиной. Чтобы автомобиль не ехал «на одной ноте». Езда с CVT дает необычные ощущения: прибавляешь газ и следует ровное, без рывков и провалов ускорение.

Конструкция вариатора позволила легко осуществить ручной режим управления: достаточно ввести в память компьютера несколько фиксированных значений передаточного отношения, и его можно будет переключать вручную рычагом или кнопками.

Вариатор – прекрасный выбор. Во время езды можно насладиться плавным ходом и отсутствием малейших рывков при изменении скорости движения. Это хорошая альтернатива классической коробке передач. Такая АКПП хорошо себя покажет на качественных дорогах, где возможен быстрый разгон и движение на большой скорости. Также подойдет для крупных городов с плотным движением и постоянными пробками.

Вариатор максимально экономичен, дает предельно возможную динамику разгона автомобиля, но имеет минусы. Данная коробка боится бездорожья, она может перегреваться в сложных условиях движения. Ремонт обойдется недешево, мастера с нужной квалификацией придется поискать. При нормальной эксплуатации без резких стартов, езды по бездорожью и частой смене масла, ресурс достигает сотен тысяч километров. Поменять «ремень» технически несложно, но дорого.

«Робот»

Роботизированная трансмиссия — это усовершенствованная «механика» с электронными «мозгами». В ней электронный механизм самостоятельно переключает передачи, выжимает сцепление вместо водителя. За это отвечает электронный блок управления. Чем современей его «софт» — тем лучше работает трансмиссия.

Есть «робот» с одним сцеплением — вариант для бюджетных автомобилей. Он лучше, чем обычная «механика», но на нем ощущаются небольшие толчки при переключении скоростей. Такая трансмиссия проста в управлении как «автомат» и экономит топливо как «механика».

Более продвинутым вариантом (уже не дешёвым) является «робот» с двумя сцеплениями. Он обеспечивает более быстрый разгон и плавное движение автомобиля.

При неполадках ремонт механической части не вызывает сложностей, она достаточно надежная. При выходе из строя электронной части – ремонт может быть дорогим, и не каждый мастер справится.

При покупке нового автомобиля и регулярном обслуживании его у дилера о состоянии АКПП любого типа можно не беспокоиться. А на выбор влияют такие факторы, как стоимость, ремонтопригодность, стиль вождения. При современных возможностях ремонта любая «коробка-автомат» имеет право на существование. Что лучше выбрать – дело личного вкуса и финансовых возможностей.

В итоге: АКПП с гидротрансформатором тяжелый, отбирает мощность от мотора и прожорлив; вариатор полегче, тоже ухудшает динамику, но почти не увеличивает аппетит; механика с автоматическим управлением («робот») несколько вяловата, зато экономит бензин.

Водителю на заметку

Многие автолюбители не всегда в состоянии определить, какой именно тип коробки установлен – «классика» или вариатор. На помощь придут несколько признаков, опираясь на которые, легко сделать правильный вывод.

  • Изучение инструкции по эксплуатации. В неё производитель указывает тип трансмиссии. Если там указаны литеры «А/Т», то речь идет о 100% традиционном автомате. Вариатор обозначен как «CVT». Если документы не сохранились, то необходимые сведения можно найти в интернете.
  • Провести тест-драйв машины. Авто, на которых установлен вариатор, едут плавно. Никаких толчков водитель не ощущает. Процесс разгона во многом похож на то, как набирает скорость троллейбус. Автомобили, в которых установлен классический «автомат», ощущается рывки и толчки при переключении скорости.

Можно добавить, что «коробка-автомат» больше подходит для городских условий с достаточно хорошими дорогами. При проживании в сельской местности или за городом, предпочтение стоит отдать более простой в управлении «механике».

Гидромеханическая коробка передач Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Рис.2. Стенд для исследования гидравлического привода тормозов: 1,5 — манометры для измерения давления в трубопроводах до и после усилителя; 2 — блок регистрации

временных характеристик процесса торможения; 3 — поршневой вакуумный насос; 4 — вакуумметр; 6 — датчик максимального давления

В исходную конструкцию стенда внесен ряд изменений, позволяющих выполнять необходимые испытания. Для имитации процесса торможения автомобиля оборудовано рабочее место оператора, установлено дополнительное оборудование и измерительные приборы. Дополнительно к штатному диафрагменному насосу установлен поршневой вакуумный насос, обеспечивающий получение более высокого разряжения в вакуумной камере усилителя. Предусмотрена установка дополнительного рычага для создания тарированного усилия на тормозной педали. Измерение давлений тормозной жидкости до и после усилителя, разряжения в вакуумной камере выполняется с использованием пружинных манометров и вакуумметра.

Стенд позволяет измерять и некоторые временные характеристики процесса торможения: время реакции водителя, время запаздывания тормозного привода и время нарастания давления. Электрическая схема для измерения перечисленных параметров представлена на рис.3.

Рис.3. Электрическая схема для измерения составляющих времени процесса торможения

Регистрация указанных интервалов времени выполняется с использованием магнитоэлектрических счетчиков МЭС-54, включенных в сеть переменного тока частотой 50 Гц. Цена деления счетчика составляет 0.02 секунды. Сигналом к началу торможения служит загорание красной лампы HL1, включаемой выносной кнопкой S3. Одновременно подается питание на обмотку реле К1, контакты

которого запускают счетчик РТ1, регистрирующий время реакции водителя. По мере нарастания давления в приводе срабатывают коммутирующие датчики: датчик, фиксирующий момент нажатия на педаль S3, датчик стоп-сигнала S4, срабатывающий в момент касания тормозных колодок поверхности барабана, и датчик максимального давления в тормозном приводе S5. Управляемые этими датчиками реле К2 — К4 поочередно включают и отключают счетчики. Счетчик РТ2 регистрирует время запаздывания тормозного привода, а счетчик РТ3 фиксирует время нарастания давления.

На рис.4 показана характеристика гидровакуумного усилителя, полученная в ходе доводки стенда. На графике показаны зависимость давления после гидравлического цилиндра усилителя при неработающем и работающем усилителе (обозначение соответственно Р2бу и Р2су) и кривая изменения коэффициента усиления усилителя Ку в зависимости от давления тормозной жидкости в главном тормозном цилиндре Р1 (до усилителя). Эксперимент проводился при максимальном разряжении в вакуумной камере равном 30 кПа.

Р1,МПа

Рис.4. Характеристика гидровакуумного усилителя

Стенд предназначен для исследования характеристик установленных на него усилителей тормозов и влияния на них конструктивных параметров, входящих в выражение (1). Стенд так же используется в учебном процессе при изучении студентами специальности 190201 дисциплины «Конструирование и расчет автомобиля и трактора».

Список литературы

1. Армейские автомобили. Конструкция и расчет. М.М. Запрягаев, Л.К. Крылов, Е.И. Мигидович и др./Подред. А.С. Антонова. — М.: Изд-во Министерства обороны СССР, 1970. — Ч.2. — 480 с.

УДК 629.113-585 Б.М. Тверсков

Курганский государственный университет

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

Аннотация

Дано описание гидромеханической коробки передач, в которой для включения передач используется электронная система синхронизации скоростей вращения соединяемых деталей.

Ключевые слова: коробка передач, блок управления, гидротрансформатор.

B.M.Tverskov Kurgan State University

HYDROMECHANICAL GEAR BOX

Annotation

In the article hydromechanical gear box with electronic system used to synchronize the rotational speed of connected components is described.

Key words: gear box, controller, hydraulic torque converter.

В статье приводится описание гидромеханической коробки передач, в которой для включения передач используется электронная система синхронизации скоростей вращения соединяемых деталей, а также возможно включение передач рычагом в случае выхода из строя электронной системы.

Чтобы включение передачи произошло, необходимы одинаковые окружные скорости зубьев соединяемой пары шестерен или шестерни и муфты, если включение происходит с помощью зубчатых муфт. Смещением шестерни включается передача заднего хода, а также иногда — первая передача. Для включения других передач чаще используются зубчатые муфты. Чтобы включение было легким, торцы зубьев заостряются. Иногда используются так называемые муфты легкого включения, особенностью которых является различная длина соседних зубьев муфты со стороны включения. В момент включения передачи скорости выравниваются ударами скосов зубьев. При разнице передаточных чисел не более 20% передачи легко включаются и без синхронизаторов. В коробках передач американских тягачей с числом передач 14-16 синхронизаторов обычно нет, но передаточные числа соседних передач отличаются не более, чем на 20% (рис. 1).

Рис. 1. Коробка передач США с 15-ю передачами

Наибольшая разница скоростей соединяемых в коробке передач шестерен бывает перед началом движения. Выходной вал коробки передач при этом неподвижен, а соединенный с двигателем промежуточный вал вращается. Если сцепление ведет, а синхронизаторы отсутствуют, включить передачу на месте крайне трудно. Однако после того, как автомобиль начал движение, следующие передачи включаются без особого труда путем снижения частоты вращения промежуточного вала уменьшением подачи топлива в цилиндры двигателя. Когда нужно включить низшую передачу, частота вращения промежуточного вала должна увеличиваться.

До появления в автомобильных коробках передач синхронизаторов включение передач рекомендовалось

производить двойным выжимом педали сцепления. Чтобы при разгоне автомобиля включить следующую передачу, выжимается педаль сцепления и рычаг включения передач выводится в нейтральное положение. После этого педаль сцепления отпускается на 1-2 секунды, обороты промежуточного вала снижаются, педаль сцепления вновь выжимается и без стука зубьев включается очередная высшая передача. Если требуется включить низшую передачу, то после выжима педали сцепления и выведения рычага включения передач в нейтральное положение, педаль сцепления отпускается. Далее водитель резко качком нажимает педаль подачи топлива (газа), вновь выжимает педаль сцепления и включает передачу. Такой способ включения на автомобилях с коробками передач без синхронизаторов был хорошо отработан и никаких трудностей у профессионалов не вызывал.

Полное равенство оборотов соединяемых деталей при этом, конечно, не получается, но оно практически и не требуется. Небольшая разница скоростей выравнивается за счет скоса зубьев. При достаточном навыке включение передачи происходит четко и без стука зубьев шестерен (муфт). Считалось: если при включении передач зубья трещат, водитель не умеет включать передачи. Опытные водители могут включать передачи без выжима педали сцепления.

Старые грузовики до сих пор ходят с такими коробками передач. Существовало мнение, что водителям-профессионалам синхронизаторы в коробках передач не нужны.

В известных вальных гидромеханических коробках передач типа \Л/ЭК для включения передач устанавливаются сцепление и синхронизаторы. В разработанной гидромеханической коробке (рис.2) сцепление и синхронизаторы отсутствуют, что упрощает коробку, сокращает её длину и делает более надежной.

Тип спроектированной коробки — трехвальная с неподвижными осями валов, четырехступенчатая. Максимальная скорость автомобилей, для которых предназначена коробка — 65-70 км/ч. Для столь низких скоростей число передач больше четырех практически не требуется. Эксплуатация тягача МАЭ-537 с трехступенчатой коробкой передач при таких скоростях нареканий из-за малого числа передач не вызывала. Вместе с двухступенчатой раздаточной коробкой и гидротрансформатором обеспечивается движение в самых различных условиях. Гидротрансформатор с корпусом и системой блокировки в спроектированной коробке передач такой же, как на МАЗ-537. Корпус гидротрансформатора соединяется с корпусом вальной коробки передач через тот же центрирующий поясок на корпусе гидротрансформатора и крепится такими же болтами и шпильками, какие используются для соединения с корпусом планетарной коробки. При отсоединении корпуса гидротрансформатора от корпуса коробки передач турбинный вал выходит из шлицевого отверстия ведущей шестерни. Масляные системы коробки и гидротрансформаторы объединены, слив масла из корпуса гидротрансформатора производится через патрубок в корпус коробки передач, где установлен заборник для масла. Чтобы коробки были взаимозаменяемы, длина вальной гидромеханической коробки по фланцам входного и выходного валов сделана такой же, как с планетарной, При проектировании это вызывало значительные трудности и наложило целый ряд ограничений, т.к. вальная коробка обычно длиннее. Расстояние между осями выходного и промежуточного валов — 200 мм. Коробка передач может работать с двигателем мощностью до 700 л.с. (рис.3).

Рис. 2. Гидромеханическая вальная коробка передач

Рис. 3. Гидромеханическая планетарная коробка передач

Так как гидротрансформатор двигатель от трансмиссии полностью не отсоединяет даже при самых малых оборотах, для остановки промежуточного вала при включении передач на его наружном конце установлен тормоз. Вместо двух возможных мест разрыва потока мощности при включении передач (в сцеплении и гидротрансформаторе) используется одно.

Сцепление на автомобиле с механической коробкой необходимо для плавного трогания с места. Здесь это выполняет гидротрансформатор. Момент на тормозе в десятки раз меньше, чем передаваемый сцеплением. Так как тормоз размещен снаружи, он не имеет тех трудностей в обслуживании и ремонте, какие являются обычными для сцепления.

Когда автомобиль неподвижен и промежуточный вал заторможен, передача включается без стука зубьев. Чтобы перед включением других передач получить нужную

частоту вращения промежуточного вала, используется электронная система синхронизации скоростей вращения соединяемых деталей (рис. 4). С помощью этой системы промежуточный вал тормозится или разгоняется до нужных оборотов.

Система синхронизации содержит два тахогенерато-ра, один из которых соединен с промежуточным валом, другой — с выходным валом коробки передач. После того как водитель подвел рычаг включения передач к положению включения нужной передачи, сначала включается система синхронизации. Подаваемые тахогенераторами напряжения сравнивается в блоке управления, откуда поступает сигнал на торможение или разгон промежуточного вала. В первом случае срабатывает тормоз, во втором — увеличиваются обороты за счет большей подачи топлива в цилиндры двигателя.

Передаточные числа Бальная коробка передач

первая передача -3,3 вторая передача — 2,31 третья передача -1,55 четвертая передача — 1,0 задний ход -3,9

Планетарная коробка передач

первая передача — 3,2

вторая передача — 1,8

третья передача — 1,0

задний ход — 1,6

Рис. 4. Схема управления вальной коробкой передач: 1 — тормоз; 2, 3, 4, 5- пневмоэлектрокпапаны; 6 — пневмоцилиндр включения передач; 7, 8- электродатчики (тахогенераторы) на выходном и промежуточном валах;

9 — пневмоцилиндр тормоза; 10 — блок управления;

11 — пневмоцилиндр для увеличения оборотов коленчатого вала; 12- рычаг включения передач

Когда отношение скоростей вращения выходного и промежуточного валов становится равным передаточному числу соединяемой пары шестерен, на электропнев-мокпапан пневмоцилиндра, включающего передачу, подается сигнал. Одновременно на контрольное табло подается сигнал о готовности системы к включению. Водитель лишь придерживает рычаг включения передач, не допуская удар от пневмоцилиндра на детали коробки передач (шестерни, муфты), т.к. при ударах они быстро изнашиваются или ломаются. Задняя передача включается на месте, когда промежуточный вал заторможен, электронная синхронизация для её включения не требуется.

Срок службы используемой на тягачах планетарной коробки с фрикционным включением передач ограничен по причине выхода их строя фрикционов. С падением давления поступающего в бустеры фрикционов масла, что происходит из-за износа насосов, начинается буксование дисков фрикционов. Это ведет к их сильному нагреву, короблению и выходу из строя коробки передач.

Другим недостатком планетарной коробки является малое передаточное число задней передачи — 1,6, тогда как передаточное число первой передачи — 3,2. В сложных условиях это затрудняет движение автомобиля назад. К тому же стоимость изготовления планетарной коробки несравнимо выше.

Коэффициент трансформации гидротрансформатора-3,5 Мн = Х-у пн2• с!5

В случае выхода из строя электронной системы синхронизации, затормозив промежуточный вал, можно рычагом включить любую передачу, в том числе высшую, и начать движение. Так как коэффициент трансформации гидротрансформатора высокий (он равен передаточному диапазону коробки передач), разгонные качества автомобиля будут вполне удовлетворительные. На автомобиле с обычной механической коробкой передач без гидротрансформатора включить передачу и начать движение, когда сцепление вышло из строя, практически невозможно.

Если перед началом движения при неработающей электронной системе синхронизации включить первую передачу, то другие передачи при разгоне следует включать с частичным торможением промежуточного вала при выведенном в нейтральное положение рычаге включения передач. Для включения низшей передачи необходимо увеличить обороты промежуточного вала, для чего рычаг включения передач нужно вывести в нейтральное положение, нажать на педаль подачи топлива и включить передачу. Конечно, это требует навыков. Но это аварийные, запасные варианты включения, их использование предусматривается в экстренных случаях. В основном же включение передач производится после автоматической синхронизации скоростей соединяемых деталей электронной системой и сигнала (светового, звукового) водителю о равенстве оборотов соединяемых деталей коробки передач.

Так как при наличии гидротрансформатора количество переключений передач резко сокращается, водитель может решить, нужна ли ему автоматическая система синхронизации или он может включать передачи и без неё. Наиболее трудным при включении передач является включение на месте. Но при наличии тормоза на промежуточном валу проблем с этим нет. Опыт показал, что после остановки тормозом промежуточного вала включение передач на месте происходит без затруднений.

В механической коробке передач для включения передач в движении необходимо изменить скорость вращения сравнительно легкого ведомого диска сцепления. В данном случае изменяется скорость турбинного колеса, момент инерции которого значительно больше. Но при наличии тормоза это решается. Насколько гидротрансформатор и тормоз могут заменить сцепление, может показать эксплуатация автомобиля с такой системой.

Способствуют включению передач пневмоусилите-ли, без которых на тяжелых автомобилях не обходятся. Отработка предлагаемой системы включения может быть в условиях эксплуатации.

При движении с неработающей системой синхронизации можно обычным образом блокировать гидротрансформатор и не допускать перерасход топлива.

Разработанная гидромеханическая коробка передач обладает целым рядом преимуществ по сравнению с указанной планетарной, исключительно сложной и дорогой в производстве и ремонте, а главное, выходящей из строя

при снижении давления масла в бустыре фрикциона. Простая конструкция может быстро восстановлена в чрезвычайных условиях. При этом работа по ремонту требует значительно меньшей квалификации. Восстановить коробку передач с включением передач фрикционами в таких условиях значительно сложнее.

Разработанная коробка обладает автоматичностью действия, так как имеется гидротрансформатор: количество переключений передач сокращается в несколько раз, потому они не утомительны.

Система блокировки гидротрансформатора замечаний не имеет. Для блокировки большой момент не требуется, к тому же, в экстренных случаях возможна работа гидротрансформатора и без блокировки.

Фрикционное включение передач в автомобильных коробках делается, если коробка автоматическая. Если же коробка не автоматическая, а как указанная планетарная, передачи включаются шлицевыми муфтами или смещением шестерен. Использовать в неавтоматической автомобильной коробке фрикционное включение, как правило, не оправдано: это слишком дорого и есть большая вероятность выходов из строя коробки в случае снижения давления масла в системе включения фрикционов, что и отмечается в указанной планетарной коробке. Работающие в масле, выполненные из высококачественной стали, имеющие высокую твердость шестерни масляных насосов могут сравнительно быстро изнашиваться, после чего насос не создаёт нужное давление. Надежность работы насосов может решаться за счет большого запаса давления в системе. Избыточного давления должно хватать на срок службы коробки передач при постоянном его снижении из-за износов. А это требует увеличения размеров фрикциона.

Сгорание фрикциона в планетарной коробке означает прекращение движения и очень серьезный ремонт. Выход из строя системы синхронизации — всего лишь необходимость включать передачи иным образом, что при наличии гидротрансформатора и тормоза на промежуточном валу вполне возможно. Отсутствие зависимости передаваемого крутящего момента от давления масла и включение передач шлицевым соединением делают коробку надежной и с большим КПД.

УДК 629.113 С.П. Жаров

Курганский государственный университет

АНАЛИЗ КАЧЕСТВА МОТОРНОГО МАСЛА В УСЛОВИЯХ ПРЕДПРИЯТИЙ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА

Аннотация

В статье рассмотрены простейшие методы анализа качества моторного масла, позволяющие проверить его даже в условиях автотранспортного предприятия. Методика позволяет, используя разработанное программное обеспечение, путем экспериментального измерения кинематической вязкости масла, определить его индекс вязкости и принадлежность к соответствующему классу вязкости.

Ключевые слова: автомобиль, масло, вязкость, качество.

S.P. Zharov

Kurgan State University

THE QUALITY ANALYSIS OF THE ENGINE OIL IN THE CONDITIONS OF THE MOTOR TRANSPORT ENTERPRISES

Annotation

In article the elementary methods of the quality analysis of the engine oil are considered, allow checking it up even in the conditions of a motor transport enterprise. The technique allows using the developed software, by experimental measurement of kinematic viscosity of oil, to define its index of viscosity and an accessory to corresponding class of viscosity.

Keywords: a car, oil, viscosity, quality.

ВВЕДЕНИЕ

Вязкость моторных масел оказывает значительное влияние на надежность, безотказность, долговечность, а также эффективность работы двигателя. От вязкости моторного масла, при рабочих температурах зависят характер и вид трения в трущихся сопряжениях двигателя, затраты энергии на циркуляцию масла в системе смазки, отвод тепла от нагретых деталей, вязкость масла при низких температурах обеспечивает возможность пуска двигателя, продолжительность пуска холодного двигателя и связанные с этим износы. В последние годы на рынке автомобильных эксплуатационных материалов появляются некондиционные продукты, а нередко и откровенные подделки. Это касается в том числе и моторных масел.

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Известно, что вязкость масла, как и вязкость любой жидкости, изменяется в зависимости от изменения температуры. Принципиальная зависимость вязкости моторных масел оттемпературы выражается логарифмической кривой, которая достаточно точно описывается эмпирической формулой и имеет вид:

л/lgV=A + %, (1)

где г| — динамическая вязкость масла;

Т — абсолютная температура масла;

А и В — коэффициенты, постоянные для данного масла.

Формула позволяет представить вязкостно-температурную характеристику масла в координатах 1Я, функции -iJlgT , представляющую собой прямолинейную зависимость.

На основе используемых зависимостей разработаны специальные координатные сетки, по которым можно очень быстро построить вязкостно-температурные характеристики различных моторных масел, представляющие собой в этих координатных сетках прямые линии.

Поскольку через две точки можно провести прямую линию, то, пользуясь прямолинейной зависимостью вязкости от температуры в логарифмических координатах, можно графически по номограмме (рис.1) определить вязкость масла при любой температуре, если известна его вязкость при двух каких-либо температурах. Однако, для повышения достоверности характеристики в процессе лабораторных измерений стараются получить данные для построения прямой линии в логарифмических координатах по большему числу точек.

«Автомат», «палка», робот или гидростатическая трансмиссия?

Споры непримиримых лагерей сторонников ручного и автоматического переключения скоростей вскоре могут уйти в небытие. Всё больше моделей коммерческого транспорта получают автоматические или роботизированные коробки передач, а спецтехника — бесступенчатые. В чём их плюсы и недостатки для водителей, и ждать ли их распространения в разных видах техники? Об этом мы беседуем сегодня за нашим виртуальным круглым столом с экспертами рынка.

— Раньше бытовало мнение, что у транспорта с механической коробкой передач расход топлива меньше, чем у аналогов с другими типами коробок передач. Это действительно так или ситуация изменилась?

Вадим Каменсков, глава представительства Allison Transmission в РФ и СНГ, кандидат технических наук

«Для полноценного ответа на данный вопрос необходимо дать чёткое определение понятию «расход топлива» и ответить на вопрос: «расход на что?». Нередко за расход топлива мы принимаем привычное нам как автовладельцам отношение литров израсходованного топлива к 100 километрам пройденного пути. Данная оценка зачастую неприменима к  коммерческой технике, и это легко проиллюстрировать. В среднем на 100 километров пути расход топлива у мопеда с двигателем 50 см3 составляет приблизительно 4 литра, тогда как седельный тягач потребляет около 30.

Можно ли сказать, что мопед более экономичен? Смотря для какой работы. Чтобы перевезти 20 тонн груза на 100 километров, тягачу потребуется 30 литров, тогда как на «экономичном» мопеде придется сделать около 300 ходок и израсходовать около 1000 литров. Однако доставлять небольшое курьерское отправление в соседний район вряд ли целесообразно на седельном тягаче.

Для коммерческого транспорта более корректно сравнивать эффективность расходования топлива как меру количества полезной работы, выполненной на литр затраченного топлива. В своей работе мы часто становимся свидетелями переоценки понятия «расход топлива» со стороны руководства эксплуатирующих организаций, когда в их парк поступает техника с автоматической трансмиссией Allison.

Например, один из заказчиков выразил недовольство, столкнувшись с повышенным расходом топлива на пополнивших парк лесовозах с АКП. Однако при более детальном рассмотрении оказалось, что машины с АКП также привозили больше леса и в отношении вывоза леса на литр расходуемого топлива сильно опережали такие же машины с механической коробкой передач. Большая эффективность обуславливалась тем, что машины с АКП преодолевали плечо быстрее, т. е. выполняли больше работы в единицу времени. Повышение продуктивности единичного транспортного средства целесообразно, так как позволяет уменьшить количество машин в парке без ущерба для количества выполняемой парком работы.

Опыт показывает, что эффективность механической и роботизированной коробок передач проявляется в простых нагрузочных циклах, характеризующихся малым количеством переключений передач на километр пути. В тяжёлых условиях, с низкой средней скоростью и большим количеством переключений передач на километр пути более эффективна гидромеханическая планетарная АКП».

Александр Нилов, технический инструктор John Deere

«Транспорт и строительные машины ― это две совершенно отдельные истории, потому что в ДСТ и сельскохозяйственных машинах важен высокий крутящий момент, а для транспорта он не так критичен, как и работа на одних и тех же передачах.

Да, с механической коробкой расход топлива чуть меньше, но сейчас все коробки передач, которые обладают гидротрансформатором (то есть устройством для передачи энергии от двигателя к трансмиссии), оснащены блокировкой этого гидротрансформатора. В этом случае коробка превращается в механическую, поэтому говорить о повышенном расходе топлива не совсем корректно. При этом удобство в эксплуатации и надёжность такой трансмиссии в разы превосходит затраты на топливо.

Так что ситуация изменилась, поскольку современные коробки гораздо «умнее». У John Deere не все машины оснащены коробками с гидротрансформаторами: например, в грейдерах стоит трансмиссия, переключаемая в зависимости от ситуации. Она полностью автоматическая и управляется трансмиссионым блоком управления, в ней нет гидротрансформатора. На экскаваторах-погрузчиках стоит гидротрансформатор и  коробка передач с муфтами, которые управляются при помощи трансмиссионного электронного блока управления.

Это даёт большое удобство оператору, сокращает износ трансмиссии и позволяет в итоге сэкономить топливо, потому что различные устройства, такие как отключение сцепления в момент поднятия ковша, позволяют не нагружать двигатель напрасно».

Максим Левинсон, менеджер отдела гарантии и технической поддержки ООО «Скания-Русь» (Scania)

«Во многом это действительно так. Если говорить о тяжёлых грузовых автомобилях, то на них устанавливаются 10-16-ти скоростные коробки передач, которые позволяют наиболее эффективно использовать возможности двигателя в  различных дорожных ситуациях, а значит, добиваться минимального расхода топлива. Кроме того, механические коробки передач имеют более высокий КПД, что объясняется меньшими внутренними потерями на прокачку рабочей жидкости».

Игорь Валеев, заместитель главного конструктора по автомобилям научно-технического центра ПАО «КАМАЗ»

«С развитием технологий, совершенствованием алгоритмов переключения передач механические коробки передач уступают по расходу топлива, например, автоматизированным коробкам передач, т. к. в случае применения автоматизированной коробки передач мы исключаем влияние человеческого фактора, всё переключение происходит по заранее прописанному алгоритму, который оптимизирован под конкретные условия движения.

Например, можно активировать режим, который обеспечивает максимальную топливную экономичность, а можно обеспечить максимальные динамические характеристики автомобиля. Также в современных автоматизированных коробках передач предусмотрена возможность «видеть» маршрут и рельеф местности, что позволяет «предугадывать» моменты переключения передач, что также способствует снижению расхода топлива».

Фёдор Колесник, ведущий специалист отдела технической поддержки и омологации ООО «КЛААС» (CLAAS)

«В случае с сельскохозяйственной техникой это не совсем так. На мощных тракторах в подавляющем большинстве сейчас устанавливают автоматизированную трансмиссию. Например, гидромеханическую, где переключение передач происходит либо полностью автоматически, либо вручную ― с разрывом и без разрыва потока мощности.

Есть КПП полностью бесступенчатые, где в процессе переключения передач механизатор вообще не принимает участия. Один из лидеров в производстве таких КПП ― компания ZF. Такие трансмиссии позволяют двигателю трактора уходить в диапазон вплоть до 1300 оборотов в минуту. А это существенно снижает расход топлива. Чем меньше обороты мотора, тем меньше тактов впрыска делает топливная система в рабочую зону. Соответственно, расход горючего будет меньше. А самое главное ― человек вообще не принимает участия в процессе выбора передаточного отношения КПП.

В случае с механической КПП за изменение передаточного числа отвечает сам механизатор. Он должен подумать и решить, какую передачу подобрать и включить для выполнения той либо иной операции. И его решения не всегда эффективны, что отражается на расходе топлива».

— В условиях плотного трафика и обилия светофоров водители зачастую устают выжимать сцепление и переключать скорости, чтобы трогаться «в час по чайной ложке». Такая же ситуация в случае монотонных операций на спецтехнике. Какие решения производители стали предлагать для снижения усталости водителей/операторов по этой причине?

Максим Левинсон, Scania

«Если речь идёт о маршрутных транспортных средствах или коммунальной и развозной технике, совершающей более 10 остановок на 1 км движения, то, действительно, на передний план выходят проблемы усталости водителя и износа деталей, которые обеспечивают трогание с места. В таких условиях более выгодными становятся гидро- или электромеханические трансмиссии. Последние позволяют, кроме снижения потерь на проскальзывание, вернуть часть энергии при торможении, но нуждаются в дорогостоящем блоке батарей».

Игорь Валеев, ПАО «КАМАЗ»

«Для решения этих вопросов возможно применение либо автоматических (гидромеханических) трансмиссий, либо автоматизированных. Главной особенностью автоматических (гидромеханических) коробок передач является наличие гидротрасформатора ― гидравлического устройства, служащего для преобразования (изменения) крутящего момента от двигателя к трансмиссии. Гидротрансформатор способен увеличивать момент на ведомом валу в зависимости от действующих на него сил сопротивления.

Главными преимуществами такого типа коробок передач является максимально плавное переключение передач и передача крутящего момента. Главным недостатком таких коробок передач является их высокая сложность, стоимость и относительно низкий КПД (по сравнению с механическими коробками передач).

Автоматизированные коробки передач по своей сути представляют собой обычные механические коробки передач, в которых автоматизирован процесс переключения передач, что позволяет полностью исключить участие водителя в этом процессе, отдав его на откуп исполнительным механизмам. При этом КПД таких коробок передач выше, чем у гидромеханических.

Гидромеханические коробки передач целесообразно использовать на тяжелой внедорожной технике, где во главе угла стоит плавность передачи крутящего момента от двигателя к колёсам автомобиля. Для дорожных автомобилей целесообразно использовать автоматизированные коробки передач, т. к. они обеспечивают максимальную топливную экономичность».

Вадим Каменсков, Allison Transmission

«Если рассматривать коммерческую тяжёлую технику, то её передвижение по дорогам вносит свою специфику в управление. Помимо проблем с троганием машины массой 50+ тонн с МКПП, любой водитель знает про риск перегрева тормозов при спуске. Если предстоит продолжительный спуск, то пользоваться рабочей тормозной системой эффективно не получится. Любое нажатие на тормоз ведёт к очень быстрому росту температуры тормозных колодок. А если отпустить педаль тормоза, чтобы дать колодкам остыть, то огромная масса машины за несколько секунд разгонит её до неуправляемой скорости.

Для таких случаев производители спецтехники предусматривают вспомогательную тормозную систему: моторный горный тормоз и  различные типы замедлителей. В зависимости от типа замедлителя, водителю может потребоваться заранее включить определённую передачу, потом включить дополнительный тормоз, который обычно срабатывает с задержкой.

Для облегчения работы водителя существует функция контроля скорости на спуске, принцип работы которой напоминает знакомый всем «круизконтроль». В зависимости от первоначальных настроек, электронный блок управления АКП постоянно отслеживает поведение водителя, текущую скорость машины и уклон, на котором происходит движение. Когда машина начинает движение вниз и водитель снимает ногу с педали газа или же слегка нажимает на педаль тормоза (сценарий предварительно настраивается производителем ТС), блок управления АКП запоминает скорость, с который двигалась машина, и уже самостоятельно выбирает передачу и степень срабатывания гидрозамедлителя АКП или моторного тормоза для поддержания нужной скорости без нажатия на педаль тормоза.

Водитель легко может уменьшить или увеличить скорость спуска нажатиями на педаль тормоза или газа. Для операторов узкоспециализированной техники есть всевозможные комбинации режимов автоматического включения и удержания передач».

Фёдор Колесник, CLAAS

«Сейчас в тракторной технике применяют много разных систем, направленных на снижение усталости механизатора. Например, CLAAS Sequence Management. Система записывает последовательность действий при выполнении с/х операции, которую выполняет механизатор, заезжая в загонку и  выезжая из неё.

Далее ему остается нажать на определённую клавишу, после чего машина сама будет повторять операции, которые он выполнил. За счёт этого значительно снижается нагрузка на механизатора в процессе работы.
Уменьшают её и бесступенчатые, гидромеханические КПП. Механизатор не думает о процессе выбора и включения необходимой передачи, меньше устаёт, и, как следствие, даёт большую выработку к концу рабочего дня».

Александр Нилов, John Deere

«Я бы не сказал, что строительная или сельхозтехника всё время останавливалась и трогалась, это больше актуально для легковых машин в пробках. Но на грейдерах, скажем, вообще не нужно трогать педаль сцепления, как и на бульдозерах. На экскаваторах-погрузчиках тоже, потому что всё это делает автоматика. Она вовремя и разомкнёт, и замкнёт муфту сцепления.

На грейдерах John Deere установлена передовая мощная трансмиссия, которая переключается в зависимости от ситуации. Например, если грейдер сначала снимает небольшой слой почвы, и нагрузка на него небольшая, то он может двигаться на высоких скоростях, а при возрастании нагрузки автоматически снижаются передачи, что позволяет сохранять наибольшее тяговое усилие и наибольшую производительность. Более того, операторам советуют не пользоваться сцеплением, на наших машинах это делать не нужно и даже вредно, потому что автоматика выполняет это качественнее».

— «Механику» ремонтировать проще и дешевле, уверены многие водители. так ли это, если сравнить ресурс трансмиссии, стоимость комплектующих и работы?

Александр Нилов, John Deere

«Самая дорогая машина ― это та машина, которая стоит в ремонте, потому что она не приносит прибыль. Даже если ремонтировать механическую трансмиссию проще и дешевле, она всё равно проигрывает трансмиссии, которую вообще не нужно часто снимать и ремонтировать.

Трудно сравнивать стоимость комплектующих и работы, но я знаю, что технические специалисты, занятые в ремонте трансмиссий, исправляют их быстро, аккуратно и надёжно. Наши коробки работают годами, и нарекания бывают крайне редко. Поэтому лучше не ремонтировать, чем ремонтировать, и лучше иметь автоматическую коробку, чем простую механическую, которую нужно часто чинить».

Вадим Каменсков, Allison Transmission

«Единичный ремонт механической коробки передач действительно дешевле и менее требователен к квалификации механика по сравнению с другими типами коробок передач. Вопрос в количестве таких ремонтов за срок эксплуатации. В своей работе мы сталкивались с парками, которые сразу при закупке тяжёлых грузовиков приобретали подменные механические коробки передач. Не менее важен в данном вопросе и учёт таких факторов, как упущенная от простоя во время ремонта механической коробки передач выгода.

Кроме этого, нужно учитывать, что коробка передач является крупным узлом, влияющим на режимы работы других сочленённых с ней узлов. Опыт нашей работы показывает, что гидромеханическая планетарная АКП снижает динамические нагрузки во всей трансмиссии. Это положительно сказывается на снижении расходов на ремонт крестовин, редукторов, осей и облегчает работу силовой установки.

Конечной целью эксплуатации коммерческого транспорта является выполнение работы с максимальной экономической эффективностью. Поэтому целесообразно оценивать влияние типа коробки передач на стоимость владения всего транспортного средства. Опыт работы наших клиентов показывает, что в тяжёлых условиях эксплуатации расходы на ремонты на машине с механической коробкой передач выше таких расходов на машине с АКП на отрезке жизненного цикла. Причем разрыв растёт экспоненциально по мере старения и износа техники.

Современные гидромеханические планетарные АКП, применяемые на коммерческой технике, уже давно используют адаптивные алгоритмы компенсации естественного износа и не требуют дополнительной регулировки во время всего срока службы. Такие АКП непрерывно проводят «самонастройку», что приводит к минимизации работ по сервисному обслуживанию. А «мокрые» сцепления (муфты), применяемые в АКП, более долговечны».

Максим Левинсон, Scania

«В целом это так. Стоимость ремонта зависит от трудоёмкости работ и требуемой квалификации персонала. Для устранения неисправностей гидромеханических трансмиссий необходимо специальное оборудование, отдельное помещение, а  также большое количество расходных элементов и материалов. С другой стороны, современные гидромеханические коробки Allison или ZF обладают высокой надёжностью и  при соблюдении правил эксплуатации и обслуживания служат очень долго».

Игорь Валеев, ПАО «КАМАЗ»

«Если говорить об автоматических (гидромеханических) коробках передач, то, да, их ремонт требует высокой квалификации персонала. Если говорить об автоматизированных коробках передач, то ремонт их механической части ничем не отличается от ремонта обычной механической коробки передач».

Фёдор Колесник, CLAAS

«Возможно, так было 10-15 лет назад, когда вся техника работала, в основном, на механических КПП. Запчастей для них требовалось немного, сервис был хорошо развит. Но сейчас техника стала более современной, а вслед за этим усовершенствовался и сервис. На тракторы теперь устанавливают либо гидромеханические, либо бесступенчатые трансмиссии. И при необходимости их можно отремонтировать в любом сервисном центре официального дилера CLAAS.

Возможно, стоимость оригинальных комплектующих и самой работы будет немного дороже при ремонте бесступенчатой КПП. Но  если мы сравним конечную выгоду от использования механической коробки и бесступенчатой, то станет очевидно: преимущества от использования последней с лихвой покрывают экономию денежных средств, полученную за счёт меньшей цены на комплектующие и работу для механической КПП».

— Есть мнение, что роботизированные коробки плохо справляются с затяжными подъёмами и перегреваются. Так ли это, и как производители рекомендуют
не попадать в такие ситуации?

Игорь Валеев, ПАО «КАМАЗ»

«Нет, это не соответствует действительности».

Фёдор Колесник, CLAAS

«Вероятно, такое мнение сложилось лет 5-7 назад, когда у КПП было не более 10 передач. Соответственно, если трактор ехал в гору, механизатор был вынужден переключаться с одной передачи на другую, чтобы поддерживать оптимальный крутящий момент на колёсах в случае, если была механическая КПП.
При наличии роботизированной КПП иногда происходило следующее: при движении в гору робот переключал передачи с одной на другую, чтоб уверенно двигаться вперед. Это было связано с небольшим диапазоном передач и приводило к перегреву масла внутри КПП.

Механизатор в таком случае был вынужден останавливать трактор и  ждать, пока масло остынет. Но сейчас у большинства роботизированных КПП достаточно большой диапазон передач, соответственно, таких негативных моментов, как раньше, практически не случается. Другими словами, нынешние роботизированные КПП, имея большой диапазон передач, выбирают ту, которая удовлетворяет скорости, и снижают излишнюю частоту вращения внутри КПП».

Максим Левинсон, Scania

«Нет, не так. Роботизированная коробка передач ― это обычная механическая коробка, оснащенная актуаторами, которые выполняют действия по включению и выключению сцепления и перемещению вилок включения передач. На работу самой коробки система управления не оказывает никакого влияния.

Соответственно, на подъём по грязи или скользкой дороге автомобили с роботизированными трансмиссиями идут точно также, как и с обычными ручными. Разница лишь в качестве программного обеспечения, которое может быть лучше адаптировано для тех или иных условий. Кроме того, любой «робот» имеет режим ручного переключения, когда водитель может самостоятельно выбирать передачу.

Так, например, компания Scania выводит в настоящее время новую линейку коробок передач G33/G25 с расширенным диапазоном передаточных чисел, которая имеет только роботизированную систему переключения Scania Opticruise и предназначена для автомобилей, работающих в особо тяжёлых условиях. Благодаря оптимальному выбору передачи для движения в конкретных условиях такие коробки передач снижают расход топлива как минимум на 1% по сравнению с традиционным ручным управлением».

Александр Нилов, John Deere

«Возможно, это справедливо для легковых автомобилей, и то машины, которые плохо справляются с затяжными подъёмами и перегреваются, ― плохие. Наша техника рассчитана на работу в тяжёлых условиях, на перемещение большого количества грунта, высокое тяговое усилие, и жалобы на перегрев трансмиссий John Deere никогда не поступали. Если взять грейдеры, то у них очень интересно сделана система охлаждения: радиаторы стоят буквой П.

Они находятся не друг за другом, как на многих машинах, поэтому воздух свободно проходит через радиаторы, и получается очень высокая теплоотдача. На грейдерах есть трансмиссия Event Base Shift, о которой я уже упомянул: она переключается в зависимости от нагрузки. Она прекрасно охлаждается, инженеры рассчитали самые тяжёлые моменты при жаркой погоде, поэтому проблем с перегревом не бывает».

Вадим Каменсков, Allison Transmission

«Принцип работы известных на данный момент серийных моделей роботизированных коробок передач с одним и двумя сцеплениями можно упрощённо охарактеризовать так: при каждом трогании и переключении передач происходит кратковременная передача управления двигателем блоку управления коробкой передач. Блок роботизированной коробки передач на некоторое время снижает крутящий момент до минимума, а после выполняет переключение.

Процесс очень похож на езду на механической коробке передач, когда водитель отпускает газ, а потом выжимает сцепление и переключает передачу.

Дело в том, что, во-первых, текущие модели роботизированных коробок передач при проектировании до сих пор конструктивно остаются именно роботизированными механическими коробками передач, где все действия вместо водителя осуществляют сервоприводы, и поэтому до сих пор сохраняются особенности работы, которые присущи МКП. А во-вторых, даже при использовании более распространённых сейчас в легковом сегменте роботизированных коробок передач с двумя сцеплениями, необходимо все равно снижать крутящий момент во время переключений и при трогании для обеспечения ресурса коробки при сохранении комфорта передвижения.

При езде на машине с МКП в подъём многие обращали внимание, что при трогании сцепление отпускается долго с большим проскальзыванием. Таким образом водитель обеспечивает более плавное нарастание крутящего момента без риска заглушить двигатель. Но при проскальзывании сцепления, а особенно если речь идёт о коммерческом транспорте, где мощности более 500 л. с. не редкость, такое сцепление будет сильно нагреваться и не  прослужит долго. Если сцепление «бросать», то нагрев будет меньше, но возникнут другие проблемы (заглохнет двигатель, пострадает комфорт, возникнут ударные нагрузки).

В роботизированных коробках передач всё это должен учитывать электронный блок. Многие модели роботизированных коробок передач на подъёме при большой массе машины сталкиваются именно с перегревом сцепления при трогании и переключениях передач. Зачастую всё может идти по замкнутому циклу: момент двигателя снижается, происходит потеря тяги на колёсах, тяжёлая машина резко замедляется, происходит срабатывание сцепления, но для того, чтобы опять разогнать машину до нужной скорости, уже не хватает крутящего момента и МКП снова требуется переключится на передачу ниже.

При остановке на подъёме и последующем трогании такая машина может просто скатиться назад, пытаясь включить сцепление. Производители техники, конечно, знают об этом и пытаются найти компромисс, выбирая мосты с большим передаточным числом и т. п. На текущий момент пока более эффективна гидромеханическая планетарная АКП с продвинутыми адаптивными алгоритмами переключения передач, что позволяет осуществлять переключения без снижения крутящего момента и обеспечивать требуемый ресурс».

— Раньше на спецтехнику ставили преимущественно механическую трансмиссию. Сейчас в приоритете гидрообъёмный привод передачи мощности (ГСТ). Некоторые производители тех грузовиков тоже экспериментировали с гидромоторами, но пока рынок распространения таких машин не увидел. Стоит ли ждать появления ГСТ в коммерческом транспорте, или это удел тяжёлой техники?

Вадим Каменсков, Allison Transmission

«Спецтехника, как правило, работает в тяжёлых условиях. Для таких условий целесообразно, во-первых, изменение передаточного отношения под нагрузкой, то есть без разрыва потока мощности, и,  во-вторых, применение узла, обеспечивающего передачу 100% потока мощности через жидкостную связь. Это обеспечивает демпфирование динамических нагрузок, свойственных тяжёлым условиям.

Механическая коробка передач не обладает ни одним из названных свойств. Гидрообъёмный привод преобразует механическую энергию вращения коленчатого вала двигателя в гидродинамическую энергию движущегося потока жидкости и снова в механическую энергию на исполнительных механизмах. Такой привод позволяет регулировать передаточное отношение под нагрузкой. Однако преобразование энергии из одной формы в другую всегда сопровождается большими потерями. Причём такое преобразование происходит во всем диапазоне работы гидрообъёмной трансмиссии.

Гидрообъёмные трансмиссии обладают большими компоновочными преимуществами, но сильно уступают гидромеханическим планетарным передачам в  эффективности. Этим ограничено их применение на коммерческом транспорте. По нашему мнению, оптимальным решением для спецтехники и коммерческой техники, работающей в тяжёлых условиях, являются гидродинамические планетарные АКП. Они обеспечивают переключение передач без разрыва потока мощности и содержат гидротрансформатор ― элемент, обеспечивающий расширение диапазона планетарного редуктора за счёт трансформации крутящего момента и 100% жидкостную связь.

Причём, в отличие от гидрообъёмных передач, 100% жидкостная связь может быть исключена блокировочной муфтой, обеспечивающей прямую механическую связь двигателя и планетарного редуктора. Таким образом, в отличие от гидрообъёмного привода, гидродинамические планетарные передачи не страдают от низкой эффективности во всём диапазоне, как гидрообъёмные передачи.

На наш взгляд, такие преимущества гидрообъёмного привода, как простота преобразования вращательного движения в поступательное и свободная компоновка, обеспечат применяемость такому приводу на крупной спецтехнике. Остальная спецтехника и коммерческий транспорт, работающий в тяжёлых условиях, будут постепенно переходить на гидродинамические планетарные АКП».

Игорь Валеев, ПАО «КАМАЗ»

«Гидрообъёмный привод характерен только для узкоспециализированной техники и техники, применяемой в сельском хозяйстве. На коммерческом транспорте появление такого типа трансмиссий на сегодняшний день не целесообразно по причине высокой стоимости, сложности и низкого КПД».

Максим Левинсон, Scania

«Для тракторов или экскаваторов, у которых гидравлические приводы основного оборудования являются главными, это, возможно, и имеет смысл, но для грузовых или легковых автомобилей ― точно нет. Гидростатическая трансмиссия требует изготовления высококачественных деталей и давления в приводе порядка 250 Бар.

Такие элементы очень дороги в производстве и требуют высокой квалификации обслуживающего персонала. Некоторые производители автомобилей экспериментировали с гидростатическим приводом передних ведущих колес, но никакого выигрыша по сравнению с обычной механической трансмиссией не получили».

Фёдор Колесник, CLAAS

«Всё зависит от того, о какой технике идёт речь. ГСТ ― один из способов приводить в действие сельскохозяйственные машины. За счёт использования ГСТ до 80% мощности двигателя можно реализовать на рабочих органах.

Возьмём для примера зерноуборочные или кормоуборочные комбайны ― все они имеют гидростатический привод. Основная задача этих машин ― обмолачивать или измельчать культуры. Соответственно, большая доля мощности их двигателей должна быть реализована именно на рабочих органах, а не на колёсах.

Другое дело ― тракторы, чья задача ― тащить. Гидростатическая трансмиссия в прямом своём проявлении на них встречается очень редко: вся мощь их мотора должна быть направлена именно на колёса».

Александр Нилов, John Deere

«Мы гидростатические трансмиссии используем очень широко. Ими оснащены наши бульдозеры, мини-погрузчики, лесные машины ― все они прекрасно работают. Их преимущество ― гибкость передачи крутящего момента. На грузовиках, кранах, тяжёлой технике других производителей тоже есть гидростатический привод, который помогает массивной машине трогаться с места. На наших грейдерах есть очень широко востребованный гидростатический привод передних колес.

Если грейдеру не нужен высокий крутящий момент, он идёт на механической трансмиссии, управляемой электроникой, Event Base Shift Transmission. А когда нам нужен высокий крутящий момент, мы можем подключить гидростатический привод передних колес, он даёт повышение тягового усилия примерно на треть. Всё это управляется электроникой ― и на бульдозерах, и на грейдерах».

— Европейские производители грузовиков проводят обучение водителей для достижения топливной эффективности. Каковы особенности подобных программ, и есть ли такие для операторов спецтехники?

Игорь Валеев, ПАО «КАМАЗ»

«Да, такие программы существуют. Если говорить о дорожной технике, то главной целью подобных программ является обучение водителей максимально эффективному использованию техники в первую очередь с точки зрения экономии топлива».

Фёдор Колесник, CLAAS

«Давайте возьмём тот же трактор с бесступенчатой трансмиссией и большим количеством настроек: к примеру, где можно регулировать момент переключения между планетарными редукторами, агрессивность работы КПП и т. д. Эффективное использование этих настроек позволит существенно снизить расход топлива в зависимости от поставленной задачи: будь то вспашка или транспортные работы. Компания CLAAS помогает механизатору понять все эти настройки: как они работают, за что они отвечают, а значит, и как эффективно использовать технику.

Например, вместе с тракторами, произведёнными у нас на заводе, клиенту приходит памятка: как правильно настроить машину для эффективной работы. В ней прописано, в частности, как настроить КПП на лёгких тяговых или транспортных работах, какую агрессивность выбрать при вспашке и т. д. Также CLAAS создает большое количество обучающих анимаций на тему эффективного использования техники. Получить знания можно и в CLAAS Академии, где есть даже специальный курс по трансмиссиям. Там, среди прочего, есть и блок об эффективном использовании топлива».

Александр Нилов, John Deere

«Подобные программы проводят инструкторы дилеров. Я тоже работал в такой должности и могу сказать: чтобы грейдер эффективно работал, не нужно постоянно нажимать на педаль сцепления. Это даёт, во-первых, преимущество в тяговом усилии, во-вторых, в плавном снимании грунта ― без кочек, без рывков.
На бульдозере у гидростатической трансмиссии два режима:

1) режим деакселератора трансмиссии и двигателя, то есть когда оператор нажимает на педаль, снижая обороты двигателя и трансмиссии;
2) режим деакселератора, когда снижается только скорость машины, а обороты двигателя остаются те же самые, что даёт преимущество в тяговом усилии, и оператору не придётся отъезжать назад и снова подъезжать к призме, которую он сдвигает; всё это влияет на топливную экономичность.

Обычно дилер рассказывает обо всех этих приёмах операторам, он инструктирует, как наиболее эффективно использовать машину при передаче техники клиенту. Клиент или его сотрудники могут дистанционно анализировать эффективность работы машины при помощи программы JDLink, в ней можно отслеживать работу машин, в том числе вывести число нажатий на  педаль сцепления и педаль тормоза. Всему этому учат на  упомянутых программах. Они разные, поскольку условия применения техники у разных клиентов могут очень сильно отличаться».

Вадим Каменсков, Allison Transmission

«Действительно, некоторые из наших клиентов (европейские производители грузовиков) проводят обучение водителей по топливной эффективности, есть даже симуляторы для мобильных телефонов. Однако мы, как производитель «настоящих автоматов», стремимся и эту задачу снять с плеч водителей, позволив им сконцентрироваться на их прямой функции, на управлении транспортным средством. Для этих целей постоянно совершенствуют топливосберегающие пакеты управления АКПП.

Функции этих пакетов постоянно анализируют работу двигателя, действия водителя, дорожную обстановку и текущую массу машины. На  основании этих данных система в каждый момент времени рассчитывает наиболее оптимальные точки переключения, а также может скорректировать ускорение транспортного средства для сглаживания «агрессивности» вождения, минимизируя таким образом количество неэффективно потраченного топлива».

Максим Левинсон, Scania

«Любой производитель техники заинтересован в том, чтобы её эксплуатировали правильно. Далее возникает вопрос, кто берёт на себя бремя обучения. Это могут быть как представительства производителя, так и дилеры либо независимые учебные заведения. Важно предусмотреть возможность практики, чтобы оператор сразу смог опробовать новые приёмы работы. Поэтому инструкторы Школы водительского мастерства Scania регулярно выезжают для проведения курсов на место эксплуатации техники.

Нельзя забывать и об оценке эффективности, и здесь отличным подспорьем является телематика: к примеру, система мониторинга автопарка Scania FMS даёт возможность и  самому водителю, и его руководителю на предприятии, и  инструктору отслеживать показатели в режиме онлайн. Причём телематические системы позволяют проводить курсы не только очно, но и удалённо, благодаря чему в последнее время очень востребован дистанционный коучинг. Ещё одна особенность в том, что для сохранения полезных навыков управления техникой недостаточно одного курса, нужно повторять регулярно, хотя бы раз в год».

— Какие ограничения присущи бесступенчатым трансмиссиям, какие — автоматическим, а какие — роботизированным?

Вадим Каменсков, Allison Transmission

«Распространение механических бесступенчатых трансмиссий, теоретические преимущества которых впервые упомянуты Леонардо да Винчи более 500 лет назад, сильно ограничено свойствами металлов и технологиями их обработки.

Существующие бесступенчатые трансмиссии имеют разные конструктивные особенности, и  до  сих пор ведутся работы по повышению их ресурса и эффективности. «Идеальной» конструкции пока не существует.
Если не брать в расчёт ресурс, то основное ограничение — это диапазон передаточных чисел. Эта проблема отчасти решается комбинацией нескольких вариаторов, однако это ещё больше усложняет систему, что негативно сказывается на сроке службы.

Гидродинамические планетарные АКП ограничены сферой целесообразного с экономической точки зрения применения. Как правило, их применение оптимально для тяжёлых и средних условий работы с частым переключением передач. При работе в цикле с малым числом переключений (например, на магистральном тягаче) на первый план выходит такой фактор, как механический КПД передачи.

Коробка передач находится длительное время на одной и той же передаче, и даже 1% разницы в  КПД зубчатой пары и планетарного ряда сильно отражается на общем расходе топлива. Конечно, всё меняется, как только цикл становится более динамичным, т. к. на первое место выходят потери скорости, связанные с разрывом потока мощности, и способность АКП поддерживать оптимальную работу двигателя.

Что касается роботизированных коробок передач, то основные недостатки известных моделей я уже сказал ранее. Помимо вопросов при движении в подъём тяжёлых машин и недостаточной динамики ввиду разрывов потока мощности, этим коробкам, как и механическим коробкам передач, присущи ограничения при маневрировании на малых скоростях. Если гидродинамическая планетарная АКП может двигаться на сколь угодно малой скорости за счёт гидротрансформатора, то роботизированная коробка ограничена передаточным числом первой передачи.

При маневрировании на первой передаче снизить скорость ниже той, которая ограничивается конструктивно передаточными числами и значением скорости вращения коленчатого вала двигателя на холостых оборотах, никак не получится без риска заглушить двигатель. При притормаживании гружёного транспортного средства в зону скорости вращения двигателя ниже холостых оборотов он может либо начать дергаться и «прыгать», что негативно сказывается на ресурсе сцепления, либо блок управления коробкой просто выжимает сцепление и машина останавливается. Особенно это актуально для строительной и мусороуборочной техники, где постоянно требуется точно подвести машину на нужную точку.

Помимо этого, большим недостатком роботизированных коробок передач является прямая зависимость от качества электрических коммуникаций машины. Блок управления осуществляет постоянное управление двигателем, поэтому при любой электрической неполадке в цепи питания коробки или неполадке в шине данных коробка перестает функционировать. Некоторые модели МКП и современные гидромеханические планетарные АКП лишены этого недостатка».

Александр Нилов, John Deere

«Это ограничения для операторов, то есть предупреждения и так далее. Но все ограничения, которые могут повредить трансмиссии, уже заложены в её электронном блоке управления. Если оператор давит на газ и едет под гору, машина сама автоматически снизит скорость, она не поедет выше той скорости, которая заложена конструктором. Например, экскаватор-погрузчик не поедет 60 км/ч, он автоматически снизит скорость. То же самое большие бульдозеры ― они тоже оснащены гидростатической трансмиссией и не покатятся под гору, а будут притормаживать автоматически. Это что касается бесступенчатых трансмиссий.

Автоматические трансмиссии стоят на экскаваторах-погрузчиках. На них выставлены ограничения по скорости, ограничения включения блокировки моста, всё это происходит автоматически, оператор не может включить блокировку моста при высоких оборотах двигателя, но это будет возможно сделать при снижении оборотов двигателя до 1125 об/мин.

В роботизированных коробках все ограничения уже заложены в блоке управления, так называемая «защита от дурака», поэтому практически любой человек может управлять этой машиной и при этом не повредить трансмиссию».

Фёдор Колесник, CLAAS

«Для бесступенчатых трансмиссий, по большому счёту, нет никаких ограничений. Все они уже учтены в логике работы КПП, человеческий фактор здесь полностью исключен. Случаются нюансы в работе роботизированных трансмиссий. За переключение передач и диапазонов в  ручном режиме отвечает механизатор, соответственно, присутствует человеческий фактор. Вот здесь и встречаются ограничения.

Представим ситуацию: трактор выполняет вспашку ― достаточно тяжёлую тяговую работу. Если в этот момент переключить диапазон, то машина кратковременно остановится, так как переключение диапазонов выполняется с разрывом потока мощности. Возникнет большая нагрузка на всю трансмиссию, а это негативный момент. Поэтому есть условие: при выполнении тяжёлых тяговых работ на ходу переключать только передачи внутри диапазона, но не диапазоны. Можно отметить ещё одно небольшое ограничение для роботизированных КПП ― это минимальная скорость движения.

Есть ряд сельскохозяйственных работ, для выполнения которых требуется довольно низкая скорость движения. Роботизированные КПП в стандартном оснащении не могут справиться с такой задачей. Но это ограничение можно нивелировать путем установки в КПП ходоуменьшителя».

Игорь Валеев, ПАО «КАМАЗ»

«Для бесступенчатых трансмиссий главным ограничением является величина крутящего момента, подобный вид трансмиссии применяют, как правило, только на легковом транспорте. Автоматические (гидромеханические) и автоматизированные коробки передач, такого ограничения не имеют, но их целесообразно использовать с учётом типа автомобиля и предполагаемых условий его эксплуатации».

Максим Левинсон, Scania

«Большинство бесступенчатых трансмиссий используют в качестве рабочего тела жидкость под давлением. При этом преобразование давления жидкости в механическое движение связано с преодолением трения в гидромоторе. Таким образом, возникает достаточно большой процент потерь на трение и нагрев жидкости, что снижает КПД всей системы.

Дополнительным ограничением служит загустевание рабочей жидкости в условиях низких температур, что требует предварительного прогрева всей системы перед началом работы. При использовании механического вариатора также возникают увеличенные потери на трение. Кроме того, при одинаковой величине крутящего момента вариатор требует больших размеров деталей.

Автоматические гидромеханические трансмиссии позволяют получить хорошие стартовые характеристики транспортного средства при умеренных потерях в КПД при дальнейшем движении. Их недостатком можно считать избыточные потери на нагрев жидкости и ограниченное число ступеней, не позволяющее удерживать двигатель в зоне оптимальных характеристик при меняющихся внешних условиях.

Роботизированные трансмиссии дешевле в производстве и проще в обслуживании, чем гидравлические и гидромеханические, они дают возможность использовать максимальное количество передач для выбора соответствия возможностей двигателя и внешних условий. Но при этом в них сохраняется фрикционное сцепление, которое сильно подвержено износу и перегреву; есть ограничения по времени переключения, которые также не позволяют в полной мере использовать все преимущества многоступенчатой трансмиссии».

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

(PDF) Проектирование гидромеханической трансмиссии с использованием сетевого анализа

54 Духван Сунг, Сунгхо Хван и Хюнсу Ким

мощности объединены на входной стороне для входа В этом исследовании новая система классификации связана с

тип. Взаимосвязь между заданной мощностью

, которая определяет соединения HSU, а также передаточное число

, и передаточное число было изучено для всех

как положение разделения мощности. Новая классификация

типов входов и выходов связанных HMT в

состоит из трех заглавных букв в зависимости от того, где находится

литературы [4].Для исследования мощности и скорости

мощность разделяется и комбинируется. В выходных характеристиках

передачи с разделением мощности, таких как

, мощность объединяется на выходе

HMT, широко используется графический метод [5].

сторона HMT и разделена планетарной передачей,

В середине 1980-х был введен аналитический метод

, который расположен на входной стороне HMT. В

проводился анализ

, называемый «сетевой анализ» [6].Сеть

новая классификация выходного соединенного типа

анализ может обрабатывать величину и направление

HMT, первая буква указывает компонент мощности

в каждом компоненте трансмиссии

планетарной передачи , который подключен к системе HMT input

путем построения матриц крутящего момента и скорости.

вал. Вторая буква обозначает планетарную передачу

Сетевой анализ был применен к компоненту split-

, который подключен к входной стороне

power HMT, который имеет более трех валов на одном

HSU.Последняя (третья) буква показывает, как работает узел скорости HMT

[7]. Для трансмиссий с разделенной мощностью

подсоединяется к выходному валу. Связь

с входной связью между охватом передаточного числа вариатора и трехвальным HMT типа

может быть классифицирована как

, общий охват передаточного числа был исследован с использованием

. В этом случае первая буква — «I», что означает

графических отображений проектных параметров [8].

, что источник питания подключен к входной стороне

Для разработки HMT, который может быть применен к

HMT.Вторая буква обозначает планетарный

крупногабаритных легковых и грузовых автомобилей,

редуктора, который подключен к выходу

, необходимо решить следующие ключевые проблемы:

HSU. Последняя буква представляет компонент планетарной передачи

, который подключен к выходу

(a), как спроектировать HSU, чтобы удовлетворить размер и

HMT. На рис. 1 показаны 12 конфигураций трех шумовых ограничений

;

валы HMT представлены по новой классификации.Для

(b) как спроектировать конфигурацию HMT для минимизации

Например, в SRO типа HMT солнечная шестерня

обеспечивает циркулирующую мощность.

подключено к входной стороне HMT, а коронная шестерня

подключена к входу HSU, в то время как выход

Исследования HMT в последние годы показали, что в основном

HSU соединены с выходным валом HMT.

сфокусировано на технологиях, ориентированных на продукт [1, 9–11]

, в то время как несколько отчетов можно найти для метода проектирования —

ology для характеристик расхода и скорости.

В этой статье описывается систематический подход к конструкции механической системы трехвального HMT

3 АНАЛИЗ СЕТИ

.

Соотношения мощности и скорости исследуются для

Типичный HMT состоит из одного или двух HSU и

всех возможных конфигураций трехвального редуктора HMT

со сложной зубчатой ​​передачей, который образует замкнутый контур.

с использованием сетевого анализа. На основе сети

. Эта конфигурация с замкнутым контуром вызывает результаты анализа силовой цепи.

. Предлагается методология проектирования для конфигурации HMT

, которая затрудняет применение конфигурации конвенции

.

метод анализа, например графический анализ. Анализ сети

, предложенный Хедманом [6] isapower-

, полный инструмент, используемый для анализа величины и направления

мощности для сложной системы передачи

2 ТРЕХВАЛЬНЫЙ HMT

, такой как HMT. В сетевом анализе механические компоненты

делятся на вал и TM (транс-

Трехвальный HMT состоит из одного HSU и

миссии) элемента, такого как шестерня, сцепление и т. Д.В планетарной передаче

. В трехвальном HMT возможно построение матриц крутящего момента и скорости

, скорость

позволяет построить 12 механических конфигураций [3].

Определяются узел

и узел крутящего момента, а эффективность

из

Nomura классифицирует трехвальный HMT как входной

каждый элемент TM может быть включен в тип разделения крутящего момента

или тип разделения выхода в зависимости от

Матрица

. Подробности сетевого анализа можно найти в позиции

, где происходит разделение мощности.На входе

в литературе [6].

HMT типа split, разделение мощности происходит на входе

Рисунок 2 — сетевая модель HMT типа IRC

сторона HMT, и можно получить шесть вариантов

на рисунке 1. Для HMT, используемого в В данном исследовании насос

в зависимости от схемы соединения

такта

ST изменяется от -1 до +1, а у двигателя

HSU с планетарной передачей. Аналогичным образом,

ход

фиксируется как ST = + 1.HG означает, что спиральный

с шестью вариациями HMT может быть сконструирован для типа

с раздельным выходом. механизм. Матрицы крутящего момента и скорости для сети

D20703 © IMechE 2005Proc. IMechE. Vol. 219 Часть D: J. Automobile Engineering

гостем, 6 сентября 2012 г.pid.sagepub.com Загружено с

Energies | Бесплатный полнотекстовый | Низкоуровневое управление гибридными гидромеханическими трансмиссиями для тяжелых мобильных рабочих машин

1. Введение

Заботы об окружающей среде, ужесточение законодательства и требования более высокой производительности повысили интерес к гидравлическим гибридным трансмиссиям для тяжелых мобильных рабочих машин.Для этих транспортных средств комбинация двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с гидроаккумуляторами предлагает привлекательные улучшения по нескольким параметрам, таким как энергоэффективность, производительность и работоспособность машины [1]. Однако гидравлическая гибридизация, как правило, увеличивает зависимость от контроля. В этом контексте часто решаемая проблема связана с оптимальным использованием дополнительного источника энергии; постоянно во время работы транспортного средства требуется правильное решение, следует ли заряжать аккумулятор или разряжать его [2].Лицо, принимающее это решение, обычно называют стратегией управления высокого уровня, и в прошлом она исследовалась как для дорожных транспортных средств [3,4], так и для мобильных рабочих машин [5,6,7]. Что касается управления верхнего уровня, то гидравлическая гибридная рабочая машина полагается на стабильное, точное и правильно реализованное управление нижнего уровня. Этот аспект ограниченно рассматривался для этого приложения в прошлом и является основным предметом данной статьи. Подход, основанный на развязанном управлении множеством входов и множественных выходов (MIMO), ранее разработанный авторами [8], представлен и сравнивается с базовым подходом в двух ездовых циклах для эталонного транспортного средства в Hardware-In-the-Loop (HWIL). ) моделирования.Для развязки в подходе используется линейная модель общей гибридной многорежимной гидромеханической трансмиссии (HMT), подходящая для характерных особенностей тяжелой мобильной рабочей машины, в данном документе на примере колесного погрузчика. Контроль относится к концепции, применяемой в традиционной теории управления, для которой основное внимание уделяется реакции системы, динамике и стабильности, а не топливной эффективности. Таким образом, его цель состоит в том, чтобы управлять реализацией и динамической координацией потоков мощности, требуемых оператором станка и стратегией управления высокого уровня [2].

1.1. Предыдущая работа

Фундаментальный принцип низкоуровневого управления гидравлическими гибридами — вторичный контроль, который присутствует в исследованиях гидравлической энергии с 1980-х годов; см., например, [9,10]. Идея этой концепции заключается в том, что регулирование скорости происходит непосредственно на грузе. Во вращающейся области эта идея реализуется путем воздействия на насос / двигатель (агрегат) переменного рабочего объема постоянным давлением. Таким образом, крутящий момент на валу устройства пропорционален его настройке рабочего объема, который, в свою очередь, может использоваться для управления скоростью вала с обратной связью.Следовательно, стабильность и реакция вторичных управляемых систем зависят от быстрых и точных контроллеров перемещения [11,12]. Вторичное управление является центральным в управлении гидравлическими гибридами, поскольку оно обеспечивает рекуперацию энергии; при торможении груза агрегат может работать как насос для зарядки аккумулятора. Однако некоторые аспекты отличают низкоуровневое управление гидравлическими гибридными транспортными средствами от чисто вторичного управления. Во-первых, вторичный контур управления в транспортном средстве — это оператор, который изменяет выходной крутящий момент для управления скоростью транспортного средства, концепция, обычно называемая управлением крутящим моментом [13].Во-вторых, давление в системе не является постоянным, а впечатляющим [11] из-за большой емкости аккумулятора. Это означает, что давление в системе меняется, но медленно, в зависимости от состояния заряда аккумулятора. Состояние заряда контролируется стратегией высокого уровня, и, следовательно, контроль давления требуется от контроллеров низкого уровня. В-третьих, гибридный автомобиль содержит ДВС, который требует активного контроля скорости для обеспечения максимальной эффективности работы. Правильность того, как эти аспекты обрабатываются, зависит, в свою очередь, от рассматриваемой гибридной конфигурации и того, что возможно в конкретном приложении.Поэтому в литературе можно найти различные решения. Для дорожных транспортных средств ранним примером является гидравлическая гибридная система серии Cumulo для городских автобусов [14]. В этих системах управление крутящим моментом на выходе осуществлялось второстепенным блоком, в то время как скорость двигателя регулировалась первичным блоком. Управление двигателем было ограничено внутренним регулятором спада, который использовался для регулирования давления на основе стратегии высокого уровня, зависящей от скорости автомобиля. В более поздних исследованиях гибриды с разделением мощности часто рассматриваются для обеспечения высокой эффективности, и обычно контур управления двигателем считается более гибким и доступным для детального проектирования управления.Один аспект, который возникает с гибридами с разделением мощности, заключается в том, что разные конфигурации в разной степени облегчают управление крутящим моментом [13]. Гидравлическая гибридная конфигурация «выход-связанный-мощность-разделение» (OCPS) была изучена Кумаром и др. [15], в котором один гидравлический блок использовался для управления крутящим моментом, а другой — для регулирования давления. Для ДВС было предложено управление скользящим режимом с подавлением возмущений крутящего момента от трансмиссии. В [3,16] была предложена иерархическая стратегия управления гибридами с разделением по мощности.В этом случае оба гидравлических блока управляют управлением крутящим моментом, в то время как один блок косвенно управляет регулированием давления, нагружая двигатель оптимальным крутящим моментом, требуемым стратегией среднего уровня. Для управления частотой вращения двигателя использовался ПИ-регулятор с упреждающей передачей крутящих моментов для подавления возмущений.

В отличие от исследования, представленного выше, в данной статье основное внимание уделяется тяжелым мобильным рабочим машинам. Они отличаются от дорожных приложений по нескольким пунктам, что сказывается на низкоуровневом управлении.Здесь в качестве примера используется колесный погрузчик, но рассуждение справедливо и для многих других рабочих машин.

1.2. Колесные погрузчики

Колесные погрузчики — универсальные рабочие машины. По сравнению с дорожными транспортными средствами они обычно работают в коротких повторяющихся циклах с переходными процессами большой мощности. В дополнение к трансмиссии колесные погрузчики также выполняют рабочие функции, что приводит к появлению множества значительных потребителей электроэнергии. Эти аспекты имеют сильное влияние как на конструкцию [7], так и на высокоуровневое управление [5] гибридных колесных погрузчиков и, следовательно, также должны приниматься во внимание при низкоуровневом управлении.Кроме того, уникальные условия и сложный характер колесных погрузчиков заставляют оператора играть ключевую роль в максимальном увеличении их производительности [17]. В этом смысле управление крутящим моментом трансмиссии обычно желательно и ожидается оператором [18]. По сравнению с дорожными транспортными средствами, большие колесные погрузчики требуют более широких диапазонов преобразования скорости / крутящего момента трансмиссии. В результате негибридные HMT с разделением мощности часто рассматриваются как жизнеспособные альтернативы гидродинамической трансмиссии (преобразователь крутящего момента) [19]. Эти системы сочетают в себе гидростатическую трансмиссию (HST) с планетарными зубчатыми передачами, тем самым обеспечивая высокую эффективность и оптимальную работу двигателя [20].Обычно для обеспечения достаточного диапазона преобразования, эффективности и удельной мощности требуются многорежимные HMT с муфтами [21]. Каждый режим состоит из одной из обычно упоминаемых одномодовых конфигураций; Разделение мощности на входе (ICPS), разделение мощности на выходе (OCPS) и составное [22]. Гибридный HMT в этой статье называется HMT с гидроаккумулятором в цепи HST, Таким образом, термин охватывает как последовательные, так и гибридные конфигурации с разделением мощности. Часто упоминаемый параллельный гибрид выходит за рамки данной статьи.См. [1] для попытки сопоставить все гибридные конфигурации, возможные как для трансмиссии, так и для рабочих функций колесного погрузчика.

1,3. Резюме: Требования к низкоуровневому управлению для мобильных рабочих машин

В свете тем, обсужденных в предыдущих разделах, можно ожидать, что стратегия низкоуровневого управления трансмиссией тяжелой гидравлической гибридной мобильной рабочей машины будет:

  • легко подключиться к высокоуровневой стратегии управления,

  • учитывать динамику регулятора рабочего объема,

  • управление давлением ручки,

  • управление скоростью ICE,

  • обеспечить управление крутящим моментом для оператора,

  • учитывают помехи от внешних нагрузок и дополнительных потребителей энергии,

  • можно легко применить к многомодовой конфигурации передачи с разделением мощности.

В этой статье разделенное управление MIMO рассматривается как подходящий кандидат для этой стратегии.

1,4. Разделенное управление

Основная идея разделенного управления состоит в том, что система MIMO преобразуется в несколько циклов с одним входом и одним выходом (SISO), которые рассматриваются как отдельные системы. Для этого сначала реализуется подходящая стратегия развязки, обычно основанная на модели рассматриваемой системы [23]. Гибридные HMT содержат системные перекрестные связи [8], и разделенное управление может справиться с ними с помощью простой реализации и настройки [24].Другой аспект, который мотивирует независимое управление гибридными HMT, заключается в том, что одним из контроллеров является драйвер, который управляет выходной скоростью. Следовательно, этот контур недоступен для схемы управления и должен быть максимально изолирован. Кроме того, стратегия развязки может использоваться для преобразования системы в систему, которая не зависит от конфигурации передачи. Эта функция очень привлекательна для концепции нескольких режимов, поскольку конфигурация меняется между каждым режимом, и изменение режима должно быть как можно более плавным [25].

1,5. Цель и ограничения

Основная цель данной статьи — представить экспериментальные результаты, показывающие принцип работы предложенной стратегии независимого управления. Это выполняется в моделировании HWIL эталонного автомобиля для двух случаев. Первый — это упрощенный ездовой цикл с загрузкой и перемещением, а второй — это серия ступенчатых реакций. Предлагаемая стратегия сравнивается с базовым подходом, который игнорирует перекрестные связи системы. Целью этого сравнения является оценка влияния взаимосвязей на характеристики управления и того, как этот эффект обрабатывается независимой стратегией.

Анализ ограничен управлением в пределах одного режима, т. Е. Сдвиги режима не учитываются, и эталонная передача имеет одномодовый тип. Кроме того, основное внимание уделяется передаче, а рабочие функции рассматриваются как возмущающие моменты или потоки.

2. Линейная модель

В этом разделе представлена ​​линейная модель с сосредоточенными параметрами, используемая для вывода стратегии развязки. Модель выражена в частотной области в соответствии с Мерриттом [26] и была получена авторами в [8].На рисунке 1 показана модель с определенными состояниями (psys, ωout, ωICE), управляющими сигналами (ε1, ref, ε2, ref, uICE) и возмущениями (Qext, Text, ICE, Text, v). Как упоминалось ранее, он описывает передачу в режиме m, поэтому муфты не показаны на рисунке. Сделаны следующие основные допущения:

  • Давление в баллоне pT≈0 постоянно.

  • Оба гидроагрегата могут работать в четырех квадрантах, то есть ε1 / 2∈ [-1,1].

  • Емкость гидравлического контура во многом определяется емкостью аккумулятора C и является высокой.

  • Аккумулятор работает в пределах минимального и максимального уровней давления (т.е. он никогда не бывает пустым).

  • Инерция жидкости и влияние динамики линии жидкости пренебрежимо малы на интересующих частотах.

  • Вся механическая инерция сосредоточена в двигателе (JICE) и транспортном средстве (Jv).

  • Двигатель постоянно работает на холостом ходу или выше.

  • Подсистема передачи без потерь, и каждый режим m состоит из одной из ранее описанных базовых одномодовых конфигураций.

В результате последнего предположения кинематическая взаимосвязь между трансмиссионными валами может быть смоделирована с использованием следующего описания матрицы [27,28]:

ω1ω2 = ambmcmdmωICEωout, TICETout = −ambmcmdmtT1T2 = −am − cm − bm − dmT1T2

(1)

Аналогичное описание ранее использовалось для оптимизации и управления гибридными HMT с разделением мощности для легковых автомобилей [3,13]. Значения am, bm, cm и dm являются следствием передаточных чисел и постоянных планетарной передачи, действующих в режиме m.Кроме того, в результате последнего предположения выше am ≠ 0 и dm ≠ 0. Модель в уравнении (1) затем может использоваться для удобного описания ICPS (bm = 0, см 0), OCPS (bm 0, cm = 0) и составных архитектур (bm 0, см 0). Последовательная гибридная конфигурация описывается с помощью bm = cm = 0. Причинные эффекты входных сигналов и возмущений в состояниях в модели на рисунке 1 проиллюстрированы блок-схемой на рисунке 2. Можно заметить, что подсистема передачи (am, bm, cm, dm) вводит перекрестные связи между psys и ωout, на которые влияют изменения как ε1, ref, так и ε2, ref.На ωICE влияют все управляющие сигналы. Однако, поскольку нет пути от uICE к psys и ωout, двигатель не подвержен перекрестным связям, а скорее помехам от ε1, ref и ε2, ref. Что касается нестабильности, перекрестные связи создают скрытые петли обратной связи, которые могут вызывать проблемы в системах MIMO [24]. В частотной области модель описывается следующим образом:

psysωoutωICE = GO (s) εref, 1εref, 2uICE − 1Cs + KC0001Jvs + Bv0001JICEs + BICEQextText, vText, ICE

(2)

где GO (s) — матрица передаточной функции без обратной связи:

GOs = D1amωICE, 0 + bmωout, 0Gε, 1sCs + KCD2cmωICE, 0 + dmωout, 0Gε, 2sCs + KC0 − bmD1psys, 0Gε, 1sJvs + Bv − dmD2psys, 0Gε, 2sJvsε + Bv0 −JSys2psys, Bv0-cmDICE1 0Gε, 2sJICEs + BICEKICEGTsJICEs + BICE

(3)

Для стратегии развязки удобно разложить GO (ы) на множители в соответствии с:

GO (s) = Gsys (s) Gts, м (с)

(4)

где Gsyss — диагональная матрица, которая содержит управляющую динамику каждого состояния:

Gsyss = 1Cs + KC0001Jvs + Bv0001JICEs + BICE

(5)

а Gts, ms содержит перекрестные связи:

Gts, ms = D1amωICE, 0 + bmωout, 0Gε, 1sD2cmωICE, 0 + dmωout, 0Gε, 2s0 − bmD1psys, 0Gε, 1s − dmD2psys, 0Gε, 2s0 − amD1psys, 0Gε, 1s − cmD2psys, 9000Gε

(6)

В предыдущей работе авторов [29] было обнаружено, что регуляторы перемещения могут быть представлены передаточными функциями второго порядка:

ε1ε1, ref = Gε, 1s = 1s2ωa, 12 + 2δa, 1ωa, 1s + 1ε2ε2, ref = Gε, 2s = 1s2ωa, 22 + 2δa, 2ωa, 2s + 1

(7)

Турбо-динамика моделируется согласно [30]:

4.Эталонный автомобиль

Основная цель этого подхода к управлению — колесные погрузчики большего размера с многорежимными трансмиссиями. Однако в этой статье основное внимание уделяется управлению в режиме, поэтому были выбраны компактный колесный погрузчик и одномодовая трансмиссия, размеры которых соответствуют испытательному стенду и его ограничениям по мощности. Параметры автомобиля приведены в таблице 1. Эталонная трансмиссия, показанная на рисунке 4а, была типа ICPS. Для этой конфигурации константы подсистемы передачи могут быть идентифицированы в соответствии с:

ambmcmdm = i101i2RR − 1i2R

(19)

Эталонный автомобиль моделировался для двух ездовых циклов.Первый был упрощенной версией цикла загрузки и переноса [17], показанной на рисунке 4b. В цикле погрузки-перемещения колесный погрузчик входит в гравийную кучу, чтобы заполнить ковш с низкой скоростью, разворачивается, а затем перемещается с более высокой скоростью к приемнику груза для опорожнения ковша. Целью моделирования этого цикла было изучение основной операции разделенного управления для реалистичного случая с относительно медленной динамикой.

Второй цикл представлял собой серию шагов в опорных сигналах и сигналах возмущения.Этот случай не был таким реалистичным, как упрощенный цикл нагрузки и переноса, но здесь целью было изучить динамические связи в системе и влияние помех от дополнительных потребителей энергии, таких как рабочие функции.

7. Обсуждение

По сравнению со стратегией независимого управления, базовый подход страдает от установившихся ошибок, поскольку он не может предсказать возмущения, вызванные внутренними перекрестными связями системы. Естественно, с этой проблемой можно было справиться путем интеграции элементов в контроллер.Однако это приведет к фазовой задержке и, следовательно, отрицательно повлияет на стабильность. Что еще более важно, интеграторы могут отрицательно повлиять на функциональность в случае многорежимной передачи. В этих системах кинематика трансмиссии изменяется между режимами, что означает, что наматывание интегратора необходимо обрабатывать для обеспечения плавного переключения режимов [25]. Однако в подходе с развязкой матрица развязки решает эту проблему упреждающим образом. Кроме того, стратегия разъединения автоматически управляет управлением крутящим моментом водителя, которое сильно зависит от конфигурации трансмиссии [13].Разделенная стратегия также автоматически обрабатывает отклонение возмущений, которые действуют на ДВС, что обычно выполняется в отдельном контуре управления двигателем [3,15]. Следует отметить, что стратегия управления сама по себе не гарантирует энергоэффективной работы машины. Например, нерационально опорожнять аккумулятор, когда автомобиль стоит на месте, что приводит к увеличению скорости двигателя. В окончательной реализации необходима высокоуровневая стратегия, гарантирующая, что аккумулятор используется с экономией топлива [3].Кроме того, желаемый выходной крутящий момент должен быть смешан с фрикционными тормозами во время торможения транспортного средства [2]. Некоторые расширения являются естественными, чтобы сделать предлагаемую стратегию управления для рассмотрения всей машины. Например, внешние возмущения, Qext и Text, ICE, должны быть расширены, чтобы учитывать рабочие функции с их входными сигналами оператора, исполнительными механизмами и состояниями. Они могут быть реализованы как рабочая гидравлическая система на двигателе (Text, ICE), как в случае с обычным колесным погрузчиком [17], или как вторичная управляемая система, подключенная к гидравлическому контуру (Qext) [6].Дополнительным аспектом для колесных погрузчиков является то, что нагрузка (например, гравийная куча) связывает трансмиссию и рабочие функции во время заполнения ковша [17]. Таким образом, на этом этапе следует ожидать перекрестной связи между Text, v и рабочими функциями. Другое расширение — улучшить рассматриваемые свойства ICE. Как правило, это усовершенствование должно включать в себя давление во впускном коллекторе как состояние и тем самым обеспечивать более точное моделирование эффектов турбо-динамики и «ограничителя дыма» на реакцию двигателя и расход топлива [40].Кроме того, потери на трение в гидравлических агрегатах и ​​подсистеме трансмиссии могут влиять на управление в некоторых конфигурациях, и в этом случае их необходимо учитывать в стратегии управления [41]. В дополнение к этим эффектам, изменяются другие нелинейности, которые изменяются. динамика присутствует в реальной системе. В первую очередь, это насыщение управляющих сигналов, таких как ограниченный крутящий момент двигателя, ограниченное смещение и скорость исполнительного механизма смещения [8]. Ограничение скорости смещения исполнительного механизма из-за ограниченного потока исполнительного механизма [33] приводит к тому, что регуляторы смещения блоков 1 и 2 работают неравномерно для разных величин шага, что наблюдалось как динамические перекрестные связи в экспериментах, проведенных в этой статье. .Другой нелинейный эффект заключается в том, что гидравлическая емкость уменьшается с увеличением давления. При моделировании [8] этот эффект оказался больше, чем в проведенных здесь экспериментах. Однако емкость напрямую связана со стабильностью контура давления (см. Уравнение (17)), и поэтому этот эффект следует учитывать при проектировании регулятора давления. Стратегия независимого управления оказалась полезной для эталонного одиночного контура. -режим ICPS гибридный HMT. Однако следующим логическим шагом будет рассмотрение других конфигураций HMT и многорежимных концепций.Например, конфигурация OCPS (cm = 0, bm 0) содержит перекрестные связи между контурами скорости транспортного средства и давления в системе, что, вероятно, повлияет на управление крутящим моментом [13]. Когда дело доходит до многорежимных концепций, событие переключения режима создает дополнительную проблему управления, которую необходимо обрабатывать. Это касается как комбинации времени сцепления и реакции контроллера рабочего объема [25], так и влияния потерь насоса / двигателя на изменение направления потока мощности в гидравлической схеме [38].В системах MIMO наличие перекрестных связей может в некоторых случаях приводить к нестабильности [24]. Для эталонного средства, изученного в этой статье, такие тенденции не наблюдались, и стабильный характер базовой стратегии еще раз подтверждает это. Для других конфигураций трансмиссии и расширенных версий стратегии в соответствии с вышеизложенным может быть мотивировано исследование серьезности перекрестных связей; см., например, [42]. Поскольку учитывалась статическая развязка, в измерениях возникали динамические возмущения.Для приложения, рассматриваемого в данной статье, эти возмущения считались приемлемыми. Однако при необходимости можно рассмотреть возможность динамической развязки, что потребует точных моделей регулятора смещения и турбодинамики. Что касается диагонального регулятора, то в экспериментах использовались пропорциональные элементы. Однако в зависимости от требований к замкнутым контурам можно рассмотреть более сложные контроллеры. Например, установившаяся ошибка, вызванная трением, утечкой и внешними помехами, может быть устранена с помощью интегрирующих элементов.

8. Выводы

В отличие от базового подхода, предложенная стратегия разъединенного управления устраняет перекрестные муфты, присутствующие в сложной гибридной гидромеханической трансмиссии. Таким образом, установившиеся ошибки, вызванные этими перекрестными соединениями, были устранены методом прямой связи, а не с помощью интегрирующих элементов. Эта особенность в сочетании с тем, что она основана на общей модели сложной подсистемы передачи, мотивирует будущее применение стратегии для многорежимных передач.Кроме того, управление крутящим моментом было достигнуто удобным способом, который обычно требуется с точки зрения оператора.

Стратегия может быть расширена для учета дополнительных потребителей мощности машин, таких как рабочие функции, и предназначена в качестве инструмента для реализации стратегий управления на высоком уровне в топливосберегающих тяжелых мобильных рабочих машинах.

США 4,341,131 A — Гидромеханические трансмиссии

1. Гидромеханическая трансмиссия, имеющая множество режимов работы с переключением между режимами, поддерживающая силовую нагрузку на источник энергии для трансмиссии, содержащая выходной вал, планетарную зубчатую передачу, включая ее элемент, обеспечивающий привод на упомянутый выходной вал, входной вал, соединяемый с источником энергии, гидростатическая трансмиссия, соединяемая с упомянутым источником энергии и смещенная от оси упомянутых входного и выходного валов, упомянутая гидростатическая трансмиссия включает в себя пару гидроагрегатов, каждый с наклонной шайбой для установки смещения и с углом наклона с наклонными шайбами, которые являются регулируемыми и с одним блоком, подключенным к источнику питания, а другой блок — с первым вращающимся элементом планетарной зубчатой ​​передачи, каждый из блоков работает либо как насос, либо как двигатель в разное время с потоком из насосный агрегат больше, чем поток, протекающий через моторный агрегат, из-за утечки, которая требует большего смещения для работы агрегата Действуя как насос, средство для гидравлического приведения в действие указанного первого вращающегося элемента планетарной зубчатой ​​передачи от гидростатической трансмиссии без прямого механического соединения с входным валом в одном режиме работы и с узлами гидростатической трансмиссии, способными выдавать полную мощность, обеспечиваемую мощностью источник, средство для соединения как гидростатической трансмиссии, так и входного вала с планетарной зубчатой ​​передачей во втором режиме работы, включая муфту между упомянутым входным валом и вторым вращающимся элементом упомянутой планетарной зубчатой ​​системы, причем блок работает как насос, имеющий больший поток, чем другой блок, в конце указанного одного режима и непосредственно перед переключением на указанный второй режим, чтобы компенсировать утечку, и означает включение передаточных чисел в планетарной системе передач для поддержания постоянного передаточного числа и потока мощности через переключение режимов с каждым гидравлическим агрегатом, имеющим одинаковую настройку рабочего объема до и после переключения, включая передачу меня В связи с тем, что в упомянутой планетарной зубчатой ​​системе приводное соединение между упомянутыми первым и вторым вращающимися элементами для поддержания фиксированного соотношения скоростей между ними во время различных скоростей работы в упомянутом одном режиме, когда упомянутый первый элемент может свободно вращаться из-за того, что упомянутая муфта выключена, дополнительные средства передачи в упомянутом планетарная зубчатая система, работающая при включении упомянутого сцепления для преобразования изменения скорости упомянутого первого вращающегося элемента в увеличенную скорость упомянутого второго вращающегося элемента, посредством чего упомянутый второй вращающийся элемент может вращаться с большей скоростью после переключения, чем перед переключением, посредством чего упомянутый другой блок работает как насос после переключения имеет значительно больший поток после указанного переключения, чтобы восполнить утечку и избежать необходимости перемещения регулируемой наклонной шайбы, указанное передаточное число имеет передаточное число, обеспечивающее по существу одинаковое рабочее давление и по существу равные разности скоростей между указанными узлами перед и после переключения между режимами.

Гидромеханический IVT | KD Solutions

Гидромеханическая трансмиссия с бесступенчатым регулированием

Инновации для повышения ценности и производительности

Коммерческие решения

Kinetics Drive Solutions разработаны для силовых агрегатов в диапазоне мощных (л.с.) от +250 л.с. до 1500 л.с. включительно. Серия Hydro-Mechanical обеспечивает параллельный путь прохождения мощности через трансмиссию, что позволяет ей непрерывно передавать мощность в сочетании гидравлического и механического режимов.При работе на низкой скорости гидромеханические бесступенчатые трансмиссии Kinetics Drive Solutions (HM-IVT) позволяют двигателям развивать высокий крутящий момент на очень низких скоростях. При работе на высокой скорости трансмиссия почти полностью работает в механическом режиме, обеспечивая значительный КПД наряду с отличным КПД на высоких скоростях. Конструкции Kinetics Drive Solution обеспечивают решения для тяжелых условий эксплуатации с высоким крутящим моментом, а также для двигателей с узким диапазоном или постоянными требованиями к частоте вращения.

HMX 1100

Предназначен для гусеничной техники массой до 21 тонны с мощностью двигателя до 400 л.с.HMX 1100 бесступенчато регулируется как в прямом, так и в обратном направлении и полностью поддерживает равные скорости. HMX обладает двумя особыми характеристиками, которых нет в традиционных системах трансмиссии гусеничных транспортных средств: 1) постоянный отклик рулевого управления независимо от направления и 2) гидростатическое торможение, обеспечивающее долгий срок службы и сокращение затрат на обслуживание тормозов.

HMX 1600

Разработан для гусеничных машин до 28 тонн с мощностью двигателя до 600 л.с. HMX 1600HD имеет бесконечную переменную как для прямого, так и для обратного направления и полностью поддерживает равные скорости.HMX 1600HD предлагает все те же функции, что и HMX 1100, с добавлением усиленного механизма отбора мощности (ВОМ) для специальных применений, требующих мощности до 300 л.с.

HMX 3000

Предназначен для гусеничных машин до 30 тонн с мощностью двигателя до 800 л.с. HMX 3000 имеет бесступенчатую регулировку как вперед, так и назад и полностью способен развивать равные скорости в обоих направлениях. В HMX 3000 используются легкие вариаторы со встроенным насосным двигателем (IPM), запатентованные компанией Kinetics.Конструкция обеспечивает передачи с очень высокой удельной мощностью.

HMX 3500

Предназначен для гусеничных машин до 45 тонн с мощностью двигателя до 1000 л.с. HMX 3500 имеет бесступенчатую регулировку как для прямого, так и для обратного направления и полностью поддерживает равные скорости в обоих направлениях. В HMX 3500 используются легкие вариаторы со встроенным насосным двигателем (IPM) компании Kinetics Drive Solutions. Конструкция обеспечивает передачу с очень высокой плотностью мощности. Эта трансмиссия разработана с учетом потребности в мобильности существующих транспортных средств с ограниченным пространством.HMX 3500 может приводить в движение первичный двигатель мощностью 1000 л.с. в том же пространстве, что и существующая трансмиссия мощностью 800 л.с.

Технические преимущества OEM
Прочность

Трансмиссии

Kinetics обеспечивают охват передаточного числа от бесконечности до повышающей передачи и не требуют приводного ремня, гидротрансформатора или набора передач заднего хода.

Высокая масштабируемость

Решения

Kinetics Drive по своей сути масштабируемы благодаря встроенному двигателю насоса (IPM) вместо традиционного вариатора.IPM могут быть объединены в несколько параллельных систем, что делает гидромеханические бесступенчатые трансмиссии пригодными для широкого спектра применений.

Экстремальный контроль скорости

Наши гидромеханические бесступенчатые трансмиссии обеспечивают транспортным средствам равные скорости как переднего, так и заднего хода. Кроме того, там, где это необходимо, они обеспечивают возможность экстремальной медленной скорости без необходимости сильного рассеивания тепла.

Гидростатическое торможение

Использование гибридной гидромеханической бесступенчатой ​​трансмиссии позволяет конструкторам автомобилей использовать функции гидравлики для замедленного торможения, а также для управления двигателем.

Системы рулевого управления

Гусеничные трансмиссии серии HMX обеспечивают бесступенчатое гидростатически-рекуперативное двухстороннее рулевое управление с опциональным управлением по проводам.

Эксплуатационные преимущества
Повышенная производительность

Гидромеханические бесступенчатые трансмиссии Kinetics Drive Solutions, позволяющие двигателям независимо от области применения работать в оптимальном диапазоне, улучшают общие характеристики автомобиля.

Снижение затрат

В то время как гибридные и электрические автомобили обеспечивают экономию топлива, автомобиль с традиционным приводом и гидромеханической бесступенчатой ​​трансмиссией Kinetics Drive Solutions устраняет выбросы при более низких затратах.

Повышение эффективности использования топлива

Благодаря встраиванию интеллектуальной системы датчиков и обратной связи во все трансмиссии, Kinetics Drive Solutions обеспечивает эффективность трансмиссии при переменных нагрузках и условиях местности. Трансмиссия автоматически уравновешивает производительность с требованиями привода и обеспечивает экономию топлива двигателем.

Увеличение срока службы двигателя

Разрешение двигателям работать в «оптимальном режиме» помогает снизить износ, вызванный типичной перегрузкой и недогрузкой, вызванной незаметным переключением передач, которые не могут разумно удовлетворить требования к мощности с учетом требований оператора и условий местности.

Повышение квалификации оператора

Принимая важные решения по производительности для водителей, гидромеханические бесступенчатые трансмиссии Kinetics Drive Solutions позволяют операторам сосредоточиться на своей основной задаче — будь то вождение, копание, профилирование или сбор урожая, обеспечивая оптимальную эффективность и производительность.

гидромеханическая + трансмиссия — перевод на французский

гидромеханическая n-зубчатая трансмиссия

гидромеханическая трансмиссия на ступенях

машиностроение — iate.europa.eu

Гидромеханическая трансмиссия (10), имеющая входной элемент (18), гидростатическую трансмиссию (14) и механическую трансмиссию (16).

Гидростатическая трансмиссия (10), возможная входная передача (18), гидростатическая трансмиссия (14) и механическая трансмиссия (16).

машиностроение — wipo.int

Гидромеханическая трансмиссия 11 включает гидроагрегат 23 и редуктор 24.

Изобретение, гидромеханическая трансмиссия (11) включает гидравлический блок (23) и т. Д. groupe d’engrenages (24).

машиностроение — wipo.int

Устройство, система и метод для управления желаемым выходным крутящим моментом на гидромеханической трансмиссии.

Изобретение касается одежды, системы и процесса, предназначенного для управления парами, действующими на гидромеханической передаче.

машиностроение — wipo.int

Управление выходным крутящим моментом гидромеханической трансмиссии обеспечивает повышенное чувство оператора и управляемость.

Регулировка вылета пары гидромеханических трансмиссий, позволяющая управлять ощущениями и командовать амелиориями.

машиностроение — wipo.int

Гидромеханическая трансмиссия (2) особенно подходит для внедорожных транспортных средств, таких как сельскохозяйственные тракторы.

Эта трансмиссия Hydromécanique (2) применяется в транспортных средствах к местности, ведущей к сельскому хозяйству.

машиностроение — wipo.int

Многодиапазонная гидромеханическая трансмиссия с синхронным переключением передач для применения в автомобильной трансмиссии.

Изобретение является отличительной чертой гидромеханической трансмиссии, состоящей из нескольких частей и синхронной передачи, пригодной для использования в автомобильной области.

машиностроение — wipo.int

Способ сборки (140) гидромеханической трансмиссии с делителем мощности (11) и метод разборки и ремонта (140) включают установку соединительной пластины (25) на этапе (140a) .

Изобретение касается процесса сборки (140) для гидромеханической трансмиссии на разделение пары; et un procédé de démontage et de réparation (140), совместимый с utiliser une plaque de raccordement (25) на l’étape 140a.

машиностроение — wipo.int

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к гидромеханическим устройствам для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное с непрерывным изменением передаточного числа.

Изобретение касается строительства двигателей, а также указание на устройства гидромеханики, позволяющие преобразовать движение va-et-vient en unmovement rotatif par per un change непрерывно в раппорте передачи.

машиностроение — wipo.int

Транспортное средство 10 включает в себя гидромеханическую трансмиссию 11, имеющую выходной вал 63, проходящий между планетарной передачей 71 и ведущими колесами 15.

Selon l’invention, un véhicule à moteur comprend une gearhydromécanique avec répartition de couple comportant un arbre de sortie (63) qui s’étend entre un train épicycloïdal (71) et des roues motrices (15) du véhicule.

машиностроение — wipo.int

Угол наклонной шайбы для гидростатической силовой установки бесступенчатой ​​гидромеханической трансмиссии определяется с использованием члена упреждающей компенсации, чтобы уменьшить зависимость от управления с обратной связью.

Угол осциллирующего налета для блока управления гидростатической передачей гидромеханической трансмиссии продолжается с определением срока компенсации, ожидаемого при восстановлении зависимости от обслуживания на ферме.

организация транспорта — wipo.int

Перемещения рычага переключения передач (2) в направлении выбора, соответственно перпендикулярно продольному направлению автомобиля, имеют гидромеханическое действие для включения трансмиссии в нормальных условиях эксплуатации.

Des mouvements du levier de change de change de vitesse (2) в направлении выбора, соответствующее перпендикулярное направление в продольном направлении транспортного средства, гидравлическое действие для нормальной передачи.

машиностроение — wipo.int

Разветвленная бесступенчатая гидромеханическая трансмиссия для автомобилей с как минимум двумя диапазонами переключения передач, при этом постепенная регулировка системы передач осуществляется гидростатическим редуктором (9).

В гидромеханической трансмиссии с преобразованием в непрерывную регулировку для автомобилей с двигателем, постоянно изменяющимся при изменении состояния, постоянное изменение трансмиссии происходит при гидростатической нагрузке (9).

машиностроение — wipo.int

Гидромеханическая трансмиссия (2) получает раздельную мощность от двигателя транспортного средства (6), один раздельный вход приводит в действие гидростатический силовой агрегат (4), а другой раздельный вход приводит в движение механическую мощность вход (26).

Cette Transmission Hydromécanique (2) reçoit des Entrées de puissance divisées à partir d’un moteur (6) de véhicule, une Entrée Divisée Entraînant un bloc moteur hydrostatique (4) et l’autre Entre méraînée divisantée 26).

машиностроение — wipo.int

Изобретение относится к гидромеханической трансмиссии, которая содержит ряд планетарных шестерен, передающих мощность от ведущего вала (A) на два ведомых вала (B, C), один из которых. (C) приводит в действие насос (D).

Изобретение касается гидромеханической трансмиссии.

машиностроение — wipo.int

Изобретение относится к гидромеханической трансмиссии, которая содержит ряд планетарных шестерен, передающих мощность от ведущего вала (A) на два ведомых вала (B, C), один из которых. (C) приводит в действие насос (D).

Эта трансмиссия включает в себя поезд планетарных кораблей, который передаёт свою силу командования (A) в два направления полета (B, C), не (C) активно и без помощи (D).

машиностроение — wipo.int

Гидромеханическая трансмиссия с регулируемым приводом с ограничением скорости

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к частотно-регулируемому приводу гидромеханического типа, в котором передаточное число изменяется посредством гидравлических насосно-моторных агрегатов.

Гидромеханические трансмиссии, в которых два тракта мощности объединены планетарной передачей для получения передаточного числа, которое изменяется посредством узла гидростатического насоса-двигателя в одном из трактов мощности, хорошо известны. Примеры таких гидромеханических трансмиссий раскрыты в патентах США No. №№ 3 090 253, 3 736 813 и 3 733 931.

Вышеупомянутый тип гидромеханического привода часто используется в сочетании с коробкой передач с множеством скоростей переключения переключаемого типа из-за относительно небольшого изменения передаточного числа, связанного с гидромеханическим приводом, и относительно низкого крутящего момента гидравлического насоса-двигателя. единицы измерения.Таким образом, трансмиссия с переключением скоростей обеспечивает множество ступеней диапазона скоростей, в то время как гидравлические приводные узлы действуют так, чтобы производить бесконечное изменение передаточного числа в каждом диапазоне скоростей. Комбинации трансмиссии вышеуказанного типа особенно подходят для транспортных средств большой грузоподъемности, таких как землеройные машины и сельскохозяйственные тракторы.

Серьезная проблема возникает в установках для тяжелых условий эксплуатации, использующих вышеупомянутые типы узлов трансмиссии из-за деструктивного состояния превышения скорости, которое возникает всякий раз, когда внезапно прикладывается относительно большой входной крутящий момент, что может произойти, например, во время запуска или внезапного включения сцепления.Состояние превышения скорости возникает из-за низкого передаточного числа планетарного редуктора и сопровождается чрезмерной нагрузкой крутящего момента на гидравлический привод. Поэтому важной задачей настоящего изобретения является создание гидромеханической трансмиссии, которая будет автоматически предотвращать вышеупомянутое деструктивное состояние превышения скорости для гидравлического привода.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением, гидромеханическая трансмиссия соединена последовательно с трехступенчатой ​​трансмиссией с обратным переключением передач между первичным двигателем или двигателем и дифференциалом транспортного средства тяжелого типа. для обеспечения бесступенчатого изменения передаточного числа в каждом из диапазонов прямого и обратного хода трансмиссии с переключением передач.Гидромеханическая трансмиссия включает в себя планетарный редуктор, имеющий водило выходной планетарной шестерни, а также солнечную и орбитальную шестерни, соответственно связанные с отдельными трактами мощности от двигателя через входную муфту. Один силовой путь устанавливается через зубчатую передачу промежуточного вала с фиксированным передаточным отношением для прямой и непрерывной передачи мощности на прямую шестерню, в то время как другой силовой путь устанавливается через пару гидравлических приводов, которые гидравлически связаны между собой для податливой передачи крутящего момента в обоих направлениях. .Один из блоков гидравлического привода соединен с солнечной шестерней планетарного редуктора, в то время как другой блок гидравлического привода соединен с двигателем при включении входного сцепления. Гидравлический приводной агрегат, приводимый в движение двигателем, может относиться к типу с регулируемым рабочим объемом и обеспечивать бесконечное изменение передаточного числа между двигателем и выходным валом, соединенным с водилом планетарного редуктора. Другой гидравлический приводной блок может быть с фиксированным рабочим объемом, который обычно будет подвергаться деструктивному состоянию превышения скорости при использовании в качестве устройства реакции крутящего момента для планетарного редуктора во время работы в режиме циркуляции рекуперативной энергии в гидромеханической трансмиссии.Однако превышение скорости блока привода с фиксированным смещением предотвращается за счет автоматического включения односторонней муфты, связанной с зубчатой ​​передачей промежуточного вала, которая с приводом соединяет солнечную шестерню с двигателем в одном направлении, чтобы установить предел передаточного отношения между блоками гидравлического привода. Ниже этого предельного передаточного числа и во время передачи крутящего момента от двигателя на планетарный редуктор через оба силовых тракта односторонняя муфта муфты свободного хода вращается.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС.1 — несколько схематическая иллюстрация устройства передачи мощности транспортного средства с гидромеханической трансмиссией настоящего изобретения, показанной несколько схематично в разрезе;

РИС. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе по существу через плоскость, обозначенную линией сечения 2-2 на фиг. 1;

РИС. 3 — графическая иллюстрация, изображающая типичные рабочие характеристики гидромеханической трансмиссии; и

ФИГ. 4 — несколько схематическая иллюстрация устройства передачи мощности транспортного средства с гидромеханической трансмиссией альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения, показанного несколько схематично в разрезе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Теперь обратимся к подробному чертежу, на фиг. 1 схематично показано устройство трансмиссии для транспортного средства большой грузоподъемности, такого как сельскохозяйственный трактор. Первичный двигатель или двигатель 10 приводит в движение транспортное средство через колеса 12 трактора, мощность передается на колеса от двигателя посредством трансмиссии, которая включает в себя входной вал 14 с приводом от двигателя, который проходит через трансмиссию для привода коробки отбора мощности. устройство 16.Механизм трансмиссии, проходящий между входным валом с приводом от двигателя и колесами трактора, включает в себя гидромеханическую трансмиссию настоящего изобретения, обычно обозначенную ссылочной позицией 18, соединенную последовательно с трехскоростной и реверсивной шестеренчатой ​​трансмиссией 20 с переключением передач, от которой идет блок 22 дифференциальной шестерни. приводятся в движение для передачи мощности на колеса трактора. Трансмиссия 20 ступенчатого переключения устанавливает множество диапазонов скорости переднего и заднего хода. Между пределами передаточного числа каждого диапазона скоростей бесконечное изменение передаточного числа осуществляется посредством гидромеханической трансмиссии 18.

Мощность передается на колеса транспортного средства от двигателя через гидромеханическую трансмиссию 18 при включении входной муфты 24, соединяющей входной вал 14 с приводом от двигателя и трубчатый силовой вал 26. Ведущая шестерня 28 соединена с одним концом силовой вал 26, противоположный концу, с которым соединена муфта 24. Приводная шестерня 28 находится в непрерывном зацеплении с шестерней 30 промежуточного вала, прикрепленной к одному концу промежуточного вала 32, который установлен с возможностью вращения вокруг фиксированной оси, расположенной параллельно оси вращения коаксиальных валов 14 и 26.Ведущая шестерня 28 также находится в постоянном зацеплении с шестерней 34, посредством чего между приводным валом 26 и силовым планетарным редуктором устанавливается положительный привод с фиксированным передаточным числом, обычно обозначаемый ссылочной позицией 36. 36 включает водило планетарной передачи 38, соединенное с выходным валом 40, который составляет вход для многоскоростной шестеренчатой ​​передачи 20. Выходной вал 40 установлен с возможностью вращения вокруг фиксированной оси параллельно оси вращения входного вала. 14.Шестерни планетарной передачи 42, установленные с возможностью вращения на водиле 38, находятся в непрерывном зацеплении с кольцевой шестерней 44, соединенной с шестерней 34. Таким образом, орбитальная шестерня 44 представляет собой приводной элемент планетарного редуктора, на который крутящий момент непрерывно передается в одном направлении от двигатель по положительной силовой цепи, установленной зацепляющими шестернями 28 и 34. Сателлиты 42 также находятся в непрерывном зацеплении с солнечной шестерней 46, соединенной с одним концом промежуточного вала 48, установленного с возможностью вращения вокруг оси вращения выходного вала 40.Солнечная шестерня 46 представляет собой управляющий элемент планетарного редуктора, соединенный с одним концом податливого тракта мощности, по которому крутящий момент передается в обоих направлениях. Подходящий путь мощности устанавливается парой гидравлических приводных устройств 50 и 52.

Гидравлические приводные узлы 50 и 52 могут быть гидростатического поршневого типа, как описано в патентах США No. № 3736813, Kress et al., Как упоминалось выше. Гидравлический привод 50 относится к типу фиксированного рабочего объема и соединен с солнечной шестерней 46 планетарного редуктора через промежуточный вал 48.Другой блок 52 гидравлического привода относится к типу с регулируемым рабочим объемом и соединен с приводом с силовым трактом с фиксированным передаточным числом, установленным шестернями 28 и 34, посредством промежуточного вала 32 и шестерни 30, находящихся в зацеплении с шестерней 28. Блоки гидравлического привода являются гидравлически соединены между собой посредством трубопроводов 54, чтобы образовать узел регулируемого гидравлического привода, передаточное число которого бесконечно изменяется с помощью органов управления, связанных с узлом 52 гидравлического привода переменного рабочего объема, способом, хорошо известным специалистам в данной области техники.

Гидромеханическая трансмиссия 18 работает в двух различных режимах в пределах каждого диапазона привода, в то время как передаточное число изменяется между пределами передаточного числа диапазона скоростей. На нижнем конце диапазона передаточного числа планетарный редуктор передает мощность в режиме циркуляции рекуперативной энергии, при этом управляющая солнечная шестерня 46, вращающаяся в направлении, противоположном направлению вращения орбитальной шестерни 44, служит реактивной шестерней. Соответственно, крутящий момент передается от реактивной солнечной шестерни 46 к блоку 50 привода текучей среды, действующему как насос, для приведения в действие блока 52 привода текучей среды, действующего как двигатель.Во время верхнего предела диапазона скоростей крутящий момент передается параллельно через оба тракта мощности на орбитальную шестерню и солнечную шестерню соответственно, так что планетарный редуктор затем работает в нерегенеративном режиме суммирования мощности. В последнем рабочем режиме блок 52 привода переменного рабочего объема действует как насос, тогда как блок 50 привода жидкости постоянного рабочего объема действует как двигатель. Мощность от двигателя, передаваемая на приводной вал 26 за счет включения входной муфты 24, распределяется между двумя силовыми путями, соответственно установленными зубчатым колесом промежуточного вала и гидравлически соединенными гидравлическими приводами.

Внутри шестерни 28 и в зацеплении с входным валом 14 двигателя находится односторонняя муфта 56 предотвращения выбега, которая предотвращает свободный ход транспортного средства, когда входная муфта 24 выключена. В соответствии с настоящим изобретением вторая обгонная муфта 58 свободного хода также связана с гидромеханической трансмиссией и действует как устройство автоматического контроля скорости. Обгонная муфта 58 установлена ​​в шестерне 60 промежуточного вала на конце промежуточного вала 32, противоположном шестерне 30.Шестерня 60 промежуточного вала находится в непрерывном зацеплении с шестерней 62 промежуточного вала, соединенной с одним концом промежуточного вала 48, противоположным солнечной шестерне 46. Обычно односторонняя муфта 58 вращается свободно, так что между промежуточными валами 32 и 48 не устанавливается приводное соединение. зацепляющие шестерни 60 и 62. Относительные скорости промежуточных валов 32 и 48 вместо этого определяются работой гидравлических приводных устройств. Однако в условиях нагрузки с высоким входным крутящим моментом, которые возникают, например, когда входная муфта 24 внезапно включается во время запуска транспортного средства, на узлы гидравлического привода накладывается условие относительно высокого передаточного числа, обычно сопровождаемое чрезмерной нагрузкой крутящего момента текучей среды. приводной блок 50 при вышеупомянутом режиме циркуляции рекуперативной мощности.Увеличение передаточного числа между промежуточным валом 32 и 48, которое происходит во время работы в режиме рекуперативной мощности, поэтому ограничивается включением односторонней муфты 58, устанавливающей через шестерни 60 и 62 приводное соединение между двигателем 10 и солнечной шестерней 46. на желаемом пределе передаточного числа. Таким образом, передаточное число узла привода текучей среды также ограничивается, чтобы предотвратить любое небезопасное или разрушительное превышение скорости узлов привода текучей среды.

РИС. 3 графически изображает типовые рабочие характеристики гидромеханической трансмиссии в одном из диапазонов скорости движения.Кривая 64 показывает возрастающую скорость выходной несущей. Скорость орбитальной шестерни 44 увеличивается с большей скоростью, как показано кривой 66. Солнечная шестерня 46, с другой стороны, увеличивает свою скорость в обратном направлении относительно водила, как показано кривой 68. Увеличение скорости солнечная шестерня, однако, ограничена пределом 70 передаточного числа за счет включения односторонней муфты 58, как упомянуто выше. Таким образом, по мере того как выходное водило продолжает увеличивать скорость, скорость солнечной шестерни в обратном направлении уменьшается, как показано кривой 72.Соединение с прямым приводом между двигателем 10 и орбитальной шестерней ограничивает скорость орбитальной шестерни до максимального значения, соответствующего участку 74 кривой. За характеристикой скорости орбитальной шестерни следует характеристика узла 52 гидравлического привода, как показано посредством кривая 76 на фиг. 3. Кривая 78 показывает изменение скорости шестерни 60 промежуточного вала, начиная с зацепления муфты 58 управления превышением скорости. Гидравлический приводной двигатель 50, соединенный с солнечной шестерней 46, будет соответственно ограничен по скорости вращения, как показано кривыми 68. и 72.Продолжение пунктирной линии 80 кривой 72 показывает более высокую скорость, с которой приводной блок 50 жидкости мог бы приводиться в движение, если бы не муфта 58 управления превышением скорости.

Автоматическое включение муфты 58 управления превышением скорости и ее полезное действие можно оценить по учитывая, что происходит, когда транспортное средство находится в состоянии покоя и входная муфта 24 внезапно включается, чтобы начать вращение гидравлического привода 52 через шестерни 28 и 30 промежуточного вала. Орбитальная шестерня 44 планетарного редуктора также будет вращаться в прямое направление в этот момент.Поскольку транспортное средство находится в неподвижном состоянии, вывод 38 водила планетарной передачи изначально неподвижен. Чтобы начать вращение выходного водила планетарной передачи, к солнечной шестерне 46 должен быть приложен относительно высокий реактивный крутящий момент. Поскольку блок 50 гидравлического привода не имеет достаточной мощности крутящего момента для обеспечения первоначально высокой реакции солнечной шестерни 46, его скорость быстро увеличивается в сторону превышения скорости. Когда скорость достигает желаемого предела скорости, определяемого относительным числом зубьев зацепляющих шестерен 60 и 62, односторонняя муфта 58 входит в зацепление, чтобы установить приводное соединение между солнечной шестерней 46 и орбитальной шестерней 44, определяемой относительное количество зубьев шестерен 60, 62, 30, 28 и 34.Как только нагрузка на выходное водило преодолена и тенденция солнечной шестерни 46 к превышению скорости больше не существует, то передаточное число трансмиссии может регулироваться блоками гидравлического привода с муфтой 58 управления превышением скорости, работающей на холостом ходу. Муфта 58 управления превышением скорости, конечно, также будет включаться во время других типов ситуаций превышения скорости, вызванных внезапно приложенным входным крутящим моментом, который является чрезмерным по сравнению с инерцией вращения выходного водила. Входная муфта 24 расположена между двигателем и трансмиссией 18, чтобы гарантировать входное вращение с минимальной скоростью, поскольку трансмиссия не имеет диапазона передаточного отношения, начинающегося с нулевой путевой скорости.

Альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения изображен на фиг. 4, в котором устройство передачи крутящего момента и управления превышением скорости трансмиссии устроено иначе. В этом варианте осуществления ведущая шестерня 82 находится в непрерывном зацеплении с шестерней 84 промежуточного вала, которая приводит в движение гидравлический приводной блок 52 через промежуточный вал 36. Шестерня 84 промежуточного вала также находится в непрерывном зацеплении с шестерней 88, соединенной с круговой шестерней 44, через которую Между приводным валом 26 и силовым планетарным редуктором 36 установлена ​​прямая передача с фиксированным соотношением.За счет гидравлического реверсирования вращения блока 50 гидравлического привода вращение солнечной шестерни 46 альтернативного варианта осуществления противоположно вращению солнечной шестерни 44 предпочтительного варианта осуществления. Поскольку шестерня 88 косвенно приводится в движение шестерней 84, вращение орбитальной шестерни 44 альтернативного варианта осуществления также противоположно вращению орбитальной шестерни 44 предпочтительного варианта осуществления. Реверс этого вращения приводит к изменению направления вращения водила 38, тем самым изменяя направление вращения выходного вала 40.

Эти реверсивные вращения позволяют второй обгонной муфте 58 свободного хода выборочно устанавливать приводное соединение между шестернями 90 и шестерней 92 промежуточного вала в режиме рекуперативной циркуляции мощности трансмиссии. В альтернативном варианте осуществления односторонняя муфта установлена ​​внутри шестерни 90 и находится в зацеплении с буртиком 94 муфты 24. Шестерня 90 находится в непрерывном зацеплении с шестерней 92 промежуточного вала, соединенной с одним концом промежуточного вала 48, противоположным солнечной шестерне 46. Посредством перестановки устройства передачи крутящего момента и управления превышением скорости трансмиссии передаточное число промежуточных валов 86 и 48 ограничивается включением односторонней муфты 58, устанавливающей через шестерни 90 и 92 приводное соединение между двигателем 10 и солнечной шестерней 46. на желаемом пределе передаточного числа.

Что такое гидростатические трансмиссии | Гидравлика и пневматика

Загрузить эту статью в формате .PDF

Гидростатическая трансмиссия (HST) существует каждый раз, когда гидравлический насос подключен к одному или нескольким гидравлическим двигателям и предназначен для них. Универсальность достигается за счет изменения рабочего объема одного или обоих насосов и двигателей. Результат — бесступенчатая трансмиссия (CVT).

HST во многих случаях предпочтительнее трансмиссии с переключением передач из-за бесступенчатого способа изменения передаточного числа HST.Многие из таких вариаторов заменяются вручную, другие — автоматически. В популярной автоматической конфигурации используется регулируемый вручную рабочий объем насоса с двигателем с компенсацией давления. Эта конфигурация приводит к так называемой передаче «постоянной выходной мощности». Эти трансмиссии создают гиперболическую характеристику «скорость-крутящий момент» и используются в первую очередь для предотвращения буксировки первичного двигателя. Есть и другие, но здесь цель состоит в том, чтобы сконцентрироваться на реализации моделей.

Создание модели

На рис. 1 показан первый этап соединения моделей насоса типа 2 и двигателя при настройке гидростатической трансмиссии. Входной крутящий момент для привода и питания насоса поступает из неустановленного источника слева на Рисунке 1. Точно так же выходной вал двигателя передает мощность на некоторую неопределенную вращательную нагрузку справа.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df281c0f6d5f267ee43d7e2» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = »Сайты по гидравлической пневматике Hydraulicspneumatics com Файлы загружаются Пользовательский встроенный архив Www hydraulicspneumatics com Контент Site200 Статьи 08 01 2010 86140modelingat 00000058759 «data-embed-src =» https: // img.hydraulicspneumatics.com/files/base/ebm/hydraulicspneumatics/image/2010/08/hydraulicspneumatics_com_sites_hydraulicspneumatics.com_files_uploads_custom_inline_archive_www.hydraulicspneumatics.com_Content_Site200_Articles_08_01_2010_86140modelingat_00000058759.png?auto=format&fit=max&w=1440″ данные встраивать-заголовок = «»]}%
Рисунок 1 Базовая конфигурация гидростатической трансмиссии для моделей насосов и двигателей Типа 2 начинается с соединения соответствующих портов насоса с их аналогами двигателя.Однако эта схема еще не применима из-за возможности кавитации и неконтролируемого давления в корпусе.

Номенклатура портов A, и B, двух машин соответствует стандарту , а не стандарту в стандартах ISO или США. Скорее, это было скопировано из стандартной практики, используемой с клапанами. Фактически, я иногда буду называть их рабочими портами насоса и двигателя, как это обычно бывает с распределителями.

Порт A насоса соединяется с портом A двигателя, порты CD насоса и двигателя соединяются вместе, как и порты B насоса и двигателя.Таким образом, выходная мощность насоса питает и приводит в действие двигатель, а отработанная жидкость из порта B двигателя поступает на вход (порт B ) насоса. Между тем, внутренняя утечка, которая проникает в корпус насоса и двигателя, объединяется, чтобы также питать вход насоса через внутренние каналы утечки.

Реальные условия

В идеальном мире эта конфигурация могла бы быть практичной. Но это не так, по крайней мере, по двум причинам. Во-первых, внутренняя утечка, которая попадает в соответствующие корпуса, может быть устранена только путем движения «назад» через внутренние пути утечки, которые соединяются между корпусами и рабочими портами низкого давления.В случае отсутствия средств для самопроизвольной разгрузки давление в корпусе в данный момент будет составлять около 50% или более от давления в рабочем отверстии. Это могут быть сотни или тысячи фунтов на квадратный дюйм. Это требует высокопрочного корпуса и уплотнений вала высокого давления как в насосе, так и в двигателе. Технология уплотнения вала высокого давления может выдерживать такое давление — конечно, за свою цену. Однако создание внешней оболочки насосов и двигателей с регулируемым рабочим объемом, способных выдерживать такое высокое давление, может быть чрезмерно дорогостоящим.

Во-вторых, неизбежная потеря жидкости и изменения температуры повлияют на давление покоя трансмиссии. Эти давления неконтролируемы, и вероятность того, что они станут чрезмерно высокими в закрытой и герметичной системе, мала. Однако они наверняка станут чрезмерно низкими, что приведет к кавитации и сопутствующему повреждению обеих машин. Это необходимо предотвратить, добавив в контур элементы, обеспечивающие необходимый контроль давления.

Улучшение реального мира

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df281c0f6d5f267ee43d7e4» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = »Сайты по гидравлической пневматике Hydraulicspneumatics com Файлы загружаются Пользовательский встроенный архив Www hydraulicspneumatics com Контент Site200 Статьи 08 01 2010 86140addinginte 00000058760 «data-embed-src =» https: // img.hydraulicspneumatics.com/files/base/ebm/hydraulicspneumatics/image/2010/08/hydraulicspneumatics_com_sites_hydraulicspneumatics.com_files_uploads_custom_inline_archive_www.hydraulicspneumatics.com_Content_Site200_Articles_08_01_2010_86140addinginte_00000058760.png?auto=format&fit=max&w=1440″ данные встраивать-заголовок = «»]}%
Рисунок 2 На моделях насоса и двигателя типа 2 показаны не только соединения насоса с двигателем, но и внутренние пути утечки.Контуры внешнего наддува и кондиционирования жидкости легко добавить.

На рис. 2 также показана гидростатическая трансмиссия с использованием аналитических моделей типа 2 для насоса и двигателя, но с улучшениями, делающими машину практичной. Можно увидеть отдельные конфигурации вместе с соответствующими внутренними путями утечки. Утечки происходят из порта в порт, а также из порта в сток корпуса. Нагнетательный насос (часто называемый просто нагнетательным насосом) подключается к обоим рабочим портам общих соединений насос-двигатель через отдельные обратные клапаны.

Давление наддува в гидравлических контурах обычно низкое и составляет от 150 до 300 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, давление составляет примерно 1/10 или 1/20 от максимального рабочего давления трансмиссии. Перекачивающий насос и обратные клапаны предназначены для предотвращения слишком низкого падения давления на стороне нижнего давления рабочих отверстий. Если давление упадет ниже атмосферного, разрушительное воздействие кавитации поставит под угрозу надежность насоса и двигателя.

Реальное приложение

По мере того, как трансмиссия выполняет свою работу, рабочее давление быстро переключается между высокими и низкими значениями.Учтите, что трансмиссия используется в двигательной установке вездехода при движении вверх и вниз по холмам и препятствиям. При подъеме на холм давление в порту A будет высоким, но когда вершина холма пересечена, транспортное средство трогается с холма, а насос и двигатель меняются ролями.

Энергия спускающегося транспортного средства нагнетается в двигатель, в результате чего он становится насосом, но его направление вращения не изменяется. Для поглощения энергии давление переключается быстро, и давление порта B становится высоким, а давление порта A падает до уровня наддува.

Это изменение давления заставляет насос переключаться в моторный режим, поэтому он пытается разогнать первичный двигатель. В результате автомобиль тормозит. Если тормозное действие недостаточное и первичным двигателем является дизельный двигатель, оборудованный механизмом изменения времени для срабатывания топливных форсунок до достижения верхней мертвой точки, эффект силового торможения замедлит спускающееся транспортное средство. Если первичным двигателем является электродвигатель, торможение может быть достигнуто за счет превышения скорости, в результате чего энергия возвращается обратно в аккумулятор.В других конфигурациях энергия торможения может храниться в гидроаккумуляторах, которые в конечном итоге передаются в двигатель трансмиссии для содействия движению.

Загрузить статью в формате .PDF

Кондиционирование жидкости

Возвращаясь к рисунку 2, рассмотрим теплообменник и фильтр. Только жидкость, выходящая из портов CD , охлаждается и фильтруется. В зависимости от объемного КПД насоса и двигателя общий дренажный поток корпуса будет составлять от 5% до 20% потока силового порта трансмиссии.Это разумная стратегия для кондиционирования жидкости?

Сначала рассмотрим вопрос охлаждения. Весь дренажный поток корпуса был «выдавлен» через небольшие внутренние зазоры под очень высоким давлением, поэтому он подвергся значительному нагреву. Поток, прошедший через элементы смещения, также подвергается снижению давления, но его энергия преобразуется в крутящий момент и отправляется наружу из вала. Этот поток существенно не нагревается, поэтому он требует небольшого охлаждения.

Утечка из порта в порт — другое дело.Он идет прямо из порта высокого давления в порт низкого давления и рециркулирует без какого-либо охлаждения. Даже несмотря на то, что эта жидкость не охлаждается, метод является жизнеспособным, если теплообменник рассчитан на охлаждение как дренажного канала корпуса , так и потока между отверстиями. Это связано с тем, что контур наддува пополняет сторону низкого давления трансмиссии слегка переохлажденной жидкостью, которая сочетается с потоком основного силового порта.

С другой стороны, вопрос о фильтрации только слива корпуса не имеет однозначных ответов.Если есть какие-то абсолюты, то это: во-первых, очищайте жидкость, а во-вторых, держите ее чистой. После защиты от катастрофических отказов ничто не повысит надежность компонентов лучше.

Некоторые защитники рекомендуют размещать полнопоточные фильтры высокого давления в портах питания с обеих сторон трансмиссии. Это обеспечивает замечательную защиту. Однако недоброжелатели указывают на высокую первоначальную стоимость и постоянное техническое обслуживание. Они также будут утверждать, что если жидкость была должным образом очищена и попадание загрязняющих веществ находится под контролем, то любое увеличение загрязнения должно быть вызвано внутренними факторами, скажем, из-за износа компонентов.

Включая динамику

Динамические эффекты легко добавляются к аналитическим моделям 2-го типа, схематично показанным на рисунке 3. При изучении динамики машины нас интересуют изменения скорости, крутящего момента, давления и т. Д., А именно факторы, влияющие на не допускать мгновенных изменений в них. В гидравлической схеме инерции первичного двигателя, насоса, выходного двигателя и инерция нагрузки предотвращают изменение скорости.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df281c0f6d5f267ee43d7e6» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = »Сайты по гидравлической пневматике Hydraulicspneumatics com Файлы загружаются Пользовательский встроенный архив Www hydraulicspneumatics com Контент Site200 Статьи 08 01 2010 86140incorporat 00000058761 «data-embed-src =» https: // img.hydraulicspneumatics.com/files/base/ebm/hydraulicspneumatics/image/2010/08/hydraulicspneumatics_com_sites_hydraulicspneumatics.com_files_uploads_custom_inline_archive_www.hydraulicspneumatics.com_Content_Site200_Articles_08_01_2010_86140incorporat_00000058761.png?auto=format&fit=max&w=1440″ данные встраивать-заголовок = «»]}%
Рисунок 3 Динамические эффекты легко могут быть добавлены к аналитическим моделям типа 2 в виде емкостей для учета сжимаемости жидкости и инерции первичного двигателя насоса и выходного двигателя, а также неопределенной нагрузки в двух механических цепях крутящего момента.

Эти эффекты показаны на Рисунке 3 в виде символов завитков в механических частях. Сжимаемость жидкости и расширение линии предотвращают мгновенное изменение давления. Эти эффекты обозначены на схеме электрическими конденсаторами (обозначены C с соответствующим индексом). Правило добавления динамических эффектов очень простое: добавьте инерцию в каждый контур суммирования крутящего момента (входной контур вала насоса и выходной контур вала двигателя) и добавьте отдельную емкость в каждом узле гидравлического контура.Узел — это точка, в которой значение давления отличается от всех остальных. Четыре из них показаны на рисунке 3, обозначенные четырьмя манометрами.

Мы пишем шесть динамических уравнений для изучения переходных процессов в HST: два суммируют крутящие моменты в цепях вала насоса и двигателя, а четыре суммируют потоки в каждом из четырех узлов гидравлического контура. Мы бы вычислили около 30 или 35 различных переменных в решениях уравнений. Это дало бы огромное представление о работе трансмиссии при любых динамических изменениях, таких как нагрузки, смещения, скорость первичного двигателя или любое их сочетание.

Более глубокое обсуждение динамики выходит за рамки данной статьи. Но, в конце концов, аналитические модели типа 2 помогают разобраться и понять многие тонкости и нюансы гидростатической трансмиссии.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df281c0f6d5f267ee43d7e8» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = » Сайты по гидравлике и пневматике Hydraulicspneumatics com Файлы загружаются в пользовательский встроенный архив Www hydraulicspneumatics com Контент Site200 Статьи 08 01 2010 86140handbookse 00000058762 «data-embed-src =» https: // img.hydraulicspneumatics.com/files/base/ebm/hydraulicspneumatics/image/2010/08/hydraulicspneumatics_com_sites_hydraulicspneumatics.com_files_uploads_custom_inline_archive_www.hydraulicspneumatics.com_Content_Site200_Articles_08_01_2010_86140handbookse_00000058762.png?auto=format&fit=max&w=1440″ данные встраивать-заголовок = «»]}%

Справочник предназначен для проектировщиков электрогидравлических систем
Недавно опубликованное четвертое издание Справочника проектировщиков электрогидравлических сервоприводов и пропорциональных систем содержит даже больше полезной информации, чем его предшественник, очень успешное третье издание, ставшее популярным. де-факто Библия по электрогидравлической технологии.

Теперь вы можете узнать еще больше об электрогидравлических системах и их конструкции, в том числе:
• как рассчитывать и контролировать потери давления в водопроводе, плитах и ​​коллекторах,
• как анализировать и контролировать различные механические нагрузки, включая конвейеры и ремни и триангулированные нагрузки,
• динамические свойства клапана и способы их включения в вашу систему,
• электроника, особенно преобразователи и преобразователи сигналов, и
• электрические системы мобильного оборудования, включая батареи и системы зарядки.

Нет предела тому, как электрогидравлика произведет революцию в нашей отрасли, поэтому закажите свой экземпляр, чтобы обеспечить себе карьеру в этой динамичной технологии. И если вашей целью является сертификация в области электрогидравлики, четвертое издание Справочника конструктора имеет важное значение для вашей подготовки. Не рискуйте остаться позади в мире, где единственная постоянная — быстрые изменения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.