Гидрообъемная трансмиссия.

Бесступенчатые трансмиссии



Гидрообъемной называют передачу, состоящую из насоса высокого давления, объемного гидродвигателя, соединяющих их трубопроводов и системы подпитки (рис. 1). В гидрообъемных трансмиссиях основными параметрами, влияющими на преобразование и передачу мощности, являются объем и гидростатическое давление подаваемой жидкости.

Работающий двигатель (силовая установка машины) приводит во вращение гидронасос, который создает давление жидкости в гидросистеме. Гидродинамический напор жидкости, создаваемый гидронасосом, преобразуется в механическую работу в гидромоторах, расположенных в ведущих колесах.

Ведущие колеса с гидромоторами, установленными в них, называются гидромотор-колесами.

Рабочее давление в системе в зависимости от конструкции гидроагрегатов — 10…50 МПа.

Общая схема работы гидрообъемной трансмиссии представлена на рис. 1.

Насос высокого давления 2 приводится в действие от двигателя внутреннего сгорания 1. В насосе механическая энергия преобразуется в гидростатическую энергию напора рабочей жидкости. По трубопроводу 3 поток энергии от насоса передается к гидродвигателю 4 и в нем преобразуется в механическую работу.

Для того, чтобы обеспечить не только передачу мощности, но и осуществлять преобразование крутящего момента, гидронасос или гидродвигатель выполняются регулируемыми, т. е. они имеют возможность изменения объема подаваемой жидкости за один оборот приводного вала.

В большинстве случаев регулируемыми выполняют гидронасосы, а гидромоторы – нерегулируемыми.



В качестве насосов и гидродвигателей в гидрообъемных трансмиссиях обычно применяют объемные машины плунжерного типа (аксиально-поршневые, радиально-поршневые и т. п.). Гидромашины этого типа способны работать в режиме насоса и мотора, развивать высокое давление жидкости, но из-за требований точности при изготовлении прецизионных деталей имеют высокую стоимость и относительно небольшой ресурс.


Кроме того, гидромашины плунжерного типа очень чувствительны к качеству и чистоте масла.

Гидрообъемные передачи нашли применение в тяжелой технике – в строительных, грузоподъемных и дорожных машинах, в тракторах, комбайнах и некоторых других сельхозмашинах, а также в маневровых тепловозах.

На автомобилях трансмиссия с активным гидрообъемным приводом иногда применяется на автопоездах для привода колес прицепа.

Факторами, сдерживающими широкое применение гидрообъемных трансмиссий на автомобилях, являются: высокая стоимость, ограниченный ресурс, большие габаритные размеры и масса гидромашин, отсутствие необходимых материалов для производства надежных уплотнений и трубопроводов высокого давления, а также низкий КПД, обусловленный многократным преобразованием энергии.

***

Гидродинамические и гидромеханические трансмиссии



Главная страница

• Страничка абитуриента

Дистанционное образование

• Группа ТО-81
• Группа М-81
• Группа ТО-71

Специальности

• Ветеринария
• Механизация сельского хозяйства
• Коммерция
• Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

Учебные дисциплины

• Инженерная графика
• МДК. 01.01. «Устройство автомобилей»
•    Карта раздела
•       Общее устройство автомобиля
•       Автомобильный двигатель
•       Трансмиссия автомобиля
•       Рулевое управление
•       Тормозная система
•       Подвеска
•       Колеса
•       Кузов
•       Электрооборудование автомобиля
•       Основы теории автомобиля
•       Основы технической диагностики




• Основы гидравлики и теплотехники
• Метрология и стандартизация
• Сельскохозяйственные машины
• Основы агрономии
• Перевозка опасных грузов
• Материаловедение
• Менеджмент
• Техническая механика
• Советы дипломнику

Олимпиады и тесты

• «Инженерная графика»
• «Техническая механика»
• «Двигатель и его системы»
• «Шасси автомобиля»
• «Электрооборудование автомобиля»

Гидрообъемная трансмиссия » Ремонт Строительство Интерьер

Гидрообъемная трансмиссия — это устройство для передачи движения, в состав которого входит объемный гидропривод.
Мощность двигателя в такой трансмиссии передается ведущим органом машины от перемещения замкнутого объема жидкости между вытеснителями насоса и гидромотора. К достоинствам гидрообъемной трансмиссии можно отнести бесступенчатое регулирование, компоновочные возможности и т. д. Широкое применение гидрофицированного технологического оборудования способствует использованию этих передач в конструкциях как зарубежных, так и отечественных лесозаготовительных машин. Достоинством гидрообъемного привода является его широкопрофильность, т. е. использование единой насосной станции для тяговых гидродвигателей и гидросистемы технологического оборудования, в результате чего снижается масса машины.
Лесосечные машины с гидрообъемной трансмиссией способны обеспечить более высокую производительность за счет бесступенчатого изменения скорости движения и тягового усилия, особенно при работе в тяжелых и резкопеременных режимах движения, характерных для лесозаготовок. Долгое время гидрообъемные трансмиссии не выдерживали конкуренции с механическими из-за недостаточной долговечности, низкого КПД, значительных размеров массы и стоимости. Создание гидромашин с высокими рабочими давлениями (до 40 МПа) расширяет перспективы применения гидрообъемных трансмиссий на лесных тракторах и автомобилях, но и предъявляет дополнительные требования к качеству материалов, фильтрации жидкости, герметичности элементов и др.
Наибольшее распространение в гидрообъемных трансмиссиях лесных машин получили аксиально-поршневые и кулачковые (кривошипные) поршневые гидромашины. Они обратимы и могут работать как в режиме мотора, так и в режиме гидронасоса. Эти машины работают при давлениях до 40 МПа при частоте вращения до 42 с-1 (2500 мин-1), имея диапазон регулирования 2,5…3 и η0 = 0,97…0,98, ηм = 0,92…0,95 (значения η0 даны при номинальных нагрузках). Отклонение от номинальных режимов ведет к снижению объемного КПП.
Устройство гидрообъемной передачи. Поршневые аксиальные и радиальные гидромашины обычно обратимы, т. е. могут работать в режиме насоса и в режиме мотора.
Аксиально-поршневой насос с переменным рабочим объемом (рис. 19.29) устроен следующим образом.
Ведущий вал 1 насоса и закрепленные на нем блок цилиндров 2 и наклонная шайба 5 вращаются как одно целое. Шатуны 4 опираются своими сферическими головками на поршни 3 и наклонную шайбу 5.

Если угол у наклона шайбы равен нулю, поршни не будут перемещаться при вращении вала; при γ ≠ 0 вращающаяся наклонная шайба 5, опираясь на опорный диск 6, вынудит поршни перемещаться. Они будут совершать два хода за один оборот шайбы: один ход нагнетания и второй ход всасывания.
Жидкость подводится к крышке блока цилиндров, которая служит распределителем, по трубке 11 и нагнетается по трубке 10. Производительность насоса зависит от угла наклона шайбы 5. При изменении знака угла у нагнетательная трубка становится всасывающей и при неизменном направлении вращения вала насоса гидромотор реверсируется. Управление наклоном шайбы осуществляется перемещением опорного диска 6 при помощи валика 8.
Из рассмотренной конструктивной схемы видно, что аксиально-поршневая машина является относительно сложным механизмом. Во избежание значительных утечек жидкости и обеспечения необходимого давления сопрягаемые детали насоса должны изготовляться по высокому классу точности, однако и при этом утечки имеют место. Величина их оценивается объемным КПД передачи.
Потери на преобразование вращательного движения валов в поступательное движение поршней и наоборот, а также на трение и утечки перемещаемой жидкости оцениваются КПД передачи, Полный КПД ηго гидрообъемной передачи равен:

где η0 — объемный КПД; ηм — механический КПД.
КПД гидрообъемной передачи ниже, чем КПД шестеренных механических передач. Значение его для одной и той же конструкции передачи зависит от очень многих факторов: числа оборотов, производительности насоса, перепада давлений и т. д.
Наибольшее влияние на величину полного КПД передачи оказывает перепад давлений. Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы при любых тяговых и скоростных режимах машины гидрообъемная передача работала при давлениях, близких к верхнему для нее пределу.
В трансмиссиях лесных машин гидрообъемные передачи могут применяться как для регулирования скорости и тяги самой машины, так и для привода ведущих мостов активных прицепов. Из многообразия возможных схем трансмиссий с объемным приводом выделим некоторые наиболее характерные для автомобилей и тракторов. Компоновка гидроагрегатов в трансмиссии зависит от типа и назначения машины. На рис. 19.30а показана схема моноблочной компоновки регулируемых насоса и мотора (т. е. насос и мотор объединены в один блок). Такая гидрообъемная передача устанавливается вместо сцепления и коробки передач и выполняет их функции. Остальные агрегаты механической части трансмиссии остаются без изменений. Схема обеспечивает широкий диапазон регулирования скорости и тяги за счет последовательного или одновременного регулирования насоса и мотора. Однако КПД трансмиссии, выполненной по данной схеме, ниже КПД более распространенной системы управления только насосом. Моноблочная схема может оказаться весьма удобной при модернизации трансмиссий существующих трелевочных тракторов, так как не повлечет за собой существенных изменений в конструкции серийных машин. Применение такой схемы на машинах приведет к потере компоновочных преимуществ гидрообъемной трансмиссии, ради которых она может оказаться целесообразной на транспортной машине.

На рис. 19.30б показана схема раздельного расположения гидроагрегатов в трансмиссии колесной машины. Насос расположен отдельно от гидромоторов, которые снесены к ведущим колесам. В связи с тем, что потери при перемещении замкнутого объема жидкости от насоса к мотору незначительны, их можно располагать на некотором удалении друг от друга. Это свойство гидрообъемной передачи дает широкие возможности компоновки многоприводных машин и активных прицепов. Изменение скорости движения осуществляется, как правило, регулированием насоса, а требуемый диапазон регулирования с сохранением высоких значений КПД осуществляется последовательным отключением (включением) привода каждого моста. Гидромоторы могут быть встроены в ведущие колеса и установлены вне колес. В первом случае гидромотор непосредственно связан с колесом, во втором между ними осуществляется механическая связь. Такой гидропривод имеет свойства автомобильного дифференциала. При работе ведущего моста гидромоторы правого и левого колес образуют гидравлический дифференциал, который аналогичен по своему влиянию на проходимость машины механическому дифференциалу с малым трением. Чтобы избежать влияния этого явления на проходимость, в гидрообъемных трансмиссиях предусматривают систему автоматических или управляемых клапанов, которые отключают буксующее колесо от нагнетательной ветви, и весь поток жидкости направляется на небуксующее колесо.
Схема возможной компоновки многоосной полноприводной колесной машины высокой проходимости показана на рис. 19.30в. По такой схеме могут создаваться подборщики-транспортировщики для вывозки древесины с лесосеки и движения по магистральным дорогам и дорогам общего назначения. Компоновка гидрообъемного привода позволяет значительно повысить проходимость благодаря большому клиренсу, а также плавности изменения момента на ведущих колесах. Последовательное отключение ведущих мостов при движении по хорошим дорогам позволит сохранять высокие значения КПД трансмиссии.
Система бортового привода, когда двигатель приводит в действие два насоса, каждый из которых питает гидромоторы своего борта, позволяет осуществлять управление машиной по типу гусеничного трактора. Изменяя частоту вращения колес одного из бортов, можно осуществлять плавные повороты, а при необходимости реверсировать один из бортов для поворота на месте. Из этого следует, что такие системы привода ведущих колес лесных машин способствуют повышению весьма денного качества — маневренности. Кроме того, параллельность работы магистралей двух насосов повышает надежность трансмиссии в делом. Все три представленных варианта выполнены по замкнутой схеме, которой свойственен один недостаток. В замкнутом объемном приводе связь между насосом и гидродвигателем практически жесткая. Движение машины с «накатом» по инерции невозможно. Так как гидромашины привода обратимы, то при движении по инерции или буксировке ведущие колеса должны быть отключены от гидромотора во избежание торможения машины. Этого явления может не быть, если предусмотреть в трансмиссии механические устройства для отключения ведущих колес (зубчатые муфты, муфты свободного хода), гидравлические способы отключения рабочих цилиндров от ведомого вала гидромотора или устройства для соединения между собой нагнетательной и возвратной магистралей.
Из всех существующих способов регулирования гидроприводов на отечественных и зарубежных лесных машинах получили распространение два вида машинного управления: изменением рабочего объема насоса и мотора. Кроме того, возможно управление изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, приводящего в работу объемный насос. Наиболее распространен способ регулирования изменением рабочего объема насоса. Производительность насоса Qн = qнnн, где qн — объем жидкости, вытесняемой поршнями насоса за один оборот вала, м /об, или постоянная насоса; nн — частота вращения насоса. Пренебрегая утечками, из соотношения расхода гидромотора и подачи насоса qнnн = qмnм получим передаточное число гидрообъемной передачи из равенства i = nн/nм = qм/qн, где qм — постоянная гидромотора; nм — частота вращения гидромотора. Величина qн регулируемого насоса изменяется от 0 до qн max, следовательно, при таком способе регулирования частота вращения выходного вала трансмиссии (т. е. вала гидромотора) будет находиться в пределах:

При регулируемом гидромоторе в знаменателе выражения (19. 21) будет величина qм min. Мощность, потребляемая насосом, Nн = pqнnн (р — давление, развиваемое насосом). При изменении производительности насоса и постоянстве мощности приводного двигателя и частоты вращения его вала необходимо соблюдение условия pq = const, т. е. давление в системе, а следовательно, и крутящий момент на валу гидромотора изменяются гиперболически в зависимости от изменения qн. При такой зависимости в случае qн → 0, момент на ведущем валу машины Mк → ∞ (так как р → ∞). При трогании с места транспортной системы значение Mк в трансмиссии может существенно превысить момент, реализуемый по сцеплению двигателя с дорогой. Чтобы этого не произошло, в систему управления включают предохранительные клапаны, отрегулированные на максимально допустимое расчетное давление Pmax. Таким образом, верхняя часть внешней характеристики машины с гидрообъемной трансмиссией отсекается горизонтальной линией, соответствующей рmax и на участке AB (см. рис. 19.31) трансмиссия не передает всей мощности двигателя. Участок BC характеризуется работой с постоянной мощностью двигателя. С увеличением частоты вращения давление в системе будет снижаться до величины pmin соответствующей qн=qн max. Тогда регулирование прекращается. Свойство гидропривода повышать крутящий момент на ведущих колесах с ростом сопротивления движению машины является основным достоинством этого типа привода. Кривая регулирования (см. рис. 19.31) в масштабе силы тяги рк и скорости va представляет собой внешнюю характеристику машины с гидрообъемной трансмиссией. Силовой диапазон передачи Mmax/Mmin = pmax/pmin ограничивается прочностью деталей привода и КПД передачи. Чем выше максимальное давление в гидросистеме, тем шире диапазон регулирования. Окончательный диапазон регулирования определяется назначением и конкретными условиями эксплуатации, при этом основной целью является обеспечение высокой производительности машины.

К достоинствам относятся: бесступенчатое регулирование скорости и плавность передачи крутящего момента; реверсивность и возможность двигаться на малых («ползучих») скоростях; удобство компоновки и минимальное использование механических звеньев; возможность объединения гидропривода с механизмом поворота; легкость управления и его автоматизации.
Наряду с достоинствами, такие передачи в сравнении с механическими имеют ряд существенных недостатков: снижение КПД трансмиссии при больших диапазонах регулирования и, как следствие, неэкономичность длительной работы машины на режимах, не соответствующих номинальным нагрузкам; несколько большая масса трансмиссии на единицу передаваемой мощности; более высокая стоимость трансмиссии.
При создании многооперационных гидрофицированных лесосечных машин преимущества гидрообъемного привода настолько очевидны, что с учетом значительного роста технического уровня гидромашин его можно считать наиболее перспективным.

Что такое гидростатическая передача

Передача энергии с использованием взаимосвязанных устройств из одной точки в другую называется передачей энергии. Механическая, электрическая, гидродинамическая, гидромеханическая и гидростатическая трансмиссия — это некоторые категории трансмиссии. В эту статью включена тема гидростатическая трансмиссия . Но некоторые подробности, касающиеся других методов передачи энергии, также перечислены ниже.

Механическая трансмиссия: В системе трансмиссии этого типа используются валы, шестерни, преобразователи крутящего момента, цепи и ремни для преобразования механической энергии в кинетическую. Передача мощности от двигателя к колесам автомобиля является приложением.

Электрическая трансмиссия: В электрической трансмиссии электрический генератор используется для преобразования механической энергии в электрическую, а с помощью электродвигателя она преобразуется обратно в механическую энергию. Электропередача происходит в трансформаторах.

Гидродинамическая трансмиссия: В гидродинамической трансмиссии гидродинамический насос и гидродинамический двигатель соединены вместе. Генерация энергии является результатом изменения скорости жидкости при ее прохождении через канал. Автомобиль с автоматической коробкой передач — одно из применений гидродинамической трансмиссии.

Гидромеханическая трансмиссия: В гидромеханической трансмиссии используется схема разделения мощности для повышения эффективности коробок передач и обеспечения гибкости. Этот метод передачи преобразует входную энергию как в механическую, так и в гидростатическую энергию и подходит для тяжелых условий эксплуатации.

Теперь мы можем перейти к гидростатической трансмиссии. Что такое гидростатическая трансмиссия? Проще говоря, это гидравлическая система, в которой гидравлический насос или аккумулятор приводит в движение двигатель, используя жидкость, проходящую через гибкие шланги. В гидростатической трансмиссии шестерни не требуются для преобразования механической энергии вращения от одного источника к другому. Потому что, когда рабочий объем насоса и двигателя фиксирован, то сама гидростатическая трансмиссия будет действовать как редуктор. Гидростатическая трансмиссия подходит для приложений, требующих переменной выходной скорости или крутящего момента. Некоторые из этих применений включают оборудование для обслуживания полей для гольфа, комбайны, тракторы, траншеекопатели, сельскохозяйственную и крупную строительную технику. Преимущества гидростатической трансмиссии:

• При постоянной скорости на входе гидростатическая трансмиссия может обеспечивать переменную скорость на выходе и наоборот.
• В течение минимального периода времени возможно обратное направление вращения выхода.
• Регулировка скорости, мощности и крутящего момента возможна с помощью гидростатической трансмиссии.
• Плавное и контролируемое ускорение.
• Быстрый отклик.
• Точная скорость при переменной нагрузке.
• Гидростатическая трансмиссия может заглохнуть без повреждения или перегрева.
• Простота управления.
• Обеспечить динамическое торможение.
• Гидростатическая трансмиссия может передавать мощность от одного первичного двигателя в разные места.
• Компактный размер.

Компонентами, необходимыми для системы гидростатической трансмиссии, являются картер трансмиссии (для удержания компонентов на месте и для перекачки жидкости), нагнетательный насос (для создания начального давления масла в картере и для заполнения контура маслом), входной вал (для передачи мощности от двигателя и для вращения нагнетательного насоса), аксиально-поршневой насос (вращает входной вал и подает масло в двигатель), шланги/каналы (для соединения насоса с двигателем), предохранительные клапаны (обеспечивают альтернативный путь для масла, когда давление увеличивается), двигатель (приводит в движение выходной вал), качающаяся шайба (меняет рабочий объем поршневого насоса) и обратный клапан (используется в замкнутом контуре).

Также прочтите:  Типы гидравлических насосов — обзор

Как работает гидростатическая трансмиссия?

Мы знаем, что для каждой гидравлической системы требуется гидравлическая жидкость, которая хранится в резервуаре. В системе гидростатической трансмиссии, когда двигатель работает, он будет вращать приводной вал и связанный с ним первичный вал. В системе с замкнутым контуром движение этого входного вала приводит в действие как нагнетательный, так и поршневой насосы. В результате нагнетательный насос будет всасывать масло из резервуара в картер коробки передач. Возвратно-поступательное движение поршня из-за изменения угла наклонной шайбы заставит масло проходить через шланги к двигателю.

Читайте также:  Как работает антиблокировочная система тормозов?

Классификация гидростатической трансмиссии

Гидростатическая трансмиссия может быть классифицирована в соответствии с пространственным расположением, передаточным отношением и конструкцией цепи. Каждая из этих классификаций упоминается ниже.

Линейный, U-образный, S-образный и разъемный — это 4 различных конфигурации гидравлического насоса и двигателя в зависимости от пространственного расположения. Конфигурация In-line будет содержать регулируемый насос и двигатель постоянного рабочего объема, подключенные непосредственно к линии. U-образная конфигурация аналогична линейной, за исключением того, что двигатель подключается ниже насоса, а входной вал и вал двигателя вращаются в одном направлении. Подобно U-образной конфигурации, для S-образной конфигурации двигатель находится ниже насоса/первичного двигателя. Но двигатель находится за насосом. В раздельной конфигурации двигатель и насос разделены шлангами высокого давления. Эта конфигурация имеет отдельные шланги для подачи и оттока жидкости.

4 классификации гидростатической трансмиссии на основе передаточного отношения: насос с постоянным рабочим объемом и двигатель с постоянным рабочим объемом, насос с переменным рабочим объемом и двигатель с постоянным рабочим объемом, насос с постоянным рабочим объемом и двигатель с переменным рабочим объемом, насос с переменным рабочим объемом и мотор с переменным рабочим объемом.

Пространственная гибкость является единственным преимуществом насоса постоянной производительности с подключением к двигателю постоянной производительности. Эта комбинация будет иметь постоянное передаточное отношение. Таким образом, чтобы получить переменную выходную скорость, необходимо изменить скорость первичного двигателя. В насосе с переменным рабочим объемом и двигателе с постоянным рабочим объемом скорость двигателя можно изменить, изменив подачу насоса. Соединение насоса постоянной производительности и двигателя переменной производительности обычно называют системой постоянной мощности. Потому что эти соединения будут обеспечивать постоянную мощность и переменный крутящий момент с переменной выходной скоростью. Насос с регулируемым рабочим объемом и двигатель с регулируемым рабочим объемом представляют собой наиболее гибкую конфигурацию, обеспечивающую переменную выходную скорость.

Замкнутая и разомкнутая трансмиссия — это две классификации гидростатической трансмиссии, основанные на конструкции цепи. В разомкнутой трансмиссии жидкость от мотора направляется в бачок и насос снова будет всасывать эту жидкость. Но в трансмиссии с замкнутым контуром жидкость от двигателя будет напрямую поступать на вход насоса, и для этого требуется подкачивающий насос. Простая система трансмиссии с открытым контуром будет содержать такие элементы, как резервуар, сетчатый фильтр на всасывании, клапаны сброса давления, насос, двигатель, трубопровод с разъемами, фильтр обратной линии и блок управления. В отличие от системы трансмиссии с открытым контуром, для системы трансмиссии с замкнутым контуром требуется питающий или нагнетательный насос и двойной ударный клапан.

Общие сведения о гидростатических трансмиссиях | Power & Motion

Загрузите эту статью в формате .PDF

Гидростатическая трансмиссия (HST) существует всегда, когда гидравлический насос подключен к одному или нескольким гидравлическим двигателям и предназначен для них. Универсальность достигается за счет того, что один или оба насоса и двигателя (двигателей) имеют переменный рабочий объем. Результатом является бесступенчатая трансмиссия (CVT).

Во многих случаях HST предпочтительнее трансмиссии с переключением передач из-за бесступенчатого изменения передаточного отношения HST. Многие такие вариаторы меняются вручную, а другие меняются автоматически. В популярной автоматической конфигурации используется регулируемый вручную рабочий объем насоса с двигателем с компенсацией давления. Эта конфигурация приводит к так называемой передаче с «постоянной выходной мощностью». Эти трансмиссии создают гиперболическую характеристику скорости и крутящего момента, и они используются в основном для предотвращения рывков первичного двигателя. Есть и другие, но здесь цель состоит в том, чтобы сконцентрироваться на реализации моделей.

Создание модели

На рис. 1 показан первый шаг соединения моделей насоса типа 2 и двигателя при настройке гидростатической трансмиссии. Входной крутящий момент для привода и питания насоса исходит от некоего неуказанного источника слева на рис. 1. Точно так же выходной вал двигателя подает мощность на некую неопределенную вращательную нагрузку справа.

Рис. 1. Базовая конфигурация гидростатической трансмиссии с моделями насоса и двигателя типа 2 начинается с соединения соответствующих портов насоса с их аналогами двигателя. Однако схема еще не применима из-за потенциальной кавитации и неконтролируемого давления в корпусе.

Номенклатура портов A и B двух машин соответствует стандарту , а не стандарту ни в стандартах ISO, ни в стандартах США. Скорее, он был скопирован из стандартизированной практики, используемой с клапанами. На самом деле, я иногда буду называть их рабочими портами насоса и двигателя, как это обычно бывает с направляющими клапанами.

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

Реальные условия

В идеальном мире такая конфигурация может оказаться практичной. Но это не так, как минимум по двум причинам. Во-первых, внутренняя утечка, которая впадает в соответствующие гильзы, может уйти только «назад» через внутренние пути утечки, соединяющие гильзы и рабочие порты низкого давления. При отсутствии средств для сброса давления в корпусе давление в корпусе будет составлять около 50% или более от давления рабочего порта в данный момент. Это могут быть сотни или тысячи фунтов на квадратный дюйм. Это требует высокопрочного корпуса и уплотнений вала высокого давления как в насосе, так и в двигателе. Технология уплотнения вала высокого давления может выдерживать такое давление — конечно, за определенную плату. Однако создание внешней оболочки насосов и двигателей переменной производительности, способной выдерживать такое высокое давление, может быть непомерно дорогим.

Во-вторых, неизбежная потеря жидкости и изменения температуры повлияют на давление в трансмиссии в состоянии покоя. Эти давления неконтролируемы, и вероятность того, что они станут чрезмерно высокими в закрытой и герметичной системе, мала. Однако они наверняка станут чрезмерно низкими, что приведет к кавитации и сопутствующей ей поломке обеих машин. Это необходимо предотвратить путем добавления элементов контура, которые обеспечат необходимый контроль давления.

Улучшение реального мира

Рис. 2. На моделях насоса и двигателя типа 2 показаны не только взаимосвязи между насосом и двигателем, но и внутренние пути утечки. Легко добавить внешние контуры наддува и кондиционирования жидкости.

На рис. 2 также показана гидростатическая трансмиссия с использованием аналитических моделей типа 2 для насоса и двигателя, но с улучшениями, делающими машину практичной. Отдельные конфигурации можно увидеть вместе с соответствующими внутренними путями утечки. Утечки происходят от порта к порту, а также от порта к сливу картера. Насос наддува (часто называемый просто нагнетательным насосом) соединяется с обоими рабочими портами общих соединений насос-двигатель через отдельные обратные клапаны.

Давление наддува обычно низкое, поскольку гидравлические контуры работают, номинально между 150 и 300 фунтами на квадратный дюйм. Таким образом, давление составляет всего около 1/10 или 1/20 от максимального рабочего давления трансмиссии. Насос наддува и обратные клапаны предназначены для предотвращения слишком низкого падения рабочей стороны со стороны более низкого давления. Если давление упадет ниже атмосферного, разрушительное воздействие кавитации поставит под угрозу надежность насоса и двигателя.

Реальное применение

По мере того, как трансмиссия выполняет свою работу, рабочее давление быстро меняется между высокими и низкими значениями. Учтите, что трансмиссия используется для силовой установки вездехода, когда он движется вверх и вниз по холмам и препятствиям. При подъеме на холм давление в порту A будет высоким, но при пересечении вершины холма транспортное средство начинает движение вниз по склону, а насос и двигатель меняются ролями.

Энергия спускаемого транспортного средства нагнетается в двигатель, заставляя его работать как насос, но направление его вращения не меняется. Чтобы поглотить энергию, давление переключается быстро и Давление порта B становится высоким, в то время как давление порта A падает до уровня наддува.

Эта реверсия давления приводит к тому, что насос переключается в двигательный режим, поэтому он пытается увеличить скорость первичного двигателя. Результатом является торможение автомобиля. Если тормозное действие недостаточно, а первичным двигателем является дизельный двигатель, оснащенный механизмом переключения фаз газораспределения для запуска топливных форсунок перед верхней мертвой точкой, эффект силового торможения замедлит снижающееся транспортное средство. Если первичным двигателем является электродвигатель, торможение может быть достигнуто за счет превышения скорости, что приводит к возврату энергии в аккумулятор. В других конфигурациях энергия торможения может храниться гидравлически в аккумуляторах, которые в конечном итоге разряжаются в трансмиссионном двигателе для обеспечения движения.

Загрузите эту статью в формате .PDF

Подготовка 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 картера будет составлять от 5% до 20% потока через силовой порт трансмиссии. Является ли это разумной стратегией кондиционирования жидкости?

Сначала рассмотрим проблему охлаждения. Весь поток негерметичности дренажа картера был «выдавлен» через небольшие внутренние зазоры под очень высоким давлением, поэтому он подвергся значительному нагреву. Поток, прошедший через вытесняющие элементы, также подвергается снижению давления, но его энергия преобразуется в крутящий момент и выбрасывается из вала. Этот поток существенно не нагревается, поэтому требует небольшого охлаждения.

Утечка из порта в порт — это другое дело. Он идет прямо из порта высокого давления в порт низкого давления и рециркулирует без какого-либо охлаждения. Несмотря на то, что эта жидкость не охлаждается, этот метод является жизнеспособным, если размер теплообменника рассчитан на охлаждение как дренажа картера , так и потока от порта к порту. Это связано с тем, что контур наддува пополняет сторону низкого давления трансмиссии слегка переохлажденной жидкостью, которая соединяется с потоком основного силового порта.

С другой стороны, вопрос фильтрации только кейсного стока не имеет однозначного ответа. Если есть какие-то абсолюты, то они таковы: во-первых, очищайте свою жидкость, а во-вторых, держите ее в чистоте. После защиты от катастрофических отказов ничто так не повысит надежность компонентов.

Некоторые защитники рекомендуют устанавливать полнопоточные фильтры высокого давления в силовые порты с обеих сторон трансмиссии. Это обеспечивает замечательную степень защиты. Однако недоброжелатели указывают на высокую начальную стоимость и постоянное обслуживание. Они также будут утверждать, что если жидкость была должным образом очищена и проникновение загрязняющих веществ находится под контролем, то любое увеличение загрязнения должно быть вызвано внутренними причинами, скажем, из-за износа компонентов.

Включая динамику

Динамические эффекты легко добавляются к аналитическим моделям типа 2, схематично показанным на рис. 3. При изучении динамики машин нас интересуют изменения скоростей, крутящих моментов, давлений и т.п., а точнее факторы, которые воздействуют на для предотвращения мгновенных изменений в них. В гидравлической схеме инерция первичного двигателя, насоса, выходного двигателя и инерция нагрузки препятствуют изменению скорости.

Рис. 3. Динамические эффекты можно легко добавить в аналитические модели типа 2 в виде емкостей для учета сжимаемости жидкости и инерции первичного двигателя насоса и выходного двигателя, а также неуказанной нагрузки в двух контурах механического крутящего момента.

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

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

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