logo
Учебное пособие _2009_готово точно

5.1. Исходные характеристики гидропередач

В настоящее время трансмиссии некоторых типов автомобилей снабжаются гидропередачами. Гидропередачи бывают двух типов: гидростатические и гидродинамические.

Гидростатическими (гидрообъемными) называются передачи, использующие для передачи энергии статическое давление жидкости, создаваемое в объемном гидронасосе (например, поршневом или шестеренчатом), связанном с двигателем. Это давление используется для приведения во вращение объемного гидромотора, связанного с ведущими колесами. Гидростатические передачи применяются главным образом в активных автопоездах (т.е. автопоездах, у которых ведущими являются не только колеса тягача, но и прицепов). Для остальных типов автомобилей гидростатические передачи применяются пока только на экспериментальных образцах.

Гидродинамическими называют передачи, использующие для передачи энергии – кинетическую энергию жидкости, приводимую в движение лопатками гидродинамического насоса, вращаемого двигателем. Гидродинамические передачи получили широкое распространение на легковых автомобилях США. Такими передачами снабжаются также трансмиссии отечественных и западноевропейских автомобилей высокого класса, а также некоторых западноевропейских автомобилей среднего класса. Довольно широкое распространение гидродинамические передачи получили на автобусах и карьерных самосвалах. В дальнейшем под термином гидропередача мы будем понимать только гидродинамические передачи.

Основным достоинством гидропередач является значительное облегчение работы водителя. Кроме того, применение гидропередач позволяет увеличить долговечность двигателя, улучшить проходимость автомобиля по тяжелым дорогам и бездорожье, а также несколько улучшить динамичность автомобилей.

Имеется два типа гидродинамических передач: гидромуфты и гидротрансформаторы.

Гидромуфта (рис. 29 а) представляет собой гидродинамическую передачу, состоящую из двух рабочих колес – насоса Н, связанного непосредственно или через дополнительный редуктор с коленчатым валом двигателя, и турбины Т, связанной через ряд механизмов трансмиссии с ведущими колесами автомобиля.

Гидротрансформатор (рис. 29б) в простейшем случае состоит из трех рабочих колес – насоса Н, турбины Т и реактора (направляющего аппарата) Р. Насос непосредственно или через дополнительный редуктор связан с коленчатым валом двигателя. Турбина через механизмы механической части трансмиссии связана, с ведущими колесами автомобиля. Реактор в простейшем случае закреплен неподвижно. Во многих конструкциях гидротрансформаторов реактор устанавливается на муфте свободного хода. В автомобилестроении применяются и более сложные гидротрансформаторы, имеющие несколько турбин и реакторов. Как самостоятельный механизм гидромуфты почти не применяются на современных автомобилях. Однако довольно распространенными являются гидротрансформаторы, имеющие такую конструкцию, которая при определенных условиях обеспечивает их превращение в гидромуфту (переход на режим гидромуфты). Также гидротрансформаторы называются комплексным.

Рассмотрим основные характеристики гидромуфты и гидротрансформатора, определяющие особенности тяговых и топливно-экономических свойств автомобиля, снабженного гидропередачей.

Кинематические свойства гидропередачи характеризуются передаточным отношением i, равным отношению угловой скорости (числа оборотов) турбины к угловой скорости (числу оборотов)

насоса:

( )

Иногда кинематические свойства гидропередачи характеризуют также скольжением:

Силовые (преобразующие) свойства гидропередачи характеризуются коэффициентом трансформации K, равным отношению момента на валу турбина к моменту на валу насоса: ( ).

а) б)

Рис. 29. Схемы гидропередач

Соотношение между моментами на валах турбина и насоса у гидромуфты и гидротрансформатора можно найти из условия равенства нулю суммы моментов внешних сил, действующих на гидропередачу.

Для гидромуфты внешними моментами будут только Мн и Мтур. Следовательно, можно записать:

, (108)

откуда Мн = Мтур (момент Мтур взят со знаком минус потому, что его направление противоположно направлению момента Mн). Следовательно, гидромуфта не изменяет момента, подводимого к валу насоса, и коэффициент трансформации гидромуфты Kгм всегда равен единице (Kгм = 1).

Для гидротрансформатора, кроме моментов Мн и Мтур добавляется внешний момент Мр, действующий на реактор. Следовательно, условие равенства нулю суммы внешних моментов запишется так:

Мн + Мр – Мтур = 0, откуда Мтур = Мн + Мр.

Следовательно, коэффициент трансформации Kгт гидротрансформатора

Если Мр > 0, то Мтур > 0, то Mтур > Mн+Mp.

При закрепленном реакторе момент Мp может быть в принципе как положительным, так и отрицательным. Однако для автомобильных гидропередач рабочий диапазон ограничивается обычно случаем, когда Мр > 0 и Kгт > 1.

У комплексных гидротрансформаторов, у которых, реактор установлен на муфте свободного хода, момент Мр не может быть отрицательным, поскольку механизм свободного хода не препятствует вращению реактора в сторону действия отрицательного момента Мр. У таких гидротрансформаторов коэффициент трансформации не может быть меньшим единицы. При уменьшении Мр до нуля такой гидротрансформатор работает как гидромуфта (Мтур = Мн ; Kгм = 1).

Энергетические свойства гидропередачи характеризуются коэффициентом полезного действия (КПД ηгт) равным отношению мощности, отводимой от турбины, к мощности, подводимой к насосу:

для гидромуфты, поскольку Kгм = 1, ηгм = iгм. Как коэффициент трансформации, так и КПД гидропередачи изменяются с изменением, передаточного отношения i. График зависимости K и ηгм от iгм называют исходной (безразмерной) характеристикой гидропередачи.

Для гидромуфты зависимость K = f(i) изображается прямой, параллельной оси абсцисс, а зависимость ηгм = ф(i) прямой, проходящей через начало координат под углом 45° к координатным осям (ηгм = iгм) (рис. 31а).

В зависимости от передаточного отношения КПД гидромуфты может изменяться от нуля до величины, близкой к единице. При неподвижном вале турбины iгм = ηгм = 0. Максимальные значения передаточного отношения и КПД гидромуфты тем выше, чем меньше нагрузка на валу турбины. Обычно конструкцию гидромуфты подбирают таким образом, чтобы при передаче максимальной мощности двигателя КПД было равным ηгм = 0,97…0,975 (скольжение =2,5…3%). При частичных нагрузках скольжение несколько меньше и КПД ближе к единице.

Безразмерная характеристика гидротрансформатора показана на рис. 30 б.

Зависимость Kгт = f(i) выражается пологой кривой, близкой к прямой.

Преобразующие свойства гидротрансформатора принято характеризовать максимальным коэффициентом трансформации Kгт max, который получается при неподвижном вале турбины, т.е. iгт = 0 (стоповый коэффициент трансформации). В трансмиссиях легковых автомобилей обычно применяются гидротрансформаторы с максимальным коэффициентом трансформации Kгт max (2…2,5), а у грузовых автомобилей и тягачей Kгт (2,2…4,0).

Зависимость ηгт = ф(i) выражается кривой, близкой к квадратичной параболе.

При iгт = 0 и Kгт = 0 – ηгт = 0.

Максимальное значение КПД современных автомобильных гидротрансформаторов в зависимости от их конструкции составляет ηгт = 0,88…0,92, а передаточное отношение, соответствующее ηгт mах, обычно выбирается равным iопт = 0,7…0,8. С увеличением максимального коэффициента трансформации максимальное значение КПД несколько снижается и передаточное число, соответствующее ηгт mах, уменьшается.

а) б)

Рис. 30. Исходные характеристики гидропередач