Варианты применения объемной гидропередачи в трансмиссии автомобиля

Возможны следующие варианты применения объемной гидро­передачи в трансмиссии автомобиля.

1. Рабочие объемы насоса и мотора равны между собой и по­стоянны:

В этом случае применение объемной гидропередачи заменяет механическую связь между двумя агрегатами — этот вариант можно назвать гидровалом. В практике автостроения вариант гидровала встречается в тех случаях, когда применение механической передачи затруднено по ряду причин. Примером может служить привод ве­дущих мостов полуприцепа в автопоезде с активным полуприцепом. В этом случае передача крутящего момента с тягача на полуприцеп через седельно-сцепное устройство с помощью системы карданных валов приводит к значительному усложнению трансмиссии авто­поезда. Применение в этом случае гидровала потребует установки на тягаче насоса, получающего энергию от раздаточной коробки тягача, а на полуприцепе — мотора, вал которого связан с валом трансмиссии полуприцепа. Связь насоса и мотора осуществляется двумя гидрошлангами, что значительно упрощает конструкцию ак­тивного автопоезда.

2. Рабочие объемы насоса и мотора неодинаковы, но оба по­стоянны. Такой вариант, который можно назвать гидроредуктором, также применяется при активизации привода прицепов и полу­прицепов, в частности прицепов-роспусков.

3. Рабочий объем насоса или мотора либо их обоих переменен. В этом случае объемный гидропривод может выполнять функции бесступенчатой передачи. Рассмотрим различные комбинации такого варианта.

а) Рабочий объем мотора постоянен, рабочий объем насоса может меняться под воздействием внешнего регулятора. При по­стоянном режиме работы насоса (постоянном режиме работы дви­гателя автомобиля) момент на валу мотора и частота вращения вала мотора изменяются в соответствии с выражениями:

?

Из приведенных выражений очевидно, что такая система может обеспечить равенство нулю частоты вращения вала мотора при вращении вала двигателя автомобиля и оавенгтир uwmr. «-^------

объема насоса, а плавное увеличение рабочего объема насоса по­зволит реализовать плавное трогание автомобиля с места, т. е. гид­ропередача помимо прочего может выполнить функции автомо­бильного сцепления. Очевидно, что при нулевом рабочем объеме насоса давление в напорной магистрали должно стать бесконечно большим, что в принципе невозможно. Любая реальная гидросистема рассчитана на определенное максимальное давление ртях, опреде­ляемое характеристиками шлангов, соединительных уплотнений и т. д., величина максимального давления ограничивается регули­ровкой предохранительного клапана в нагнетательной магистрали. Заданному максимальному давлению соответствует определенное минимальное значение рабочего объема насоса. В диапазоне из­менения рабочего объема насоса от 0 до минимального значения происходит стравливание жидкости через предохранительный клапан в сливную магистраль. Крутящий момент мотора в этом диапазоне изменения частот вращения вала мотора остается максимальным и постоянным:

Рабочий объем, при котором прекращается стравливание дав­ления через предохранительный клапан, назовем минимальным ра­бочим объемом насоса, его величина определяется величиной под­водимого крутящего момента и допустимым максимальным давле­нием:

По мере увеличения рабочего объема насоса крутящий момент мотора бесступенчато уменьшается и соответственно увеличивается частота вращения вала мотора. Поскольку вал мотора определенным образом связан с валом привода колес, происходит разгон авто­мобиля, что и позволяет использовать гидрообъемную передачу в качестве бесступенчатой трансмиссии. Заметим, что гидрообъемная передача не является саморегулируемой, она требует внешней ав­томатической системы, обеспечивающей необходимое изменение передаточного числа.

б) Рабочий объем насоса постоянен, рабочий объем мотора уменьшается от максимального значения дмтах до минимального <?м min- По мере уменьшения рабочего объема мотора крутящий мо­мент на валу мотора уменьшается, а частота вращения вала мотора увеличивается, т. е. гидрообъемная передача выполняет роль бес­ступенчатого трансформатора крутящего момента. Заметим, что в этом случае неподвижное состояние вала мотора потребовало бы бесконечно большого значения рабочего объема мотора, поэтом>

в трансмиссии требуется установка узла, разобщающего на холостом ходу двигателя валы двигателя и трансмиссии аналогично сцеплению в механической трансмиссии. Следует отметить, что в чистом виде такой вариант регулируемой гидрообъемной передачи практически не встречается.

в) Регулируемыми являются рабочие объемы насоса и мотора. Наиболее целесообразный вариант такой передачи — последова­тельное регулирование сначала рабочего объема насоса от <7Hmin Д° "?нтах ПРИ постоянном рабочем объеме мотора ^мтах и затем ре­гулирование рабочего объема мотора до величины дмт^„ при по­стоянном значении рабочего объема насоса днт\п. Такое регули­рование обеспечивает плавное трогание автомобиля с места (регу­лирование в первой фазе рабочего объема насоса от 0 до <?Hmin)-Последовательное регулирование рабочих объемов насоса и мотора существенно усложняет систему управления гидропередачей и может применяться в тех случаях, когда диапазона регулирования рабочего объема насоса недостаточно для обеспечения требуемого диапазона регулирования трансмиссии.

При рассмотрении принципа работы объемной гидропередачи не учитывались потери в ней. Тем не менее потери, не влияя на принцип работы передачи, имеют большое значение при опреде­лении экономической целесообразности применения таких передач в автомобиле.

При работе объемной гидропередачи имеют место следующие виды потерь:

- механические потери в насосе. Они определяются трением в относительно перемещающихся деталях насоса и оцениваются коэффициентом механических потерь насоса kMH, представляющим собой отношение момента, непосредственно затраченного на со­здание давления в напорной магистрали, к моменту, подведенному к валу насоса;

- объемные потери в насосе. Они вызваны утечкой жидкости через рабочие сопряжения в насосе и оцениваются коэффициентом объемных потерь насоса k^, равным отношению фактической про­изводительности насоса к его теоретической подаче;

- механические потери в моторе. Они оцениваются коэффи­циентом механических потерь мотора &мм, равным отношению мо­мента, снимаемого с вала мотора, к его теоретическому значению при заданном давлении;

— объемные потери в моторе, вызванные утечкой рабочей жид­кости через рабочие сопряжения мотора. Их величина оценивается коэффициентом объемных потерь мотора k^, равным отношению реализованной подачи мотора к фактической подаче насоса;

- потери давления в гидроприводе, вызванные трением жид­кости о стенки шлангов, потерями на поворот русла и др. Оценивают

их коэффициентом потерь давления kp, равным отношению дав­ления, подаваемого в мотор, к давлению, создаваемому насосом. Очевидно, что коэффициент полезного действия насоса будет представлять собой произведение коэффициента механических по­терь насоса на коэффициент объемных потерь насоса; коэффициент полезного действия мотора -- произведение коэффициента меха­нических потерь мотора на коэффициент объемных потерь мотора, а коэффициент полезного действия объемной гидропередачи — про­изведение коэффициентов полезного действия насоса, мотора и коэффициента потери давления:

Коэффициенты механических и объемных потерь гидроагрегатов зависят от многих факторов: развиваемого (потребляемого) гидро­машиной давления, частоты вращения вала машины, рабочего объ­ема регулируемой машины и др. Аналитическое описание этих зависимостей сложно и в достаточной степени приближенно, по­этому пользователи гидромашин чаще пользуются экспериментально определенными зависимостями, которые обычно включаются в пас­порт машины. КПД объемной гидропередачи может быть достаточно высок на определенном режиме работы в ограниченном диапазоне изменения выходных параметров. При любом отклонении выходных параметров КПД существенно падает. Например, объемная гидро­передача ГСТ—90 при работе насоса с частотой 2000 об/мин при рабочем давлении 21 МПа и работе мотора с частотой 2000 об/мин будет иметь максимальный КПД 90%. При отклонении скоростных и нагрузочных режимов как насоса, так и мотора КПД передачи резко уменьшается. Так, при частоте насоса 2000 об/мин с тем же давлением и частоте мотора 500 об/мин КПД передачи уменьшается до 70%. Эксплуатация мотора на частотах ниже 500 об/мин вообще нецелесообразна из-за резкого уменьшения КПД. Особенностью бесступенчатой передачи автомобиля является по­стоянная переменность режимов работы практически по всем параметрам — рабочему давлению, частоте вращения валов мотора и насоса, поэтому на современном уровне совершенства гидромашин вращательного действия нет оснований надеяться на практическую возможность применения объемных гидропередач в качестве бес­ступенчатых передач массовых автомобилей.

Применение объемных гидропередач в качестве бесступенчатых трансмиссий целесообразно лишь в тех случаях, когда возможность применения обычной механической трансмиссии затруднено из-за определенных технических сложностей — компоновочных, массо-

вых, ооъемных и др. Целесообразны такие передачи и в том случае, когда режим их работы в течение всего рабочего цикла остается постоянным и близким к оптимальному. Это, например, имеет место при применении гидропередачи в качестве средства повышения проходимости, при приводе различных агрегатов и в других подобных случаях.