Автомобили с электромеханической трансмиссией

Электромеханические трансмиссии

Электромеханическая трансмиссия состоит из электрического генератора, тягового электродвигателя (или нескольких), электрической системы управления, соединительных кабелей. Основным достоинством электромеханических трансмиссий, является обеспечение наиболее широкого диапазона автоматического изменения крутящего момента и силы тяги, а так же, отсутствие жёсткой кинематической связи между агрегатами электротрансмиссии, что позволяет создать различные компоновочные схемы.

Недостатком, препятствующим широкому распространению электрических трансмиссий, являются относительно большие габариты, масса и стоимость (особенно если используются электрические машины постоянного тока), сниженный КПД (по сравнению с чисто механической). Однако, с развитием электротехнической промышленности, массовым распространением асинхронного, синхронного, вентильного, индукторного и др. видов электрического привода, открываются новые возможности для электромеханических трансмиссий.

Такие трансмиссии применяются в тепловозах, карьерных самосвалах, некоторых морских судах, тракторах, самоходных механизмах, военной технике (в свое время, на танках ЭКВ (СССР) и немецких военных машинах «Фердинанд» и «Мышонок»), автобусах (которые с таким видом трансмиссии, правильнее называются теплоэлектробус (например ЗиС-154)).

Сцепление.

Сцепле́ние — механизм передачи вращения, который может быть плавно включён и выключен (выжат), обеспечивающий безрывковое трогание автомобиля с места и бесшумное переключение передач.

Обычно термин «сцепление» относится к компоненту трансмиссии транспортного средства с двигателем, предназначенному для подключения или отключения соединения двигателя с коробкой передач. Изобретение сцепления приписывают Карлу Бенцу.

Существует много различных типов сцепления, но большинство основано на одном или нескольких фрикционных дисках, плотно сжатых друг с другом или с маховиком пружинами. Фрикционный материал очень похож на используемый в тормозных колодках и раньше почти всегда содержал асбест, в последнее время используются безасбестовые материалы. Плавность включения и выключения передачи обеспечивается проскальзыванием постоянно вращающегося ведущего диска, присоединенного к валу двигателя, относительно ведомого диска, соединенного через шлиц с коробкой передач.

Усилие от педали сцепления передается на механизм путем гидравлического привода или троса. Выжимание педали сцепления разжимает диски сцепления, в итоге оставляя между ними свободное пространство, а отпускание педали приводит к плотному сжатию ведущего и ведомого дисков. Почти все стандартные типы сцепления содержат пружины демпфера крутильных колебаний (видны на снимке), служащие для выравнивания небольших постоянных колебаний момента, неизбежно возникающих при передаче его шестернями коробки передач.

Коробка передач.

Коро́бка переда́ч (коробка перемены передач, коробка переключения передач, коробка скоростей, КП, КПП, англ. Gear box) — агрегат (как правило — шестерёнчатый) различных промышленных механизмов (например, станков) и трансмиссий механических транспортных средств.

КП транспортных средств предназначена для изменения частоты и крутящего момента в более широких пределах, чем это может обеспечить двигатель транспортного средства. Как правило, это относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), которые имеют недостаточную приспособляемость. Транспортные средства с паровыми или электрическими (трамвай, троллейбус) двигателями, имеющими высокую приспособляемость и обеспечивающими изменение частоты вращения и крутящего момента в более широких пределах, чем ДВС, обычно выполняются без КП. Также КП предназначена для обеспечения движения транспортного средства задним ходом и длительного отключения двигателя от движителя при пуске двигателя и работе его на стоянках.

В металлорежущих и других станках КП применяют, в первую очередь, для обеспечения оптимальных режимов резания — частот вращения (скоростей перемещения) режущего инструмента или обрабатываемой детали (например, частота вращения шпинделя токарного или сверлильного станка).

Трансмиссия

Трансми́ссия (силовая передача) — в машиностроении совокупность сборочных единиц и механизмов, соединяющих двигатель (мотор) с ведущими колёсами транспортного средства (автомобиля) или рабочим органом станка, а также системы, обеспечивающие работу трансмиссии. В общем случае трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к колёсам (рабочему органу), изменения тяговых усилий, скоростей и направления движения. В автомобилях часть трансмиссии (сцепление и коробка передач) входит в состав силового агрегата.

В состав трансмиссии автомобиля входят:

    ; ; ; ; ; ; ; — не является отдельным элементом трансмиссии, так как выполняет роль главной передачи;

В состав трансмиссии гусеничных машин (например, танка) в общем случае входят:

    (сцепление); («гитара»); ; ; .

К трансмиссиям транспортных средств предъявляются следующие требования:

  • обеспечение высоких тяговых качеств и скорости машины при прямолинейном движении и повороте;
  • простота и лёгкость управления, исключающие быструю утомляемость водителя;
  • высокая надёжность работы в течение длительного периода эксплуатации;
  • малые масса и габаритные размеры агрегатов;
  • простота (технологичность) в производстве, удобство в обслуживании при эксплуатации и ремонте;
  • высокий КПД;
  • в машинах высокого класса добавляется требование бесшумности.

По способу передачи и трансформирования момента трансмиссии делятся на механические, гидромеханические и электромеханические.

Механические трансмиссии

Механические трансмиссии — (простые и планетарные) в коробках передач содержат лишь шестерёнчатые и фрикционные устройства. Преимущества их состоят в высоком коэффициенте полезного действия (КПД), компактности и малой массе, надёжности в работе, относительной простоте в производстве и эксплуатации. Недостатком механической трансмиссии является ступенчатость изменения передаточных чисел, снижающая использование мощности двигателя. Большое время на переключение передач рычагом усложняет управление машиной. Поэтому спортивные автомобили, снабжённые механической трансмиссией, оборудуют электронными переключателями передач (подрулевыми лепестками, кнопками на руле и пр.) и коробками передач со сверхбыстрыми синхронизирующими сервомеханизмами.

Применение механических трансмиссий характерно для советского танкостроения (простые механические — dbfТ-55, Т-62; планетарные с гидросервоуправлением — Т-64, Т-72, Т-80).

Гидромеханические трансмиссии

Гидромеханические трансмиссии имеют гидромеханическую коробку передач, в состав которой входят гидродинамический преобразователь момента (гидротрансформатор, комплексная гидропередача) и механический редуктор. Преимущества этих трансмиссий состоят в автоматическом изменении крутящего момента в зависимости от внешних сопротивлений, возможности автоматизации переключения передач и облегчении управления, фильтрации крутильных колебаний и снижении пиковых нагрузок, действующих на агрегаты трансмиссии и двигатель, и в повышении вследствие этого надёжности и долговечности поршневого двигателя и трансмиссии.

Основным недостатком этих трансмиссий является сравнительно низкий КПД из-за низкого КПД гидротрансформатора. При КПД гидропередачи не ниже 0,8 диапазон изменения момента не более трёх, что вынуждает иметь механический редуктор на три-пять передач, считая передачу заднего хода. Необходимо иметь специальную систему охлаждения и подпитки гидроагрегата, что увеличивает габариты моторно-трансмиссионного отделения. Без специальных автологов или фрикционов не обеспечиваются торможение двигателем и пуск его с буксира.

Гидромеханические трансмиссии получили широкое распространение в западном танкостроении — М1 «Абрамс» (США), «Леопард-2» (ФРГ). В трансмиссиях этих танков использованы не только гидродинамические передачи в основном приводе, но и гидростатические (гидрообъёмные) передачи в дополнительном приводе для осуществления поворота. Из работающей на постсоветском пространстве железнодорожной техники гидромеханическую передачу имеет, например, дизель-поезд венгерского производства Д1.

Гидравлические трансмиссии

Гидравлическими трансмиссиями в транспортной технике называются трансмиссии, где переключения выполняются не механически, а гидравлическими аппаратами, так как чисто гидравлические трансмиссии встречаются весьма редко. В такой трансмиссии имеется коробка передач с первичным и вторичным валами и несколькими парами зубчатых колёс, как и в обычной КПП, но включение нужной пары в работу выполняет не кулачковая или фрикционная муфта, а гидромуфта или гидротрансформатор, заполняемый для включения передачи. Достоинство такой трансмиссии — совершенно безударное включение передач и отсутствие механических муфт, ненадёжно работающих при передаче больших моментов (например, на тепловозах), недостаток — необходимость установки отдельной гидромуфты (весьма громоздкого аппарата) на каждую передачу.

Из-за перечисленных особенностей гидропередача используется в основном на ЖД-технике. Из отечественных типов техники гидропередачу имеют, например, маневровые тепловозы ТГМ4 и ТГМ6, дизель-поезд ДР1.

Гидростатические трансмиссии

В гидростатической (гидрообъёмной) трансмиссии для передачи мощности используются аксиально-плунжерные гидромашины. Достоинства такой трансмиссии — малые габариты машин, малая масса и отсутствие механической связи между ведущим и ведомым звеньями трансмиссии, что позволяет разносить их на значительные расстояния и придавать большое число степеней свободы. Недостаток гидрообъёмной передачи — значительное давление в гидролинии и высокие требования к чистоте рабочей жидкости.

Гидростатическая передача используется на дорожно-строительных машинах (особенно катках — из-за необходимости обеспечивать очень большое передаточное число, а также зачастую приводить вальцы с торца, построение механической передачи затруднено), как вспомогательная — на тепловозах, авиационной технике (благодаря малой массе и возможности размещать мотор далеко от насоса), металлорежущих станках.

Электромеханические трансмиссии

Электромеханическая трансмиссия состоит из электрического генератора, тягового электродвигателя (или нескольких), электрической системы управления, соединительных кабелей. Основным достоинством электромеханических трансмиссий, является обеспечение наиболее широкого диапазона автоматического изменения крутящего момента и силы тяги, а также отсутствие жёсткой кинематической связи между агрегатами электротрансмиссии, что позволяет создать различные компоновочные схемы.

Недостатком, препятствующим широкому распространению электрических трансмиссий, являются относительно большие габариты, масса и стоимость (особенно если используются электрические машины постоянного тока), сниженный КПД (по сравнению с чисто механической). Однако, с развитием электротехнической промышленности, массовым распространением асинхронного, синхронного, вентильного, индукторного и др. видов электрического привода, открываются новые возможности для электромеханических трансмиссий.

Такие трансмиссии применяются в тепловозах, карьерных самосвалах, некоторых морских судах, тракторах, самоходных механизмах, военной технике — на танках ЭКВ (СССР) и немецких военных машинах «Фердинанд» и «Мышонок»), автобусах (которые с таким видом трансмиссии правильнее называются теплоэлектробус, например ЗИС-154).

Автоматическая трансмиссия (или автоматическая коробка переключения передач) переключает передачи самостоятельно в зависимости от скорости автомобиля и обеспечивает водителю приятные и комфортные условия для вождения автомобиля. От водителя лишь требуется вручную выбрать направление движения машины: вперёд или назад.

Читайте также  Блок управления трансмиссией tcu

Отдельно выделяют роботизированную трансмиссию, где разъединение сцепления и переключение передач также происходит автоматически, но отсутствует механизм плавного переключения передач — гидротрансформатор. Зачастую такая трансмиссия — обычная механическая КПП с дисковым сцеплением, но все действия выполняются сервоприводами, в результате водителю нет нужды выполнять сложные манипуляции с рычагом КПП и согласованно действовать сцеплением. Такая трансмиссия называется секвентальной коробкой передач, может иметь автоматический и ручной режимы (в ручном водитель просто нажимает рычаг переключения передач в положение «-» или «+», повышая или понижая передачу). Например, на автомобилях BMW такая трансмиссия называется SMG — sequential manual gearbox, секвентальная ручная коробка передач.

Пока наиболее эффективным (с точки зрения плавного изменения коэффициента редукции) считается вариатор. Но использование в нём резинового ремня возможно лишь с агрегатами небольшой мощности (например, скутеры). Компания Audi разработала вариатор с металлическим ремнем в виде многорядной цепи. Однако, ввиду большой стоимости, трансмиссия такого легкового автомобиля оказалась неконкурентоспособной, и обычно применяется вариатор другой конструкции — ведущий и ведомый диски имеют на торцах ручьи сферического профиля (при сложении обоих дисков образующие тор), по которым обкатываются обрезиненные ролики, оси вращения которых проходит через ось вращения дисков, но могут наклоняться, либо становясь перпендикулярно оси вращения дисков, либо отклоняться в ту или иную сторону. Это — торовый вариатор.

Если оси дисков и роликов перпендикулярны, то ролик катится по ручьям обоих дисков по равноудалённым от оси путям на обоих дисках, то есть проходит одинаковые пути на обоих дисках — вариатор работает как прямая передача. Если наклонить оси вращения роликов так, что точка пересечения осей уйдёт в сторону ведомого диска, то по ручью ведущего ролики будут бежать по меньшему радиусу, а по ручью ведомого — по большему, а так как пути они проходят одинаковые по обоим дискам, то на один оборот ведущего придётся меньше одного оборота ведомого — передача будет понижающей. Если наклонить оси в обратную сторону — передача станет повышающей.

Гидротрансформатор (ГТ) (или torque converter в зарубежных источниках) служит для передачи крутящего момента непосредственно от двигателя к элементам автоматической коробки передач и состоит из следующих основных частей:

  • насосное колесо или насос (pump);
  • плита блокировки гидротрансформатора (lock-up piston);
  • турбинное колесо или турбина (turbine);
  • статор (stator);
  • обгонная муфта (one-way clutch).

Гидротрансформатор работает по принципу передачи движения через слой жидкости. Степень связи насосного колеса с турбинным можно плавно изменять. Этим занимается автоматика. Минусом такого устройства являются большие потери на перемешивание жидкости (низкий КПД), что не даёт возможности использовать его непосредственно в качестве основного редуктора, а лишь в качестве жидкостной муфты сцепления.

Основные признаки неисправности:

  • пробуксовывание;
  • неполное выключение;
  • рывки во время движения с места;
  • шум в сцеплении во время движения;
  • заедание педали;
  • подтекание жидкости в соединениях привода сцепления.

Пробуксовывание сцепления может происходить из-за:

  • ограничения свободного хода педали вследствие неправильного регулирования или износа фрикционных накладок;
  • износ фрикционных накладок ведомого диска.

При этом крутящий момент от двигателя передаётся не полностью, ухудшается разгон автомобиля, замедляется трогание с места, а в случае большого пробуксовывания автомобиль остаётся неподвижным, даже если передача включена и педаль сцепления отпущена.

Чтобы устранить неисправность, надо проверить свободный ход по центру площадки педали: он должен составлять 35-45 мм на автомобилях «Москвич», 26-38 мм на автомобилях ЗАЗ, 26-35 мм на автомобилях ВАЗ и 12-28 мм на автомобиле ГАЗ-24. Свободный ход создаётся прежде всего благодаря зазору между вилкой выключения сцепления и нажимной муфтой выжимного подшипника, то есть идентично перемещению педали вплоть до начала прогиба пружины диафрагмы (на автомобилях ВАЗ и «Москвич») или до начала сжимания витых пружин (ЗАЗ, ГАЗ-24,ВАЗ).

Электромеханическая трансмиссия

Электри́ческая переда́ча (ЭП) — широко применяемый на тяжёлых транспортных машинах способ всережимной передачи мощности двигателя внутреннего сгорания на движитель, предполагающий преобразование механической энергии вращения в электрическую и обратно, а также отсутствие жёсткой кинематической связи между первичным двигателем и движителем. В общем случае всегда состоит из тягового генератора и одного или нескольких тяговых электродвигателей. Выполняет функцию трансмиссии и решает аналогичные трансмиссии задачи: формирование гиперболической тяговой характеристики, движение вперёд-назад, трогание с места, разъединение первичного двигателя и движителя для работы первичного двигателя на холостом ходу. [1] Область применения ЭП: городские автобусы, карьерные самосвалы, тяжёлые гусеничные трактора (танки), магистральные и маневровые тепловозы, морские теплоходы (дизель-электроходы, турбо-электроходы), морские суда-атомоходы (в том числе атомные подводные лодки).

Содержание

Описание

Принцип работы
Механическая энергия вращения, вырабатываемая ДВС, который для любой ЭП является так называемым «первичным двигателем», передаётся на якорь тягового генератора, где превращается в электрическую энергию. Электрическая энергия в свою очередь передаётся по кабелям на тяговые электродвигатели, где превращается обратно в механическую энергию вращения для окончательной передачи на движитель транспортной машины. В процессе выработки и передачи электрическая энергия в ЭП может быть трансформирована по своей силе тока и напряжению без изменения мощности, что при необходимости позволяет сформировать гиперболическую тяговую характеристику самой транспортной машины при практически любой внешней скоростной характеристике первичного двигателя.

Управление
[2] В любой ЭП возможно применение 4-х видов регуляторов: регулятор мощности тягового генератора; регулятор возбуждения тягового генератора; регуляторы преобразователей тока; регуляторы возбуждения и направления вращения тяговых электродвигателей. Регулятор мощности тягового генератора определяет его частоту вращения и связанную с этой конкретной частотой его мощность в кВт. (фактически этим регулятором по умолчанию является сам первичный двигатель). Остальные три регулятора позволяют тем или иным образом менять силу тока и напряжения, а также обеспечивают коммутацию элементов ЭП для включения/выключения и изменения направления вращения тяговых электродвигателей. В случае необходимости получения гиперболической тяговой характеристики таковую в первую очередь обеспечивает регулятор возбуждения тягового генератора, а во вторую очередь — регуляторы возбуждения тяговых электродвигателей.

Классификатор по «прозрачности»
[3] ЭП могут быть классифицированы на «прозрачные» и «непрозрачные» по аналогии с гидравлическими передачами. Это неофициальная классификация, но она может встречаться в информационных материалах об ЭП. В так называемых «непрозрачных» ЭП тяговый генератор передаёт тяговым электродвигателям электрическую мощность при переменных значениях силы тока и напряжения. Подобные передачи в первую очередь нужны на наземных транспортных машинах с поршневыми ДВС, так как последние сами по себе не могут обеспечить транспортной машине гиперболическую тяговую характеристику. В так называемых «прозрачных» могут отсутствовать любые регуляторы, кроме регулятора мощности тягового генератора, а остаются только коммутационные аппараты для выключения и реверсирования. Подобные передачи могут применяться на судах (в том числе на подводных лодках), ввиду того, что гиперболическая тяговая характеристика судну не нужна.

Классификатор по току
[4] В роли двух основных элементов ЭП — тягового генератора и тягового электродвигателя — могут быть использованы вращающиеся электрические машины как постоянного тока, так и переменного тока. В зависимости от рода тока тягового генератора и тяговых электродвигателей ЭП делятся на ЭП постоянно-постоянного тока (или просто ЭП постоянного тока), ЭП переменно-постоянного тока, ЭП переменно-переменного тока (или прото ЭП переменного тока), а ЭП постоянно-переменного тока не существует. Сам конкретный тип применяемых электрических машин под род тока может быть практически любой: коллекторные, вентильные, синхронные, асинхронные, прочие.

Электропередача постоянного тока

Включает в себя тяговый генератор постоянного тока и тяговые электродвигатели постоянного тока. Тяговый генератор — коллекторный с независимым возбуждением. Тяговые электродвигатели — коллекторные с последовательным возбуждением. На любой установленной частоте вращения тягового генератора управление частотой вращения тяговых электродвигателей здесь осуществляется двумя независимыми способами: изменением магнитного поля тягового генератора, изменением магнитного поля тяговых электродвигателей. То или иное направление вращения тяговых электродвигателей обычно обеспечивается изменением направления тока в их обмотках возбуждения посредством группового переключателя (реверсора). [5]

ЭП постоянного тока является наиболее технологически доступной, и первые работоспособные ЭП транспортных машин были именно ЭП постоянного тока. Ранние конструкции непрозрачных тепловозных ЭП постоянного тока не имели систем автоматического регулирования, и за формирование гиперболической тяговой характеристики тепловоза отвечал машинист, управляя возбуждением генератора вручную отдельным контроллером на основании показаний вольтметра и амперметра (схема Вард-Леонарда). В середине 1940-х появились системы автоматического регулирования тягового генератора на основе отрицательной обратной связи по току тяговых электродвигателей (схема Лемпа). С середины 1950-х стало применяться регулирование возбуждения тяговых электродвигателей. В СССР/России наиболее совершенные системы автоматического регулирования применялись на последних серийных тепловозах с ЭП постоянного тока, выпускавшихся до начала 2000-х. В современной технике ЭП постоянного тока массово не применяются ввиду невыгодного соотношения массы коллекторного генератора к величине получаемой с него электрической мощности, относительно невысоких допустимых окружных скоростей якоря и необходимости в более частом техобслуживании щёточно-коллекторного узла. На сегодня (2020 год) транспортные машины (тепловозы в первую очередь) с ЭП постоянного тока серийно не производятся, но выпущенные ранее эксплуатируются.

Читайте также  Автоматическая трансмиссия для велосипеда

Электропередача переменно-постоянного тока

Включает в себя тяговый генератор переменного тока, выпрямительную установку и тяговые электродвигатели постоянного тока. Тяговый генератор передачи обычно выполнен на основе многополюсной синхронной машины трёхфазного тока с независимым возбуждением, а тяговые электродвигатели обычно коллекторные с последовательным возбуждением. Также возможны и иные варианты тягового генератора (например, синхронный однофазный) и тяговых электродвигателей (например, вентильные), но наименьшую пульсацию выпрямленного напряжения (величины порядка 6-7%) обеспечивает именно трёхфазный синхронный генератор с двумя статорными обмотками, сдвинутыми относительно друг-друга на 30 эл. градусов. Выпрямительная установка обычно кремниевая полупроводниковая. Как и в случае ЭП постоянного тока при любой установленной частоте вращения тягового генератора управление частотой вращения тяговых электродвигателей здесь возможно двумя независимыми способами: изменением магнитного поля тягового генератора и изменением магнитного поля тяговых электродвигателей. Направление вращения тяговых электродвигателей обычно обеспечивается изменением направления тока в их обмотках возбуждения посредством группового переключателя (реверсора). [6]

ЭП переменно-постоянного тока может работать с точно такими же тяговыми электродвигателями и с похожими системами автоматического регулирования как ЭП постоянного тока, и основное её отличие именно в тяговом генераторе. Конструктивное усложнение ЭП ввиду обязательной необходимости выпрямительной установки обусловлено преимуществами, которые даёт применение синхронного генератора переменного тока по сравнению с коллекторным генератором постоянного тока: почти вдвое меньшей массой на единицу вырабатываемой электрической мощности и преимуществом в эксплуатационной надёжности. И то и другое объясняется особенностями конструкции вращающихся электрических синхронных машин, а именно, отсутствием в них щёточно-коллекторного узла, что с одной стороны позволяет создавать генераторы с более высокими окружными скоростями на поверхности ротора, а значит сделать тяговый генератор более компактным и лёгким при той же мощности, а с другой стороны повышает надёжность токосъёма. Также, более высокие допустимые частоты вращения синхронных генераторов переменного тока позволяют соединять их с высокооборотными первичными двигателями, типа газотурбинных, без редуктора, а значит с существенной экономией по массе дизель-генераторной установки. [7]

ЭП переменно-постоянного тока стали возможны только с появлением относительно нетяжёлых и надёжных кремниевых выпрямительных установок. Актуальны до сих пор (2020 год), и в непрозрачном варианте широко применяются на многих тяжёлых транспортных машинах, от карьерных самосвалов до крупных судов. Являются основным видом ЭП современных серийных магистральных и тяжёлых маневровых тепловозов российского производства.

Электропередача переменного тока

Включает в себя тяговый генератор переменного тока, тяговые электродвигатели переменного тока. С точки зрения типа применяемых вращающихся электрических машин ЭП переменного тока не имеет канонического вида, как ввиду отсутствия крупносерийного применения, подтверждённого практикой эксплуатации, так и ввиду различных эксплуатационных возможностей, которые даёт та или иная комбинация электрических машин, которые могут быть асинхронными, синхронными, вентильными. Простейшая ЭП переменного тока состоит из синхронного тягового генератора и асинхронных тяговых двигателей. Такая ЭП будет прозрачной, и крутящие моменты на валу тягового генератора и тягового электродвигателя будет пропорциональны. Формирование гиперболической тяговой характеристики при такой схеме затруднено, но она применима либо там, где в этом нет необходимости, либо в комбинации с турбовальным ГТД. Более сложные ЭП переменного тока могут включать в себя преобразователь, состоящий из выпрямителя и инвертора, и предполагать двойное преобразование рода тока: из переменного в постоянный и опять в переменный. Такая ЭП может быть «непрозрачной» и обеспечивать транспортной машине гиперболическую тяговую характеристику, что потенциально позволяет применять её на тепловозах с дизельными ДВС. Также возможны прочие схемы, в том числе с применением вентильных тяговых электродвигателей. [6] [8]

Преимущества и недостатки

Электрическая передача обеспечивает удобное изменение частоты и направления вращения на выходе, плавное трогание с места, а также распределение мощности на несколько ведущих колёс/осей; генераторная установка может быть расположена в любом месте транспортного средства независимо от расположения тяговых электродвигателей и не ограничивает (в пределах гибкости кабелей, питающих электродвигатели) перемещение электродвигателей относительно генератора, что значительно повышает простоту и надёжность механической части.

В то же время все компоненты электрической передачи имеют большую массу, а для их изготовления расходуется большое количество цветных металлов, прежде всего сильно дорожающей в 2010-х годах меди.

Первый советский послевоенный автобус. ЗИС-154 с электромеханической трансмиссией

Автобусный парк советских городов до самого конца 1930 – х годов состоял из машин капотной компоновки, базой которым служило шасси грузовиков.

Деревянный каркас ставили на раму грузовика, обшивали металлическим листом, обустраивали салон, получался автобус. В принципе, в начале прошлого века такое решение было преобладающим в Европе, о вагонной компоновке для автобусов задумались уже после Второй мировой.

Для решения проблемы пассажирских перевозок, актуальной для крупных городов, в СССР в середине 1940-х приступили к разработке новой концепции пассажирского транспорта. Согласно тогдашних задумок, должны были появиться городской автобус, троллейбус и трамвайный вагон, максимально, по возможности, унифицированные между собой, с как можно большей вместительностью пассажиров.

Именно таким и стал ЗИС-154.

Его разработка началась, если я не ошибаюсь, еще в 1944 году, а серийное производство стартовало с 1946-го. Автобус воплотил в себе ряд принципиально новых решений, ранее не применявшихся в советском городском транспорте.

Прежде всего, это была вагонная компоновка машины. Кузов был цельнометаллическим, несущего типа. Наружная обшивка была из дюралюминия. По мировым меркам это было самым передовым решением.

ЗИС-154 содержал в себе много и технических новинок. Он оснащался дизельным двигателем ЯАЗ-204Д, мощностью 112 л.с. Это был двухтактный четырёхцилиндровый агрегат с механическим роторным нагнетателем продувки цилиндров.

Двигатель имел много общего с американским агрегатом GMC 4-71, появившимся в 1938 году, если не ошибаюсь. Вот он, этот мотор.

Раз уж зашла речь о сходствах, то нельзя пройти мимо вот этого автобуса.

Это американский GMC TDH-4509. Сходств, как видим, более чем достаточно, вплоть до углового наклона правой половины ветрового стекла в правом углу. Кстати, я так и не понял, зачем это сделано.

Конкретно этот зелененький работал на автобусных линиях города Холиок в Массачусетсе, автобус 1949 года выпуска.

Американские GMC TDH комплектовались гидромеханической коробкой передач, а вот на ЗИС-154 была электромеханическая трансмиссия. Она была проще, чем ГМП, проста в эксплуатации, но всё равно оставалась сложной для персонала автобусных парков, обслуживавших эти машины.

Были и конструктивные недоработки, в особенности слабое место – синхронизация двигателя с генератором, из-за чего автобус «тупил» при разгоне. По сути, в современном понимании это был гибридный привод, мотор крутил генератор, вырабатывавший электроэнергию для электромотора, связанного с главной передачей заднего моста.

Сам дизель ЯАЗ-204 в то время был далёк от совершенства, на последних партиях вместо дизелей даже стали ставить бензиновые моторы от лимузина ЗИС-110, которые не прижились на автобусе, а затем и модернизированный двигатель ЯАЗ-206.

До наших дней сохранилось несколько уцелевших образцов ЗИС-154, и некоторые воспоминания, как пассажиров, так и автобусников. Пассажирам после тесных ЗИС-8 и ЗИС-16 этот автобус нравился. Более просторный салон, широкие двери. Из минусов – громкий на разгонах двигатель.

Водителям машина тоже нравилась, впервые на отечественных машинах им не надо было постоянно орудовать «кочергой» коробки передач, а вот для слесарей она была сложной.

Недостатки всё же перевесили достоинства, и ЗИС-154 сняли с производства спустя 4 года, в 1950-м. Всего успели собрать, по имеющимся данным, 1165 экземпляров. В 1949 году появился более простой ЗИС-155, отдельные экземпляры которого проработали до 2008 года.

Что хочется сказать в завершении. Наверняка найдутся критики, которые скажут – вот, полностью всё «содрали» у американцев, но даже скопировать нормально не смогли. Что тут сказать, критики всегда найдут к чему придраться, но, на мой взгляд, наши разработчики справились с поставленной задачей, в условиях очень сжатых сроков и очень ограниченного ресурса в разорённой войной стране. Честь им и хвала за это, ну а критики, а критики пусть сегодня, имея даже 3D принтеры, еще 20 лет назад казавшиеся фантастикой, создадут хотя бы что-то подобное.

Электромеханические трансмиссии

Механические трансмиссии — (простые и планетарные) в коробках передач содержат лишь шестерёнчатые и фрикционные устройства. Преимущества их состоят в высоком коэффициенте полезного действия (КПД), компактности и малой массе, надёжности в работе, относительной простоте в производстве и эксплуатации. Недостатком механической трансмиссии является ступенчатость изменения передаточных чисел, снижающая использование мощности двигателя. Большое время на переключение передач рычагом усложняет управление машиной. Поэтому спортивные автомобили, снабжённые механической трансмиссией, оборудуют электронными переключателями передач (подрулевыми лепестками, кнопками на руле и пр.) и коробками передач со сверхбыстрыми синхронизирующими сервомеханизмами.

Применение механических трансмиссий характерно для советского танкостроения (простые механические — Т-55, Т-62; планетарные с гидросервоуправлением — Т-64, Т-72, Т-80).

Читайте также  Какое масло для трансмиссии ваз 2106

Гидромеханические трансмиссии

Гидромеханические трансмиссии имеют гидромеханическую коробку передач, в состав которой входят гидродинамический преобразователь момента (гидротрансформатор, комплексная гидропередача) и механический редуктор. Преимущества этих трансмиссий состоят в автоматическом изменении крутящего момента в зависимости от внешних сопротивлений, возможности автоматизации переключения передач и облегчении управления, фильтрации крутильных колебаний и снижении пиковых нагрузок, действующих на агрегаты трансмиссии и двигатель, и в повышении вследствие этого надёжности и долговечности поршневого двигателя и трансмиссии.

Основным недостатком этих трансмиссий является сравнительно низкий КПД из-за низкого КПД гидротрансформатора. При КПД гидропередачи не ниже 0,8 диапазон изменения момента не более трёх, что вынуждает иметь механический редуктор на три-пять передач, считая передачу заднего хода. Необходимо иметь специальную систему охлаждения и подпитки гидроагрегата, что увеличивает габариты моторно-трансмиссионного отделения. Без специальных автологов или фрикционов не обеспечиваются торможение двигателем и пуск его с буксира.

Гидромеханические трансмиссии получили широкое распространение в западном танкостроении — М1 «Абрамс» (США), «Леопард-2» (ФРГ). В трансмиссиях этих танков использованы не только гидродинамические передачи в основном приводе, но и гидростатические (гидрообъёмные) передачи в дополнительном приводе для осуществления поворота. Из работающей на постсоветском пространстве железнодорожной техники гидромеханическую передачу имеет, например, дизель-поезд венгерского производства Д1.

Гидравлические трансмиссии

Гидравлическими трансмиссиями в транспортной технике называются трансмиссии, где переключения выполняются не механически, а гидравлическими аппаратами, так как чисто гидравлические трансмиссии встречаются весьма редко. В такой трансмиссии имеется коробка передач с первичным и вторичным валами и несколькими парами зубчатых колёс, как и в обычной КПП, но включение нужной пары в работу выполняет не кулачковая или фрикционная муфта, а гидромуфта или гидротрансформатор, заполняемый для включения передачи. Достоинство такой трансмиссии — совершенно безударное включение передач и отсутствие механических муфт, ненадёжно работающих при передаче больших моментов (например, на тепловозах), недостаток — необходимость установки отдельной гидромуфты (весьма громоздкого аппарата) на каждую передачу.

Из-за перечисленных особенностей гидропередача используется в основном на ЖД-технике. Из отечественных типов техники гидропередачу имеют, например, маневровые тепловозы ТГМ4 и ТГМ6, дизель-поезд ДР1.

Гидростатические трансмиссии

Гидромашина с наклонным блоком трансмиссии асфальтового катка

В гидростатической (гидрообъёмной) трансмиссии для передачи мощности используются аксиально-плунжерные гидромашины. Достоинства такой трансмиссии — малые габариты машин, малая масса и отсутствие механической связи между ведущим и ведомым звеньями трансмиссии, что позволяет разносить их на значительные расстояния и придавать большое число степеней свободы. Недостаток гидрообъёмной передачи — значительное давление в гидролинии и высокие требования к чистоте рабочей жидкости.

Гидростатическая передача используется на дорожно-строительных машинах (особенно катках — из-за необходимости обеспечивать очень большое передаточное число, а также зачастую приводить вальцы с торца, построение механической передачи затруднено), как вспомогательная — на тепловозах, авиационной технике (благодаря малой массе и возможности размещать мотор далеко от насоса), металлорежущих станках.

Электромеханические трансмиссии

Электромеханическая трансмиссия состоит из электрического генератора, тягового электродвигателя (или нескольких), электрической системы управления, соединительных кабелей. Основным достоинством электромеханических трансмиссий, является обеспечение наиболее широкого диапазона автоматического изменения крутящего момента и силы тяги, а также отсутствие жёсткой кинематической связи между агрегатами электротрансмиссии, что позволяет создать различные компоновочные схемы.

Недостатком, препятствующим широкому распространению электрических трансмиссий, являются относительно большие габариты, масса и стоимость (особенно если используются электрические машины постоянного тока), сниженный КПД (по сравнению с чисто механической). Однако, с развитием электротехнической промышленности, массовым распространением асинхронного, синхронного, вентильного, индукторного и др. видов электрического привода, открываются новые возможности для электромеханических трансмиссий.

Такие трансмиссии применяются в тепловозах, карьерных самосвалах, некоторых морских судах, тракторах, самоходных механизмах, военной технике — на танках ЭКВ (СССР) и немецких военных машинах «Фердинанд» и «Мышонок»), автобусах (которые с таким видом трансмиссии правильнее называются теплоэлектробус, например ЗИС-154).

Компоновка колёсного трактора[править | править вики-текст]

Универсальные колёсные тракторы строятся по двум классическим схемам: с увеличенными задними колёсами и с колёсами одинакового диаметра [1] .

Тракторы с увеличенными задними колёсами[править | править вики-текст]

Заднеприводные тракторы с увеличенными задними колёсами
· Т-25 · Allgaier AP-17-2 · МТЗ-80
Полноприводные тракторы с увеличенными задними колёсами
· New Holland · Т-40А

Тракторы с увеличенными задними колёсами, например МТЗ-80 имеют полурамный остов [1] [2] . При этом частью остова, воспринимающего силы, возникающие от действия веса, тягового усилия и сил инерции трактора воспринимают картеры узлов трансмиссии и двухбалочная полурама в передней части трактора. К полураме крепится передний мост, передняя опора двигателя и его систем, переднее навесное оборудование. Такие тракторы имеют переднее расположение двигателя и заднее расположение поста управления. Полурамный остов упрощает конструкцию трактора, но затрудняет процесс его разборки и сборки при ремонте. Кроме того, большие переменные нагрузки на картеры узлов трансмиссии снижают её долговечность и не позволяют применять зубчатые зацепления высокой точности [1] . Управление поворотом осуществляется передними колёсами.

Тракторы с колёсами равного диаметра[править | править вики-текст]

Полноприводные тракторы с колёсами одинакового диаметра
· CASE 9240 · К-700 · New Holland · Т-150К «ХТЗ»

Тракторы с колёсами одинакового диаметра, например, К-700, как правило имеют рамный остов, состоящий из двух полурам, соединенных шарнирами. На каждой из полурам установлено по ведущему мосту. Управление поворотом осуществляется за счет поворота полурам. Такая компоновка позволяет применять колёса увеличенного диаметра и ширины, но ухудшает устойчивость трактора, так как при повороте центр тяжести смещается в сторону от продольной оси. Расположение узлов трактора на полурамах может быть различным. Например, у трактора К-700 двигатель, коробка передач и кабина расположены на передней полураме, а на задней полураме имеется только механизм навески. У трактора-тягача МоАЗ-531 двигатель и редуктор отбора мощности расположены на задней полураме, а кабина и коробка передач на передней.

Колёсные самоходные шасси[править | править вики-текст]

Основная статья: Самоходное шасси

Компоновка тракторного колёсного универсального самоходного шасси строится исходя из необходимости размещения на раме трактора тяжелых или крупногабаритных машин, орудий или самосвального кузова. Поэтому колёсные самоходные шасси как правило имеют компактный силовой агрегат (двигатель в сборе с трансмиссией), размещенный сзади. Передняя часть представляет собой открытую раму.

Компоновочные схемы механических силовых передач: а – колесная формула 4 2; б – колесная формула 4 4; в – колесная формула 6 6; г – гусеничный трактор: 1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – коробка передач; 4 – карданная передача; 5 – задний ведущий мост; 6 – перед- ний ведущий мост; 7 – средний ведущий мост

Компоновка гусеничного трактора[править | править вики-текст]

Классической для гусеничных тракторов является схема с передним расположением двигателя и задним расположением поста управления. Такая схема оптимальна для сельскохозяйственного трактора, поскольку обеспечивает во-первых хороший обзор навесных машин и орудий, а с другой стороны — переднее расположение центра тяжести. Переднее расположение центра тяжести необходимо сельскохозяйственному трактору потому, что его задняя часть в процессе работы догружается весом и реакцией навесного орудия. Встречаются и иные схемы, например с передним расположением кабины и задним двигателя. Такая схема применена на промышленном тракторе Т-330. Переднее расположение кабины обеспечивает хороший обзор бульдозерного оборудования, а заднее расположение двигателя — оптимальную развесовку (ввиду того, что передняя часть догружается весом и реакцией бульдозерного отвала). Гусеничные тракторы могут иметь как рамный, полурамный или безрамный остов. Тип остова гусеничного трактора определяется его подвеской.

Рамный остов имеют тракторы с индивидуальной или парной упругой подвеской опорных катков, например тракторы ДТ-75 и Т-180. При этом узлы трактора монтируются на общей раме, представляющей собой сварную металлоконструкцию. Обычно, рама трактора состоит из двух продольных балок-лонжеронов, соединенных несколькими поперечными перемычками. Такая схема позволяет легко разбирать и собирать трактор при ремонте. Другим преимуществом рамного остова является возможность применения облегченных корпусов узлов и агрегатов, которые оказываются разгруженными от веса трактора и его тягового усилия. Однако сварная рама обладает низкой жесткостью, что вызывает относительные смещения валов узлов трактора и требует их соединения упругими муфтами или карданными шарнирами. Эти элементы обладают ограниченным ресурсом и не могут передавать большой крутящий момент.

Полурамный остов имеют тракторы с полужесткой подвеской, например Т-4 и Т-130.

Безрамный остов имеют тракторы с групповой упругой или жесткой подвеской опорных катков к балансирному брусу, например тракторы Т-330. Преимущество безрамного остова — высокая жесткость, позволяющая отказаться от упругих соединительных муфт между валами агрегатов. Недостаток безрамного остова — сложность крепления на нем навесных систем и оборудования трактора. Агрегаты тракторов с полурамным и безрамным остовом имеют в стенках картеров люки, позволяющие осматривать и ремонтировать отдельные механизмы и системы без разбора всего трактора.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: