Автомобили с гидростатической трансмиссией

Статьи по ремонту

Применение гидростатических трансмиссий для спецтехники

Применение гидростатических трансмиссий для спецтехники

Гидростатические трансмиссии, выполненные по закрытой гидросхеме, нашли широкое применение в приводах хода спецтехники. В основном это машины, у которых движение является одной из основных функций, например, фронтальные погрузчики, бульдозеры, экскаваторы-погрузчики, с/х комбайны,
лесозаготовительные форвардеры и харвесторы.

В гидросистемах таких машин регулирование потока рабочей жидкости осуществляется в широком диапазоне как насосом, так и гидромотором. Закрытые гидросхемы часто используются для привода рабочих органов вращательного движения: бетоносмесители, буровые установки, лебедки и т.п.

Рассмотрим типовую структурную гидросхему машины и выделим в ней контур гидростатической трансмиссии хода. Существует много исполнений закрытых гидростатических трансмиссий, в которых гидросистема включает насос с переменным рабочим объемом, обычно с наклонной шайбой, и регулируемый гидромотор.

Гидромоторы в основном используются радиально-поршневые или аксиально-поршневые с наклонным блоком цилиндров. В малогабаритной технике часто применяются аксиально-поршневые гидромоторы с наклонной шайбой с постоянным рабочим объемом и героторные гидромашины.

Управление рабочим объемом насоса осуществляется пропорциональной гидравлической или электрогидравлической пилотной системой или прямым сервоуправлением. Для автоматического изменения параметров гидродвигателя в зависимости от действия внешней нагрузки в управлении насосом
используются регуляторы.

Например, регулятор мощности в гидростатических трансмиссиях хода позволяет без вмешательства оператора снизить скорость машины при возрастающем сопротивлении движению и даже полностью остановить ее, не позволяя двигателю заглохнуть.

Регулятор давления обеспечивает постоянный крутящий момент рабочего органа при всех режимах работы (например, силу резания вращающейся фрезы, шнека, шарошки буровой установки и т.п.). В любых каскадах управления насосом и гидромотором пилотное давление не превышает 2,0-3,0 МПа (20-30 бар).

Рис. 1. Типовая схема гидростатической трансмиссии спецтехники

На рис. 1 показана распространенная схема гидростатической трансмиссии хода машины. В пилотную гидросистему (систему управления насосом) включен пропорциональный клапан, управляемый педалью хода. Фактически это механически управляемый редукционный клапан.

Он питается от вспомогательного насоса системы восполнения утечек (подпитки). В зависимости от степени нажатия на педаль пропорциональный клапан регулирует величину пилотного потока, поступающего в цилиндр (в реальной конструкции – плунжер) управления наклоном шайбы.

Давление управления преодолевает сопротивление пружины цилиндра и поворачивает шайбу, изменяя величину рабочего объема насоса. Таким образом, оператор изменяет скорость машины. Реверс силового потока в гидросистеме, т.е. изменение направления движения машины осуществляется соленоидом «А».

Соленоид «В» управляет регулятором гидромотора, который устанавливает максимальный или минимальный его рабочий объем. В транспортном режиме движения машины устанавливается минимальный рабочий объем гидромотора, благодаря которому он развивает максимальную частоту вращения вала.

В период выполнения машиной силовых технологических операций устанавливается максимальный рабочий объем гидромотора. В этом случае он развивает максимальный крутящий момент при минимальной частоте вращения вала.

При достижении уровня максимального давления в силовом контуре 28,5 МПа управляющий каскад автоматически уменьшит угол наклона шайбы до 0° и защитит насос и всю гидросистему от перегрузки. Ко многим мобильным машинам с гидростатической трансмиссией предъявляются жесткие требования.

Они должны обладать высокой скоростью (до 40 км/ч) в транспортном режиме и преодолевать большие силы сопротивления при выполнении силовыхтехнологических операций, т.е. развивать максимальную тяговую силу. Примером могут служить колесные фронтальные погрузчики, сельскохозяйственные и лесозаготовительные машины.

В гидростатических трансмиссиях хода таких машин используются регулируемые гидромоторы с наклонным блоком цилиндров. Как правило, это регулирование релейное, т.е. обеспечивает две позиции: максимальный или минимальный рабочий объем гидромотора.

Вместе с тем существуют гидростатические трансмиссии, которые требуют пропорционального управления рабочим объемом гидромотора. При максимальном рабочем объеме крутящий момент генерируется при высоком давлении в гидросистеме.

Рис. 2. Схема действия сил в гидромоторе при максимальном рабочем объеме

На рис. 2 изображена схема действия сил в гидромоторе при максимальном рабочем объеме. Гидравлическая сила Fг раскладывается на осевую Fо и радиальную Fр. Радиальная сила Fр создает крутящий момент.

Поэтому, чем больше угол α (угол наклона блока цилиндров), тем выше сила Fр (крутящий момент). Плечо действия силы Fр, равное расстоянию от оси вращения вала до точки контакта поршня в обойме гидромотора, остается постоянным.

Рис. 3. Схема действия сил в гидромоторе при движении к минимальному рабочему объему

Когда угол наклона блока цилиндров уменьшается (угол α), т.е. рабочий объем гидромотора стремится к своему минимальному значению, сила Fр, а следовательно, крутящий момент на валу гидромотора также уменьшается. Схема действия сил в этом случае показана на рис. 3.

Характер изменения крутящего момента наглядно виден из сравнения векторных диаграмм для каждого угла наклона блока цилиндров гидромотора. Подобное управление рабочим объемом гидромотора широко используется в гидроприводах различных машин и оборудования.

Рис. 4. Схема типового управления гидромотором силовой лебедки

На рис. 4 показана схема типового управления гидромотором силовой лебедки. Здесь каналы А и В являются рабочими портами гидромотора.

В зависимости от направления движения силового потока рабочей жидкости в них обеспечивается прямое или реверсивное вращение. В показанной позиции у гидромотора максимальный рабочий объем. Рабочий объем гидромотора меняется при подачеуправляющего сигнала в его порт Х.

Пилотный поток рабочей жидкости, проходя через золотник управления, воздействует на плунжер перемещения блока цилиндров, который, поворачиваясь с высокой скоростью, быстро изменяет величину рабочего объема гидромотора.

Рис. 5. Характеристика управления гидромотором

На графике на рис. 5 показана характеристика управления гидромотором, она носит линейный характер обратной функции. Часто в сложных машинах для привода рабочих органов используются раздельные гидравлические контуры.

При этом одни из них выполнены по открытой гидравлической схеме, другие требуют использования гидростатических трансмиссий. В качестве примера можно привести полноповоротный одноковшовый экскаватор. В нем вращение поворотной платформы и движение машины обеспечивают гидромоторы с
группой клапанов.

Конструктивно клапанная коробка устанавливается непосредственно на гидромоторе. Питание контура гидростатической трансмиссии от гидронасоса, работающего по открытой гидросхеме, осуществляется с помощью гидрораспределителя.

Рис. 6. Схема контура гидростатической трансмиссии, питаемого из открытой гидросистемы

Он обеспечивает подачу силового потока рабочей жидкости в контур гидростатической трансмиссии в прямом или обратном направлении. Схема такого гидравлического контура показана на рис.6.

Здесь изменение рабочего объема гидромотора осуществляется плунжером, управляемым пилотным золотником. На пилотный золотник может действовать как внешний сигнал управления, передаваемый по каналу Х, так и внутренний от избирательного клапана «ИЛИ».

Как только в нагнетательную линию гидроконтура подается силовой поток рабочей жидкости, избирательный клапан «ИЛИ» открывает доступ сигналу управления к торцу пилотного золотника и он, открывая рабочие окна, направляет порцию жидкости в плунжер привода блока цилиндров.

В зависимости от величины давления в нагнетательной линии рабочий объем гидромотора меняется от нормальной позиции в сторону своего уменьшения (высокая скорость/низкий крутящий момент) или увеличения (низкая скорость/высокий крутящий момент). Таким способом осуществляется управление
движением.

Если золотник силового гидрораспределителя переместился в противоположную позицию, направление движения силового потока изменится. Избирательный клапан «ИЛИ» займет другую позицию и направит сигнал управления в пилотный золотник из другой линии гидроконтура. Регулирование гидромотора осуществится аналогично.

Помимо управляющих компонентов данный гидроконтур содержит два комбинированных (антикавитационный и антишоковый) клапана, настроенных на пиковое давление 28,0 МПа, и систему вентиляции рабочей жидкости, предназначенную для принудительного ее охлаждения.

Этот странный полный привод, или о неисповедимых путях инженерной мысли

Практически с самого момента изобретения самобеглого транспортного средства, человек мечтал сделать его полноприводным. И оно понятно. По замыслу неведомого создателя, сам человек вышел устройством заднеприводным – со всеми полагающимися компоновке достоинствами и недостатками. Однако, в определенных обстоятельствах полный привод «на все четыре» куда эффективнее, что легко заметить у большинства животных.

Поэтому потуги ума, как заставить самобеглуюползающую повозку цепляться за земную твердь всеми имеющимися опорными конечностями, начались еще тогда, когда автомобиля с ДВС по сути не существовало.

Год 1880-ый. Отто только начал выпускать 4-тактную стационарную силовую установку на фабрике имени себя. И всего несколько лет прошло с момента, когда у него начал работать подающий большие надежды молодой человек по имени Готлиб Даймлер. И еще только ворочется с боку на бок начинающий фабрикант Карл Бенц, измысливая бессонными ночами концепцию своей тарахтящей безлошадкой коляски.

Читайте также  Какая будет трансмиссия у лады веста

Меж тем в английском Западном Йоркшире компания Фоулер вовсю строит свой полноприводной паровой тягач. Использовать дифференциал между осями в нем не догадались (привод осуществлялся цепью независимо на переднюю и заднюю оси), поэтому обеспечить равенство скоростей между передом и задом не смогли и нормально двигаться конструкция неспособна.

Но уже в 1893-м году по проекту английского инженера Диплока строится первый полноприводной экипаж с тремя дифференциалами – опять-таки, в формате парового тягача. Передвигается он ровно, но как и присуще подобной технике – со скоростью тектонического сдвига. Или целеустремленного пешехода, кому какая аналогия ближе.

Сказать свое веское и традиционно спорное слово по данному вопросу смог в 1899-ом году и г-н доктор Фердинанд Порше. Наш пострел везде успел, да. Его экипаж отличался традиционно впечатляющим полетом инженерной фантазии, винегретом сложных решений, необходимостью длительной доводки и — абсолютной непрактичностью.

Что не помешало представить его с большой помпой на Всемирной выставке в Париже в 1900-м году. Напоминает все это пассаж из бессмертного произведения Бр. Стругацких: «…классический труд Выбегаллы "Основы технологии производства самонадевающейся обуви", набитый демагогической болтовней, произвел… изрядный шум. (Позже выяснилось, что самонадевающиеся ботинки стоят дороже мотоцикла и боятся пыли и сырости.)» Впрочем, право вписаться в историю как автор первого гибрида г-н Порше вполне заслужил.

Иллюстрацией того, что гораздо более приземленные и практичные конструкции являются лучшими, стал революционный по всем параметрам голландский «Спайкер», построенный в 1902-м году. Помимо постоянного полного привода, машина оснащалась карданными передачами на оба моста (стандартным способом была цепь), карданными же шарнирами в ступицах управляемых передних колес, первым в мире шестицилиндровым рядным двигателем и тормозами на все 4 колеса. Удачность и жизнеспособность конструкции была подтверждена в гонках на подъем в гору, где Спайкер легко победил остальных участников.
К сожалению, Спайкер оказался слишком футуристичен – существовавшие в то время материалы и производственные технологии просто не позволяли выпускать такое чудо в каких-либо серийных объемах и не по цене чугунного моста. Но удивительно, что построенный в одном экземпляре автомобиль существует и ездит поныне, в заботливых руках Голландского национального автомобильного музея.
Начиная с него, развитие полноприводных схем шло по тому же рациональному и практичному пути.

Американские грузовики FWD, мерседесовский «дернбург-ваген» для колониальной администрации в Африке, и так далее, и тому подобное, вплоть до техники Второй мировой и после нее. Но об этом вдребезги здравом и оттого довольно скучном направлении мы более детально поговорим как-нибудь в следующий раз. А пока вернемся к нашим порождениям сумрачных инженерных гениев.

Основными бенефициарами существовавших систем полного привода была утилитарная техника, грузовики и армейские вездеходы. Их компоновка позволяла не мудрить, а придерживаться хорошо обкатанных компоновочных решений. Затык получился лишь, когда встала задача использовать эти решения на легковых автомобилях.

Основные ограничения были массогабаритного и стоимостного свойства. Автомобильная мода и аэродинамика предполагали низкие силуэты. Для управляемости и плавности хода передняя подвеска должна была оставаться независимой. Рама превратилась из высоченной клепаной станины в стелящийся по земле худосочный подрамник. Производители стремились ко все большей стандартизации комплектующих и разработка кастомной трансмиссии с нуля совершенно не вписывалась в их планы и балансовый отчет.

К тому же средний массовый пользователь не стал бы платить за такую дорогостоющую опцию, равно как и разбираться с частоколом рычагов, торчащих из трансмиссионного тоннеля. А если добавить сюда еще и мудреный катехизис, разъясняющий последовательность дергания оных и пугающий страшными карами за нарушение оных… В общем, требовалось что-то работающее незаметно, стоящее недорого и внедряемое с минимальными переделками в существующие конструкции.

Был воскурен стимулирующий творческое воображение фимиам, вознесены животворящие молитвы Гефесту, и толпа замотивированных ИТР-ов устремилась к кульманам и логарифмическим линейкам. Ждать плодов подстегнутой фантазии долго не пришлось.

Одна из инженерно-производственных дочек GM, Saginaw Steering Gear, специализирующаяся на рулевых системах и сборке механических коробках передач, применила свой опыт в гидросистемах, предложив т.н. «гидростатическую трансмиссию». По задумке она была on-demand системой кратковременного использования. Приводимый общим с генератором и гидроусилителем ремнем гидронасос подавал рабочую жидкость в ступичные гидромоторы, соединенные с насосом армированными шлангами. По причине низкого КПД систему предполагалось использовать кратковременно, только для преодоления тяжелых участков. Совершенно предсказуемо, дальше прототипов дело не пошло.

Зато пошло оно у подразделения Spicer Axle корпорации Dana, которая в 1972-м году запатентовала инновационную систему полного привода V-Drive. Она была построена вокруг остроумной V-образной раздатки с встроенным центральным дифференциалом.

Система первоначально предназначалась для послепродажной переделки пикапов и построенных на той же базе фургонов (вэнов) и легковых универсалов GM, куда Дана и подалась со своим изобретением. Основная изюминка его – постоянный полный привод, компактность, адаптируемость к существующим агрегатным базам и возможность сохранить независимую переднюю подвеску без особых переделок.

После ряда проведенных в 1972-74 годах испытаний руководство GM от дальнейших работ над этой схемой отказалось. Форд также поупражнялся с Ви-драйвом на своем полноразмерном универсале. И тоже дальше прототипа дело не двинулось.

А потом случились закручивание гаек по экологии, Энергетический кризис и Большая борьба за экономичность, потянувшая за собой люто ненавидимый «дабл-никель» — федеральный скоростной лимит в 88 км/ч. Все это вылилось в экономический спад, увольнение более 300,000 рабочих в американской автоиндустрии и довесок в почти 800 долларов из беспутного и капризного железа очистки выхлопа на каждый продаваемый в Штатах автомобиль. Иными словами, всем стало совершенно не до таких игрушек, как легковой полный привод.

Когда бесперспективность дальнейших работ и попыток одарить плодами своих инженерных потуг кого-либо из Большой Тройки + 1 стала ясна всем, один из менеджеров-продажников Даны убедил руководство компании продать ему всю груду компонентов V-Drive со склада, мотивируя это возможностью хотя бы частично отбить вложенные в нее средства. После чего в городке Форт Уэйн, штат Индиана, была организована компания Vemco, занявшаяся переделкой вэнов производства GM и Форд.

Последние, благодаря схеме и кинематике двухрычажной полузависимой подвески I-Beam, были особенно удобны для переделки. Некоторая часть машин даже умудрилась оказаться в Швейцарии, где они были высоко оценены обитателями горных кантонов.

К сожалению, основатель Vemco вел дела из рук вон плохо и вскоре в бюджете компании зазияли огромные дыры. Партнеры отказались от дальнейших поставок комплектующих, что вызвало закрытие бизнеса. Всего с 1976 по 80-ый год компания успела выпустить около 1000 вэнов и шасси на базе GMC/Chevy и около 250 на базе Фордов.

Безусловно, истории известны и другие не менее замысловатые конструкты – достаточно вспомнить, например, двухмоторный «Де Шво», Ситроен CV2 Сахара, появившийся в 58-м году. Но дабы остаться в рамках приемлемого и не перегружать читателей буквами и фактами, ограничимся пока лишь этими.

Что такое гидростатическая трансмиссия? Где используется?

Гидростатическая трансмиссия является категорией механики двигателя и в основном описывает систему, в которой мощность генерируется и передается путем повышения давления и выпуска жидкости через специализированные насосы. Ее также иногда называют «бесступенчатой трансмиссией», и она работает путем преобразования энергии, извлекаемой из рабочей жидкости через гидравлические насосы, в трансмиссию транспортного средства.

Что такое гидростатическая трансмиссия

Такого рода трансмиссия технически может использоваться для питания практически любого типа машины, хотя чаще всего она встречается в тяжелых машинах, таких как тракторы и экскаваторы. Трансмиссия способна очень быстро обеспечивать большую мощность, но обычно она не очень эффективна, когда речь идет об ускорении и поддержании высоких скоростей. Как таковая, она обычно не является хорошим выбором для легковых или грузовых автомобилей, которые проводят большую часть своего времени на шоссе.

Как это устроено

Автомобильные двигатели обычно бывают нескольких разных типов, и в большинстве случаев они названы, основываясь, по крайней мере, на части того, как они работают. Например, легковые автомобили обычно продаются с «автоматической» или «стандартной» трансмиссией, и оба эти термина описывают, как работает технология — то есть будет ли переключаться передача двигателя автоматически в зависимости от скорости водителя, или потребуется участие водителя в управлении.

Читайте также  Какое масло в трансмиссию для кайрона

Описание двигателя как имеющего гидростатическую трансмиссию — это обычно утверждение о том, как двигатель фактически работает внутри. В этих случаях жидкость передается от поршневого насоса к двигателю через ряд трубок, и энергия, генерируемая в процессе, является тем, что фактически приводит в действие транспортное средство.

Нет никаких условий для сцепления или необходимости переключения передач с этим типом передачи. Чтобы изменить скорость, оператор просто перемещает переключатель скорости в направлении, которое представляет желаемую реакцию. Как правило, чем дальше вперед нажимается селектор скорости, тем быстрее движется вперед трактор или транспортное средство, а при перемещении рычага назад во время движения транспортное средство замедляется. Из положения остановки, потянув рычаг назад, вы переключаете автомобиль в обратном направлении.

Самые распространенные приложения

Этот тип трансмиссии работает очень хорошо для машин, которые должны иметь большую мощность без большого количества движения. У большинства машин, которые используют ее, также есть достаточно большие коробки двигателя, чтобы вмещать типично большой размер гидростатической трансмиссии; она распространена в наземном оборудовании и промышленной технике, особенно тракторах, экскаваторах и вилочных погрузчиках.

Плюсы

Простота эксплуатации — одно из самых больших преимуществ гидростатической трансмиссии. Устраняя педаль сцепления, машина становится намного менее сложной в управлении. Скорость и мощность автомобиля можно легко контролировать с помощью рычагов вместо дросселя, а двигатель можно также использовать для управления спуском вниз по склону или уклону, используя скорость и направление, а не тормоза.

Что такое гидростатическая трансмиссия

Этот тип трансмиссии также делает определенные работы более эффективными и может позволить оператору выполнять работу более комфортно, чем при утомительном нажатии на сцепление и переключении передач. После адаптации к гидростатическому приводу большинство операторов могут управлять машиной одной рукой, даже не касаясь дроссельной заслонки или тормозной системы, пока не выполнит задание.

Недостатки

Однако модель гидростатической трансмиссии не лишена недостатков. Механика, связанная с передачей мощности от гидравлических валов к коробке передач, увеличивает вероятность того, что что-то застрянет. Приложение силы часто направляет слишком большой крутящий момент на колеса в условиях мягкого рельефа, делая их склонными к вращению.

Кроме того, в большинстве случаев скорость шины регулируется не так эффективно, как дроссельная заслонка. Это может создать проблему контроля, которая обычно приводит к тому, что оператор проигрывает борьбу между гравитацией и мягкими поверхностями.

Расход также может быть фактором. Системы привода с гидравлическим приводом, как правило, стоят дороже, чем более типичные модели сцепления и редуктора. По этим причинам некоторые люди выбирают традиционные системы трансмиссии сцепления для своего оборудования, особенно если это то, что используется только иногда или для ограниченных проектов.

Секрет успеха бульдозеров с гидростатической трансмиссией

Гидростатическая трансмиссия завоевывает все большую популярность, и теперь бульдозеры Caterpillar, Komatsu, Liebherr, John Deere, CASE, SEM, избавленные от коробки передач, стали гораздо легче в управлении и приобрели более универсальные и разносторонние возможности.

Гидростатическая трансмиссия (ГСТ), применяемая сегодня, как правило, широко распространена на бульдозерах среднего и тяжелого класса. Так что же такое ГСТ и в чем кроется секрет ее успеха?

Гидростатическая трансмиссия – это гидравлический привод с закрытым (замкнутым) контуром, в состав которого входят один или несколько гидронасосов и гидромоторов. Предназначена для передачи механической энергии вращения от вала двигателя к исполнительному органу машины, посредством бесступенчатого регулируемого по величине и направлению потока рабочей жидкости.

Достоинства гидростатической трансмиссии

1) Возможность плавного изменения передаточного отношения в широком диапазоне частот вращения – главное достоинство гидростатической трансмиссии. ГСТ позволяет гораздо лучше использовать крутящий момент двигателя машины по сравнению со ступенчатым приводом.

Так как выходная частота вращения может быть доведена до нуля, возможен плавный разгон машины с места без применения сцепления. Даже значительное изменение нагрузки не влияет на выходную частоту вращения, поскольку проскальзывание у данного типа трансмиссии отсутствует.

2) Еще одним достоинством ГСТ является упрощение механической разводки по машине, позволяющее получить выигрыш в надежности, ведь зачастую при большой нагрузке на машину карданные валы не выдерживают и приходится ремонтировать машину. При работе в условиях крайнего севера, как правило, это происходит при работе в низкие температуры.

За счет упрощения механической разводки удается также освободить место для вспомогательного оборудования. Применение гидростатической трансмиссии позволяет полностью убрать валы и мосты, заменив их насосной установкой и гидромоторами с редукторами, встраиваемыми прямо в колеса. Либо, в более простом варианте, гидромоторы могут быть встроены в мост. Обычно удается снизить центр тяжести машины и более рационально разместить систему охлаждения двигателя.

3) Выбор определенной электронной программы на дисплее монитора в кабине бульдозера также является еще одним плюсом ГСТ – бульдозерист может регулировать степень чувствительности рычагов, педали торможения и рулевой модуляции. В зависимости от внешних нагрузок, возникающих на рабочих органах, гидростатический привод бульдозера с электронной системой управления в автоматическом режиме регулируют тяговые усилия и рабочие скорости бульдозера.

Электронный ограничитель нагрузки позволяет автоматически снижать скорость передвижения бульдозера для достижения полной реализации усилия на рабочих органах при постоянной максимальной силе тяги. Например, при укладке труб в траншеи гидростатическая система способствует их безопасной транспортировке с регулируемой скоростью и точной укладке.

Секрет успеха бульдозеров с гидростатической трансмиссией

Гидростатическая трансмиссия позволяет плавно и сверхточно регулировать передвижение машины или плавно регулировать частоту вращения рабочих органов. Использование электропропорционального управления и специальных электронных систем позволяет достичь наиболее оптимального распределения мощности между приводом и исполнительными механизмами, ограничить нагрузку двигателя, снизить расход топлива. Мощность двигателя используется максимально даже на самых малых скоростях передвижения машины.

Благодаря гидростатическому приводу тяговое усилие бульдозера не зависит от частоты вращения двигателя. Также благодаря гидростатическому приводу возможен плавный бесступенчатый поворот машины без разрыва потока мощности, подводимого к обеим гусеницам. Это позволяет разрабатывать и перемещать грунты и породы на криволинейных участках рабочей площадки и прокладываемой трассы.

ГСТ обеспечивает разворот бульдозера на месте за счет того, что его гусеницы могут вращаться в противоположные стороны. Это существенно повышает маневренность бульдозера при работе в стесненных условиях. Все управление бульдозером сосредоточено в одном джойстике. Отсутствие тормозных педалей, рычагов включения фрикционов и рычага переключения передач значительно снижает утомляемость оператора и повышает точность и безопасность выполнения работ.

Применение гидростатической трансмиссии обеспечивает стабилизацию частоты вращения двигателя на оптимальном уровне и получение ощутимой экономии топлива в условиях высокой маневренности бульдозера и непрерывности тягового усилия. Хорошее сцепление с грунтом и снижение вибрационных нагрузок достигаются благодаря качающейся подвеске направляющих колес и опорных катков.

Опциональная спутниковая система дистанционной регулировки наклона отвала позволяет визуализировать ход выполнения и степень завершения работ. Все движения ходовой тележки бульдозера управляются от одного джойстика пропорционального действия. Насосы и моторы гидравлической трансмиссии не требуют обслуживания и отличаются высокой надежностью, значительно увеличены интервалы замены масла (до 8 000 моточасов), что напрямую связано с сокращением эксплуатационных расходов.

Недостатки гидростатической трансмиссии

Самым главным недостатком гид­ростатической трансмиссии можно считать низкий КПД по сравнению с механической передачей. Но если сравнивать с механическими трансмиссиями, включающими коробки передач, гидростатическая трансмиссия оказывается намного экономичнее и быстрее.

Это связано с тем, что в момент ручного переключения передач приходится отпускать и нажимать педаль газа. Именно в этот момент двигатель тратит много мощности, а скорость машины меняется рывками. Все это негативно сказывается как на скорости, так и на расходе топлива. В гидростатической трансмиссии этот процесс происходит плавно, и двигатель работает в более экономичном режиме, что повышает долговечность всей системы.

Почему Komatsu использует в линейке два вида трансмиссии: гидростатическую и гидромеханическую

1.jpg

Какой должна быть трансмиссия бульдозеров: гидростатической или гидромеханической? Какая из них удобнее в работе, для каких целей? Это один из давних споров между пользователями и даже между производителями техники. Komatsu решила этот спор, использовав в линейке бульдозеров оба варианта, но в технике разного назначения. И вот почему.

Читайте также  Гидростатическая трансмиссия для автомобиля

Для начала сравним, как работают обе системы.

Гидромеханическая трансмиссия — это гидротрансформатор плюс обычная шестеренчатая коробка передач. Автоматическая, как на бульдозерах Komatsu 16-й серии, или с переключением в ручном режиме, как на бульдозерах 12-й серии. Ключевой элемент — гидротрансформатор, который преобразует и увеличивает тягу относительно тяги, которую выдает двигатель. Например, если двигатель выдает 100 Н·м, то на выходе из турбинного колеса получаем тягу до 240 Н·м. Это огромный плюс гидромеханики, но в этом и ее проблема. Такой режим трансформации достигается только при высокой степени пробуксовки гидротрансформатора, когда турбинное колесо стоит, а насосное очень быстро крутится. При этом возникают внутренние потери на трение жидкости внутри гидротрансформатора, резко снижается КПД. Зато тяга максимальна.

В гидростатике два ключевых элемента: насос, который преобразует энергию двигателя в движение жидкости, и гидромотор, который приводит в движение гусеницы. Гидротрансформатора нет, то есть тяга меньше, зато выше КПД.

Из этого следует разница в назначении машин с этими типами трансмиссии.

Бульдозеры с гидромеханикой — это инструмент для тяжелых работ, где требуется высокая тяга. В первую очередь это горная промышленность, работа в карьерах. Максимальная тяга часто полезна и для тяжелых строительных работ, например при подготовке площадок для кустовых месторождений, то есть при работе на мерзлом грунте. Это бульдозеры Komatsu D65EX-16, D155A-5, D275A-5, D375A-5, D375A-6.

Ниша бульдозеров на гидростатике — дорожные и коммунальные работы. Специфика задач в этих видах деятельности требует максимальной маневренности и экономичности техники. При постоянных передвижениях с относительно малой нагрузкой себестоимость работы техники на гидростатической трансмиссии будет ниже, например из-за меньшего расхода топлива. Поэтому модели Komatsu для строительства дорог и городских работ оснащены насосами и гидромоторами. Это D39EX/PX-22 и D37EX/PX-22.

Но есть модель, техническое решение которой вызывает самые бурные обсуждения как минимум потому, что это самая распространенная, популярная модель в линейке бульдозеров Komatsu. Это D65-16 в спецификациях EX/PX/WX.

Двадцатитонный D65 — универсал. Он популярен у строителей в нефтегазовой сфере, его можно встретить на песчаных, щебеночных и угольных карьерах, его используют в дорожном строительстве и даже порой на крупных городских проектах. Причем часто, если у компании — владельца техники есть сразу несколько проектов, бульдозер переводят с одной задачи на другую и он продолжает эффективно трудиться. Например, из карьера — на строительство дороги. И в D65 стоит гидромеханическая коробка передач.

Часть стандартных работ, где обычно задействован «шестьдесят пятый», — это именно те работы, про которые выше говорилось, что на них чаще используют технику с гидростатикой. Вот, например, видео, где на дорожных работах бок о бок трудятся Komatsu D65EX-12 с гидромеханической коробкой передач и машина примерно этого же класса от другого производителя (на гидростатике).

Давайте обозначим критерии, по которым можно сравнить эффективность эксплуатации на схожих задачах машин с разными типами трансмиссии:

  • производительность
  • экономичность в работе
  • надежность
  • ремонтопригодность
  • затраты на эксплуатацию

Производительность бульдозеров

На вскрыше скальной породы гидромеханика однозначно полезнее гидростатики. На задачах, где не требуется максимальное тяговое усилие, у гидростата с замкнутым контуром значительно выше КПД за счет меньших потерь энергии. Эксплуатанты отмечают и большую управляемость: бульдозер может поворачивать во время перемещения грунта. Но это могут делать и бульдозеры на гидромеханике с гидросистемой поворота HSS, например D65EX-16.

2.jpg

Экономичность

При цикличных перемещениях с коротким плечом гидростатика выигрывает.

При постоянном движении с определенной скоростью гидромеханика оказывается экономичнее.

Ресурс трансмиссии и общая надежность техники

Гидростатическая трансмиссия — более сложная система. Если просто сравнить ресурс насоса и гидротрансформатора,- последний оказывается более надежным. Но все зависит от производителя, оператора и механиков. Качественный гидронасос при грамотной эксплуатации и профессиональном сервисе полностью отрабатывает свой ресурс, как и гидротрансформатор.

Но в сложных условиях бульдозер на гидромеханике будет трудиться без помех, тогда как к гидростату придется относиться с большой осторожностью или вовсе нельзя будет работать на технике с ним.

Например, если речь о работе на горячем шлаке, то ходовой мотор может просто загореться вместе со всеми горючими жидкостями, которые он прокачивает.

А в эксплуатации при низких температурах гидромеханике нужно меньше времени для подготовки к работе, нет нужды трепетно соблюдать ритуал прогрева, ей не так страшны частые остановки двигателя на час-другой.

Гидросистема ходовой части очень требовательна к использованию низкотемпературных гидравлических жидкостей, и ее обязательно нужно прогреть перед движением. Если в сильный мороз это не сделать, а завести и сразу тронуть бульдозер с места, можно повредить сальники на валах насоса и мотора, гидрошланги и т. д.

Ремонтопригодность

Компоненты гидростата легче и быстрее заменяются хотя бы потому, что они меньшего размера, чем компоненты на механике. Если запчасти под рукой, склад близко или вообще на участке (на крупных проектах с сервисной поддержкой от дистрибьютора), то в среднем ремонт занимает одну смену. Из этого времени сама работа с гидронасосом или гидромотором — это 2–3 часа. С гидромеханикой процесс замены компонентов ощутимо тяжелее и дольше.

Затраты на эксплуатацию (включая ТОиР)

Гидротрансформатор и его КПП до ремонта служат дольше, чем гидромотор с гидронасосом. Хотя бы потому, что они менее требовательны к правильной эксплуатации, более неприхотливы. Ресурс компонентов у гидростата меньше, покупать и менять компоненты нужно несколько чаще. Так что, если сравнивать расходы за один и тот же промежуток времени, получается паритет между двумя системами.

3.jpg

Гидростатика vs гидромеханика: финальный подсчет

Сравнение трансмиссий Гидромеханика Гидростатика
Производительность Максимальное тяговое усилие, низкий КПД Большая управляемость, маневренность, высокий КПД
Экономичность Большее потребление топлива Меньшее потребление топлива
Ресурс и общая надежность Более простая система, ресурс больше, неприхотлива в эксплуатации Более сложная система, ресурс меньше, требовательна к эксплуатации и сервису, особенно при низких температурах
Ремонтопригодность Компоненты тяжелее, их физически сложнее и дольше заменять, ремонт и замена длятся дольше Компоненты легче, их быстрее заменять, ремонт и замена длятся меньше
Затраты на эксплуатацию Служит дольше Служит меньше

Резюмируем: в стоимости обслуживания и ремонта, в сложности этих процедур у гидростатики и гидромеханики примерный паритет, достоинства и недостатки обоих систем уравновешивают друг друга, если сравнивать эксплуатацию за более-менее продолжительный срок. Ключевая разница — в применении бульдозеров с этими системами: экономичность и высокий КПД против максимальной тяги и неприхотливости. Соответственно, выбор техники с тем или иным типом передачи крутящего момента двигателя зависит от задач владельца. Для тяжелых условий, для максимальных показателей по производительности и экономичности — однозначно, гидромеханика. Для более щадящей работы — гидростатика.

Это касается и «пограничного» случая с D65: если у компании задачи связаны в основном с городским и дорожным строительством, есть смысл выбрать более легкие модели D39 или D37 с гидростатической трансмиссией. Тем, кто работает на месторождениях, на Севере, прокладывает нефте- и газопроводы, для работы в карьерах может быть удобнее более неприхотливый и мощный D65. Также D65 с его гидромеханикой предпочтительнее для проектов, где много работы для рыхлителя.

Тем, кто совмещает разные типы работ, также есть смысл использовать технику на гидромеханике: она может оказаться менее экономичной на легких задачах, но вытянет там, где не справится бульдозер на гидростате.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

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