Гидромеханическая трансмиссия как работает

Как работает гидромеханическая коробка передач

История создания гидромеханической коробки передач может быть использована для иллюстрации титанических усилий автопроизводителей, постаравшихся сделать комфорт автомобиля, оснащенного автоматической КПП, одним из основных преимуществ.

В первой половине прошлого века, даже после получения легковым автомобилем мягкой пневматической резины, более или менее рациональной компоновки и распределения массы машины, езда, особенно в городских условиях, по-настоящему «выматывала душу». Что лучше всего чувствуют пассажиры – это рывки и дерганье автомобиля из-за резкой смены крутящего момента на колесах.

На полки истории был отправлен не один десяток всевозможных приспособлений, делающих момент переключения передачи менее болезненным, пока в 50-х годах прошлого века не появился гидротрансформатор, лежащий в основе принципа работы гидромеханической коробки передач. По-настоящему новая конструкция коробки передач начала массово применяться в 60-е на дорогих и тяжелых лимузинах и машинах представительского класса.

конструкция коробки передач схема конструкция коробки передач

Помимо дискомфорта для пассажиров, скачкообразное изменение вращающего момента разрушает узлы и детали трансмиссии. Для тяжелых магистральных грузовиков можно использовать повышенное число передач, позволяющих сглаживать перегрузки трансмиссии. Но для легковых автомобилей гидромеханическая коробка передач была реальным способом улучшить условия управления.

С внедрением гидромеханической передачи автомобиль получил неоспоримые преимущества:

  • появилась возможность трогаться с места настолько плавно, что момент начала движения можно было просто не уловить визуально;
  • при движении и маневрировании на малых скоростях, сопоставимых со скоростью движения пешехода, управление машиной осуществляется легко и точно, что практически невозможно при механической КПП из-за ее очень длинной первой передачи;
  • ударные колебания и крутящие нагрузки практически не оказывают негативного воздействия на элементы трансмиссии.
  • для водителя комфорт управления машиной увеличился как минимум вдвое.

Наряду с гидромеханическими автоматами в легковом автомобильном сегменте прочно закрепились автоматические трансмиссии с вариаторами и роботизированная «механика», практически не уступающая в удобстве и комфорте первым двум, но значительно экономичнее и дешевле. Но до сих пор гидромеханическая коробка передач остается основой для самых надежных и совершенных «автоматов».

 коробка передач

Конструктивно автоматическая трансмиссия на основе гидромеханической коробки передач очень сильно отличается от устройства механической КПП, сложнее ее и значительно дороже, поэтому она более уязвима к нарушениям в обслуживании и использовании.

Устройство гидромеханической автоматической коробки передач

Принцип работы гидромеханической коробки передач основан на способности гидротрансформатора выступать в качестве немеханического преобразователя-регулятора крутящего момента двигателя.

Первая и основная особенность гидромеханического автомата – это отсутствие механизма включения-выключения сцепления . Практически всем водителям нравится управление без использования педали сцепления. Если учесть, что при движении в городской черте водителю с ручной механической коробкой приходится выжимать педаль не менее ста раз в течение часа, избавление от подобной нагрузки не прошло незамеченным. Поэтому для современного городского автомобиля автоматическая коробка передач становится фактически признанным стандартом, для дизельных двигателей – особенно.

схема

В устройстве гидромеханической коробки выделяют три основных узла – гидротрансформатор, блок управления и планетарный механизм переключения передач.

Сердце гидромеханической коробки передач

Гидротрансформатор коробки работает по схеме: «насос – гидравлическая турбина» и обеспечивает посредством динамического давления масла на лопатки турбины передачу вращающего момента на вал коробки переключения передач. Задача насоса или насосного колеса мало чем отличается от аналогичного, используемого в центробежных насосах: под действием центробежных сил придать потоку масла больший динамический напор. Раскрученное маховиком коленвала колесо выбрасывает под определенным углом мощный масляный поток на периферийную часть наружной части обода турбины – на лопатки турбинного колеса. Под напором масла турбина преобразует энергию масла во вращение.

схема

В конструкции гидротрансформатора коробки передач предусмотрено еще одно колесо с лопатками. Между двумя основными колесами установлен очень важный элемент – специальный спрямляющий аппарат, именуемый реактором, или статором. Он выполнен в виде кольца с профилированными лопатками, направляющими поток жидкости, выходящий из гидравлической турбины, на вход насосного колеса.

Вначале, когда автомобиль только начинает движение, и педаль тормоза еще не отпущена, реактор полностью заблокирован. Отпускаем педаль, и турбина гидромеханической части коробки передач начинает работать. При достижении скорости вращения турбины в 80% от скорости насосного колеса реактор выводится из работы обгонной муфтой. Благодаря кратковременному и плавному увеличению момента вращения, скорость вращения турбинного колеса и связанных с ним всех элементов трансмиссии происходит тоже плавно. С применением реактора вращающий момент на выходном валу гидротрансформатора в момент старта или разгона автомобиля увеличивается примерно до двух с половиной раз.

реактор

Система управления переключением передач

Малый диапазон возможного изменения момента и скорости вращения вынудил проектировщиков дополнить гидротрансформатор механической коробкой переключения передач. В гидромеханической коробке-автомате для легкового транспорта используют несколько редукторов планетарной передачи, включаемых в работу с помощью фрикционных муфт. Включение фрикциона осуществляется сжатием пакета фрикционных накладок с помощью гидравлического поршня особой конструкции.

Насос, запитывающий гидравлику привода, обычно устанавливается в непосредственной близости от гидротрансформатора. Для управления гидравлическими клапанами и золотниками системы в современных авто применяют электромагнитные соленоиды, управляемые электроникой. Для компенсации ударных контактных нагрузок применяют обгонные муфты, что добавляет плавности при вхождении в зацепление шестерен коробки.

Перспективы использования гидромеханической коробки передач

Очень серьезным аргументом автоматов с гидромеханическим «бубликом» является относительно отработанная и совершенная конструкция устройства. Большой ресурс, тщательно подобранные гидравлические жидкости и сплавы для валов и зубчатых передач. При надлежащем уходе и аккуратном использовании гидромеханическая коробка передач служит значительно дольше новомодных конкурентов в виде вариаторов, роботизированных или преселективных коробок DSG.

Многие специалисты считают, что за гидромеханической коробкой передач останется значительный сегмент легкового автотранспорта – внедорожники и автомобили повышенной проходимости.

коробка передач

Косвенным подтверждением того факта, что коробка передач на основе гидромеханической схемы еще длительное время будет интенсивно применяться в широком спектре моделей легковых автомобилей, являются последние разработки законодателей автомобильной моды – немецких автопроизводителей. Известной в Германии фирмой ZF практически для всех топовых моделей BMW, AUDI и MERCEDES уже сейчас запущена в пробную эксплуатацию гидромеханическая коробка-автомат с 7-ю ступенями и рекордными характеристиками включения. Кроме того, концерн MERCEDES-BENZ выпустил свой вариант гидромеханической коробки передач с 7-ю ступенями под названием 7G-Tronic.

Причина такой популярности достаточно проста и очевидна. Ведь кроме надежности, гидромеханическая коробка позволяет уверенно работать с двигателями большой мощности и с рабочим объемом более трех литров. Гидромеханическая коробка уйдет в небытие не раньше самого двигателя внутреннего сгорания.

Гидромеханическая коробка передач: принцип работы и устройство

Несмотря на растущую популярность автомобилей с автоматической коробкой передач, классическая механика по-прежнему в почете у многих водителей. Она надежнее, чем АКПП. Но при эксплуатации водитель постоянно вынужден работать с педалью сцепления. Это доставляет некие неудобства, особенно в пробке. Так появилась гидромеханическая коробка передач. Принцип работы ее и устройство рассмотрим в нашей сегодняшней статье.

Характеристика

Те водители, которые не хотят работать со сцеплением, отдают предпочтение именно этой трансмиссии. Гидромеханическая коробка передач выполняет сразу несколько функций. Она совмещает в себе сцепление и классическую коробку.

гидромеханическая коробка передач принцип работы

О конструкции

Устройство гидромеханической коробки передач предполагает наличие гидравлического трансформатора. Данный элемент, в зависимости от конструктивных особенностей, может быть двух-, трех- и многовальным. Сейчас производителями применяется планетарная автоматическая гидромеханическая коробка передач.

Как работает вальная КПП

На грузовых автомобилях и крупных автобусах чаще всего используется многовальная трансмиссия. Для того чтобы переключить передачу, здесь используются многодисковые муфты. Для их работы необходима смазка. Масло гидромеханической коробки передач значительно отличается по консистенции от «механики». В последнем случае оно более густое. Для того чтобы включить первую и заднюю скорость на гидромеханике, используются зубчатые муфты. Такая конструкция позволяет максимально плавно передавать крутящий момент от маховика на колеса.

Планетарные

Сейчас это более распространенная гидромеханическая коробка передач.

ремонт гидромеханической коробки передач

Как работает планетарная КПП

Ее алгоритм работы предельно прост. Переключение скоростей на планетарной гидромеханической трансмиссии производится при помощи фрикционных муфт. Также для сглаживания ударов при переключении на пониженную, применяют специальную тормозную ленту. Именно при работе «тормоза» снижается сила передачи крутящего момента. Но при этом переключение скоростей более плавное, нежели у вальных аналогов.

В основе планетарной трансмиссии лежит гидравлический трансформатор. Данный элемент расположен между двигателем и КПП. ГДФ состоит из нескольких составляющих:

  • Колесо редуктора.
  • Насос.
  • Турбина.

В народе данный элемент называют «бубликом» из-за его характерной формы.

гидромеханическая коробка передач

Особенности конструкции планетарной КПП

Планетарная гидромеханическая коробка передач состоит из ведущего вала, на котором находится сочлененная шестерня. Также здесь имеются сателлиты, вращающиеся на отдельных осях. Данные элементы вводятся в зацепление с внутренними зубьями коробки и коронной шестерней. Передача крутящего момента осуществляется благодаря действию тормозной ленты. Она затормаживает коронную шестерню. По мере разгона автомобиля, их обороты растут. Задействуется ведомый вал, который воспринимает передачу крутящего момента от ведущего.

устройство гидромеханической коробки передач

О КПД

Что касается коэффициента полезного действия, он на порядок ниже, чем на вальных КПП.

масло гидромеханической коробки передач

Обслуживание и ремонт гидромеханической коробки передач

При эксплуатации данной трансмиссии, необходимо следить за уровнем масла. Данная жидкость здесь является рабочей. Именно масло задействует турбины для передачи крутящего момента. На механических же коробках оно просто смазывает трущиеся шестерни. Производители рекомендуют производить замену масла на гидромеханических коробках каждые 60 тысяч километров. Стоит отметить, что в конструкции такой КПП имеется свой фильтр. Он тоже меняется при достижении данного срока. Эксплуатация на низком уровне масла грозит пробуксовкой и перегревом трансмиссии.

Читайте также  Автоматическая трансмиссия сузуки гранд витара

автоматическая гидромеханическая коробка передач

Как продлить ресурс

Чтобы увеличить срок эксплуатации гидромеханической коробки, необходимо следить за уровнем масла. При его недостаточном количестве возникает перегрев коробки. Рабочая температура не должна превышать 90 градусов. Современные автомобили оснащаются датчиком давления масла. Его загорелась контрольная лампа, не стоит игнорировать ее. В дальнейшем это может спровоцировать поломку гидротрансформатора.

гидромеханическая коробка передач погрузчика

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляет гидромеханическая коробка передач. Как видите, при должном обслуживании она будет такой же надежной, как механическая. При этом водителю не придется постоянно выжимать сцепление.

Устройство гидромеханической автоматической коробки передач

Гидромеханическая коробка передач состоит из:

  • гидротрансформатора;
  • механической коробки передач.

На легковых автомобилях наибольшее распространение получили гидромеханические коробки с планетарными механическими коробками. Их преимущества:

  • компактность конструкции;
  • меньшая металлоемкость и шумность;
  • больший срок службы.

К недостаткам относятся:

  • сложность;
  • высокая стоимость;
  • пониженный КПД.

Переключение передач в этих коробках производится при помощи фрикционных муфт и ленточных тормозных механизмов. При этом при включении одной передачи часть фрикционных муфт и ленточных тормозных механизмов пробуксовывает, что также снижает их КПД.

Устройство гидромеханической автоматической коробки передач

Принцип работы гидромеханической коробки передач основан на способности гидротрансформатора выступать в качестве немеханического преобразователя-регулятора крутящего момента двигателя.

Первая и основная особенность гидромеханического автомата – это отсутствие механизма включения-выключения сцепления. Практически всем водителям нравится управление без использования педали сцепления. Если учесть, что при движении в городской черте водителю с ручной механической коробкой приходится выжимать педаль не менее ста раз в течение часа, избавление от подобной нагрузки не прошло незамеченным. Поэтому для современного городского автомобиля автоматическая коробка передач становится фактически признанным стандартом, для дизельных двигателей – особенно.

В устройстве гидромеханической коробки выделяют три основных узла – гидротрансформатор, блок управления и планетарный механизм переключения передач.

Про планетарную коробку

В гидромеханической АКПП чаще всего используется планетарный механизм, устройство которого понятно из приведённого ниже рисунка.

В самом простейшем варианте крутящий момент поступает на солнечную шестерню 6, с которой шестерни-сателлиты 3 находятся в постоянном зацеплении, они свободно вращаются на своих осях. На них установлено водило 4, соединенное с валом 5, сателлиты 3 постоянно находятся в зацеплении с шестерней 2, на внутренней поверхности которой имеются зубья.

Когда коронная шестерня 2 заторможена, момент через водило 4 поступает на ведомый вал, а когда шестерня расторможена, то сателлиты передают момент на нее, а ведомый вал остается неподвижным. В АКПП используются фрикционные муфты сцепления и ленточные тормоза, а управление ими осуществляется с помощью гидромеханической системы, представляющей собой различные каналы, пружины и насос для создания давления масла.

Гидротрансформатор

В современный автомат входит гидротрансформатор, выполняющий в автомобиле с КПП (подает вращающий момент) функции сцепления. Благодаря гидротрансформатору транспортное средство плавно трогается. Снижение динамических нагрузок в трансмиссии приводит к повышению долговечности двигателя, а также остальных механизмов трансмиссии. Уменьшение количества переключений передач уменьшает утомляемость водителя.

Применение гидротрансформатора значительно увеличивает проходимость автомобиля по песку и снегу. Он создает устойчивую силу тяги с очень маленькой скоростью вращения на ведущих колесах, чем увеличивается их сцепление с поверхностью дорожного покрытия. Получается, что использование автоматических трансмиссий рекомендуется на внедорожниках. Гидротрансформатор имеет достаточно несложное устройство и объединяет три колеса:

  • Двигатель с гидротрансформатором связывает насосное;
  • Обеспечивает связь с первичным валом турбинное;
  • Усиливает крутящий момент реакторное.

Турбины на 3/4 помещены в масло и защищены специальным корпусом. Рабочий процесс гидромеханического привода основывается на том, что вращающий момент направляется от двигателя к насосному колесу, к турбинному колесу подается поток масла. Оно раскручивает колесо, и усилие предается на вал коробки скоростей. Весь процесс циркуляции масла проходит по особой траектории: с внешней стороны насосного кольца направляется на турбинное, а далее назад через центр механизма идет к насосному.

Гидротрансформатор автоматически меняет крутящий момент по мере нагрузки, далее он передается к механической коробке, и передачи переключаются фрикционными устройствами. Гидравлический привод определяет достаточное передаточное число, изменяя напор жидкости для ее циркулирования между напорным диском и турбинным. Свою работу гидротрансформатор выполняет непосредственно с планетарной коробкой.

Гидротрансформатор

Гидротрансформатор представляет собой гидравли­ческий механизм, который размещен между двигателем и механической коробкой передач. Он состоит из трех колес с лопатками:

  • насосного (ведущего);
  • турбинного (ведомого);
  • реактора.

Насосное колесо 3 закреплено на маховике 1 двигателя и образует корпус гидротрансформатора, внутри которого размещены тур­бинное колесо 2, соединенное с первичным валом 5 коробки передач и реактор 4, установленный на роликовой муфте 6 свободного хода. Внутренняя полость гидротрансформатора на 3/4 своего объема заполнена специальным маслом малой вязкости.

Рис. Гидротрансформатор: а – общий вид; б – схема; 1 – маховик; 2 – турбинное колесо; 3 – насосное колесо; 4 – реактор; 5 – вал; 6 – муфта

Каждое колесо имеет наружный и внутренний торцы, между которыми располагаются профилированные лопасти, образующие каналы для протока жидкости. Все колеса гидротрансформатора максимально приближены друг к другу, а вытеснению жидкости препятствуют специальные уплотнения.

При работающем двигателе насосное, колесо вращается вместе с маховиком двигателя. Масло под действием центробежной силы поступает к наружной части насосного колеса, воздействует на лопатки турбинного колеса и приводит его во вращение. Из турбинного колеса масло поступает в реактор, который обеспечивает плавный и безударный вход жидкости в насосное колесо и существенное увеличение крутящего момента. Таким образом, масло циркулирует по замкнутому кругу и обеспечивается передача крутящего момента в гидротрансформаторе.

Характерной особенностью гидротрансформатора является увеличение крутящего момента при его передаче от двигателя к первичному валу коробки передач. Наибольшее увеличение крутящего момента на турбинном колесе гидротрансформатора получается при трогании автомобиля с места, при этом коэффициент трансформации может составлять до 2,4. В этом случае реактор неподвижен так как заторможен муфтой свободного хода. По мере разгона автомобиля увеличивается скорость вращения насосного и турбинного колес. При этом муфта свободного хода расклинивается и реактор начинает вращаться с увеличивающейся скоростью, оказывая все меньшее влияние на передаваемый крутящий момент. После достижения реактором максимальной скорости вращения гидротрансформатор перестает изменять крутящий момент и переходит на режим работы гидромуфты. Таким образом, происходит плавный разгон автомобиля и бесступенчатое изменение крутящего момента.

Гидротрансформатор автоматически устанавливает необходимое передаточное число между коленчатым валом двигателя и к ведущими колесами автомобиля, Это обеспечивается следующим образом: с уменьшением скорости вращения ведущих колес автомобиля при возрастании сопротивления движению возрастает динамический напор жидкости от насоса на турбину, что приводит к росту крутящего момента на турбине, следовательно, на ведущих колесах автомобиля.

КПД гидротрансформатора определяет экономичность его работы. Максимальное значе­ние КПД гидротрансформатора может быть от 0,85 до 0,97, но обычно находится в диапазоне от 0,7 до 0,8. В комплексном гидротрансформаторе на режиме гидромуфты можно получить максимальное значение КПД до 0,97.

Изменение режимов работы гидротрансформатора происходит автоматически. Если увеличивать нагрузку на выходе из гидротрансформатора, то происходит уменьшение угловой скорости турбины, что приводит к увеличению коэффициента трансформации.

К сожалению, гидротрансформатор имеет малый диапазон передаточных чисел, не обеспечивает движения задним ходом, не разобщает двигатель от трансмиссии (необходима сложная система опорожнения проточных частей от рабочей жидкости). Поэтому за гидро­трансформатором устанавливают специальную планетарную коробку передач, которая компенсирует указанные недостатки.

Система управления переключением передач

Малый диапазон возможного изменения момента и скорости вращения вынудил проектировщиков дополнить гидротрансформатор механической коробкой переключения передач. В гидромеханической коробке-автомате для легкового транспорта используют несколько редукторов планетарной передачи, включаемых в работу с помощью фрикционных муфт. Включение фрикциона осуществляется сжатием пакета фрикционных накладок с помощью гидравлического поршня особой конструкции.

Насос, запитывающий гидравлику привода, обычно устанавливается в непосредственной близости от гидротрансформатора. Для управления гидравлическими клапанами и золотниками системы в современных авто применяют электромагнитные соленоиды, управляемые электроникой. Для компенсации ударных контактных нагрузок применяют обгонные муфты, что добавляет плавности при вхождении в зацепление шестерен коробки.

К сведению! В большинстве современных гидромеханических коробок-автоматов реализована функция автоматического выключения гидротрансформатора при движении на скорости более 20-25 км/ч. Это позволяет значительно уменьшить потери, связанные с передачей момента, особенно при высоких оборотах вращения, когда гидравлические потери растут быстрее механических.

Про гидротрансформатор

Основой гидромеханического автомата является гидротрансформатор. Фактически в гидромеханической АКПП он выполняет роль, аналогичную сцеплению в обычном автомобиле – передает момент от двигателя к коробке.

Как видно из рисунка, устройство гидротрансформатора довольно простое и включает в себя три колеса специальной формы:

  • насосное, осуществляющее связь между двигателем и гидротрансформатором;
  • турбинное, выполняющее связь с валом (первичным) коробки передач;
  • реакторное, предназначенное для усиления крутящего момента.

Все эти турбины закрыты специальным корпусом и на три четверти погружены в масло, заполняющее внутренний объем. Гидромеханический привод работает таким образом – насосное колесо, на которое поступает вращающий момент от двигателя, вращаясь, направляет на турбинное колесо поток масла, которое им раскручивается и предает усилие на вал коробки передач.

Происходит циркуляция масла по сложной траектории – с внешней части насосного кольца на внешнюю часть турбинного, а затем через центр устройства обратно к насосному. Следствием такого движения является гидромеханическая передача момента к коробке передач от мотора.

Такой гидромеханический привод обладает особенностью – из-за присутствия третьего, реакторного колеса, возможно усиление передаваемого момента. Происходит это благодаря его расположению в центре гидротрансформатора.

Когда осуществляется гидромеханическая передача момента, поток масла от турбинного колеса направляется к центру устройства и затем возвращается обратно к насосному. Однако на его пути расположено реакторное колесо, и поток, оказывая на него давление, вызывает с его стороны ответную реакцию, которая, воздействуя на турбину, усиливает момент, переданный от насосного колеса.

Читайте также  Когда надо менять масло в трансмиссии нивы

Такое дополнительное воздействие, возникающее, когда происходит гидромеханическая передача мощности от мотора, приводит к тому, что она увеличивается. Величина усиления зависит от разности скоростей межу колесами гидротрансформатора, чем она больше, тем более значительным оно будет. Это особенно полезно при начале движения, когда выполняется гидромеханическая передача мощности от двигателя, работающего на холостом ходу, к неподвижной трансмиссии.

Очень полезным фактом являет то, что гидравлический привод автоматически устанавливает нужное передаточное число между колесами и двигателем, благодаря изменению величины напора жидкости при ее передаче между напорным и турбинным дисками.

Однако диапазон такого изменения достаточно небольшой, и при этом отсутствует возможность, используя гидромеханический привод, разорвать связь между трансмиссией и мотором, поэтому гидротрансформатор работает последовательно с планетарной коробкой, позволяющей устранить отмеченные недостатки.

Достоинства и недостатки автоматической коробки

  1. Отсутствие переключения передач вручную;
  2. Осуществление равномерной подачи мощности.

Автомобили автоматическим переключением скоростей отличаются особой плавностью хода. Когда водителю нет необходимости переключаться вручную, то облегчается процесс вождения транспортного средства. Недостатками считается более сложная конструкция трансмиссий и их большая масса. К недостаткам относится более низкий КПД, снижающий топливную экономичность автомашины. Это простейший вариант гидромеханической трансмиссии, а сегодня на легковые автомобили устанавливаются более совершенные модели.

Устройство автомобилей

Гидромеханическая передача является комбинированной, в которой наряду с гидротрансформатором применяется ступенчатая коробка передач. Обычно такую коробку передач сокращенно называют ГМП или ГМКП.

Гидротрансформатор, как и гидромуфта был изобретен немецким профессором Германом Феттингером в начале прошлого века. Прежде чем найти применение на автомобилях, эти гидродинамические передачи использовались в судостроении.

гидромеханическая коробка передач

На автомобилях ГМП впервые появилась в США — в 1940 г. коробка Hydramatic была установлена на автомобилях Oldsmobile. В настоящее время в США гиромеханическими коробками передач оснащаются почти 90 % легковых автомобилей, а также все городские автобусы и значительная часть грузовых автомобилей.
В Европе массовое применение гидромеханических коробок передач началось только в начале семидесятых годов прошлого века, когда эти передачи нашли применение в автомобилях Mercedes-Benz, Opel, BMW.

Изменение режимов работы гидротрансформатора происходит автоматически. Если увеличивать нагрузку на выходе из гидротрансформатора, то происходит уменьшение угловой скорости турбины, что приводит к увеличению коэффициента трансформации.

К сожалению, гидротрансформатор имеет малый диапазон передаточных чисел, не обеспечивает движения задним ходом, не разобщает двигатель от трансмиссии (необходима сложная система опорожнения проточных частей от рабочей жидкости). Поэтому за гидро¬трансформатором устанавливают специальную коробку передач, которая компенсирует указанные недостатки. Такая гидромеханическая передача является бесступенчатой и позволяет получить любое передаточное число в заданном диапазоне.

В гидромеханических передачах в основном применяются механические планетарные коробки передач, которые легко поддаются автоматизации, но иногда используют и вальные ступенчатые коробки передач с автоматическим управлением.

Устройство и работа гидротрансформатора, а также его отличие от гидромуфты подробнее рассмотрено здесь.

В некоторых случаях гидротрансформатор устанавливается дополнительно к стандартному фрикционному сцеплению и ступенчатой коробке передач, при этом переключение передач происходит ручным способом.
В такой конструкции достаточно однодискового сцепления, так как оно служит только для отключения первичного вала коробки передач от турбинного колеса трансформатора при переключении передач, а плавность увеличения крутящего момента обеспечивает гидротрансформатор.
Достоинством такой передачи является относительная простота конструкции и управления по сравнению с автоматизированной передачей. Однако наиболее часто гидротрансформатор используется в сочетании двух- или трехступенчатой коробкой передач без стандартного фрикционного сцепления.
Коробки передач выполняются вальными или чаще планетарными. Управление переключением передач автоматическое или полуавтоматическое.

Двухступенчатая вальная коробка передач

Гидротрансформатор в сочетании с двухступенчатой вальной коробкой передач применяется в гидромеханической передаче автобуса ЛиАЗ-677М (рис. 1).
Она представляет собой редуктор с расположенными внутри него валами: первичным 3, вторичным 11 и промежуточным 15. Первичный вал связан с турбиной гидротрансформатора, а вторичный вал – с карданной передачей трансмиссии. Первая (понижающая) передача имеет передаточное число 1,79, а вторая передача – прямая, т. е. ее передаточное число равно единице.

устройство и работа гидромеханической передачи

Особенностью такой коробки передач является то, что для включения передач наряду с зубчатой муфтой используются многодисковые муфты (фрикционы), работающие в масле.
Ведущие диски фрикционов – стальные, а ведомые – металлокерамические. Они устанавливаются на внутренних или наружных шлицах и имеют возможность незначительного перемещения в осевом направлении. В разъединенном положении пакет дисков удерживают пружины, сжимание дисков происходит от воздействия масла, подаваемого в цилиндр включения фрикциона.

При включении первой передачи срабатывает фрикцион 5, который блокирует зубчатое колесо 4 с первичным валом 3. Муфта 8 при этом смещается влево и блокирует зубчатое колесо 7 с вторичным валом 11.
Крутящий момент передается через зубчатое колесо 4 первичного вала, зубчатые колеса 16 и 14 промежуточного вала и зубчатое колесо 7 на вторичный вал 11. При включении второй передачи срабатывает фрикцион 6, который блокирует первичный вал 3 с вторичным валом 11. Муфта 8 устанавливается в нейтральное положение.

как устроена и работает гидромеханическая коробка передач

Для движения задним ходом муфта 8 перемещается в правое положение и блокирует зубчатое колесо 10 с вторичным валом 11, затем включается фрикцион 5. Крутящий момент передается через зубчатые колеса 4, 16, 13, 12, 10 на вторичный вал 11 коробки передач.

При включении фрикциона 2 происходит блокировка гидротрансформатора, когда турбинное и насосное колеса жестко соединяются друг с другом, и он переходит в режим гидромуфты.

Трехступенчатая планетарная коробка передач

В гидромеханических передачах наибольшее применение нашли планетарные коробки передач. Они обладают компактностью, пониженным уровнем шума при работе и длительным сроком службы. Переключение передач в них происходит практически без разрыва потока мощности.

Основным звеном планетарной коробки передач является планетарный ряд (рис. 2), состоящий из эпициклического (коронного) зубчатого колеса 1, солнечного зубчатого колеса 2, водила 3 и сателлитов 4.
Оси сателлитов установлены на водиле и вращаются вместе с ним, т. е. они подвижны. В зависимости от того, какой элемент планетарного ряда является ведущим, а какой заторможен, происходит изменение передаточных чисел планетарного ряда.

устройство и работа гидромеханической коробки передач

Двухступенчатые коробки передач имеют один планетарный ряд. Многоступенчатые могут иметь два и более планетарных рядов, которые связаны друг с другом.
Торможение элементов планетарных рядов при переключении передач производится фрикционными муфтами (фрикционами) или ленточными тормозными механизмами.

Конструкция гидромеханической передачи легкового автомобиля, в которой гидротрансформатор сочетается с трехступенчатой планетарной коробкой передач представлена на рис. 3.

Гидротрансформатор 1 состоит из трех колес с лопастями. Вал 2 турбинного колеса является ведущим валом коробки передач. Ведомый вал 12 коробки передач расположен соосно с ведущим валом. Коробка передач включает два одинаковых планетарных ряда 7 и 8, три многодисковых фрикциона 5, 6, 9 и два ленточных тормозных механизма 4, 10.

Переключение передач осуществляется включением фрикционов и тормозных механизмов в различных комбинациях (рис. 4).
В нейтральном положении включен тормозной механизм 10 (рис. 3) и сблокирована муфта 13 свободного хода. Ведомый вал 12 не вращается.

На первой передаче включены фрикцион 6 и тормозной механизм 10, а также включена муфта 13 свободного хода. Эпициклическое зубчатое колесо планетарного ряда 8 вращается с угловой скоростью ведущего вала 2, а солнечное зубчатое колесо заторможено, водило вращает эпициклическое зубчатое колесо планетарного ряда 7, в котором солнечное зубчатое колесо также заторможено. Ведомым является водило этого ряда, выполненное заодно с ведомым валом 12. Муфта свободного хода 13 включена.

устройство и принцип действия гидромеханической коробки передач

На второй передаче включены фрикцион 5 и тормозной механизм 10. Эпициклическое зубчатое колесо планетарного ряда 8 вращается свободно, а планетарного ряда 7 – с угловой скоростью ведущего вала 2.
Так как солнечное зубчатое колесо заторможено, то вращается водило и ведомый вал 12. Муфта свободного хода 13 включена.

На третьей передаче включены фрикционы 5 и 6, а также тормозной механизм 10. Эпициклическое зубчатое колесо и водило планетарного ряда 8 ведущие. С такой же угловой скоростью вращаются эпициклические зубчатые колеса и водило планетарного ряда 7, т. е. ведущий и ведомый валы вращаются с одинаковой частотой.

На передаче заднего хода включен фрикцион 6 и тормозной механизм 4. Водило планетарного ряда 8 заторможено, а эпициклическое зубчатое колесо ведущее.
Солнечное зубчатое колесо вращается в обратном направлении, в этом же направлении вращается солнечное зубчатое колесо планетарного ряда 7. Так как эпициклическое зубчатое колесо планетарного ряда 7 заторможено, ведомым является водило, связанное с ведомым валом 12.
Муфта свободного хода 13 заблокирована.

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ (ТРАНСМИССИИ)

В автогрейдерах, погрузчиках, дорожных катках, бульдозерах и других машинах применяются гидродинамические передачи (гидротрансформаторы), установленные между двигателем и механической коробкой передач. Гидродинамические передачи также применяются в трансмиссии автомобилей с гидромеханической передачей.

Гидромеханическая передача (ГМП) состоит из гидротрансформатора (бесступенчатой гидродинамической передачи), механической (валь- ной или планетарной) коробки передач, систем маслопитания трансформатора и управления передачей. Гидротрансформатор изобретен конструктором Фетингером (Германия) в 1907 году.

Гидротрансформатор (ГТР) — гидравлический механизм (рис. 3.1), состоящий из трех лопастных колес: насосного (ведущего), турбинного (ведомого) и реакторного. Насосное лопастное колесо 3 закреплено на маховике 1 двигателя и образует корпус ГТР, внутри которого размещены лопастное турбинное колесо 2, соединенное с первичным (турбинным) валом 5 механической коробки передач, и реакторное колесо 4, установленное на роликовой муфте 6 свободного хода.

Внутренняя полость гидротрансформатора на 3/4 своего объема заполнена специальной рабочей жидкостью малой вязкости (марки А).

При работе двигателя вместе с его коленчатым валом вращается насосное колесо и рабочая жидкость, заполняющая внутреннюю полость ГТР. Лопатки насосного колеса передают жидкости кинетическую энергию, полученную от двигателя. Жидкость, поступающая с лопаток насосного колеса, воздействует на лопатки турбинного колеса, приводя его во вращение. Момент от турбинного колеса через соединенный с ним турбинный вал передается на вход механической коробки передач.

Читайте также  Газель бизнес масло для трансмиссии

Гидротрансформатор

Рис. 3.1. Гидротрансформатор: a — общий вид; б — схема;

1 — маховик двигателя внутреннего сгорания; 2 — турбинное (ведомое) лопастное колесо; 3 — насосное (ведущее) лопастное колесо; 4 — реакторное лопастное колесо (реактор); 5 — турбинный вал; 6 — роликовая муфта свободного хода

ГТР обычно имеет два реакторных колеса, посаженных на неподвижную трубу при помощи роликовой муфты свободного хода. Муфта позволяет реактору вращаться только в одном направлении, в другом — ее ролики заклинивают реактор на скошенных поверхностях вырезов неподвижной ступицы, установленной на шлицах этой трубы.

После выхода с лопаток турбинного колеса жидкость попадает на лопатки неподвижных (заклиненных) в обычном режиме трансформации реакторных лопастных колес. Неподвижные реакторные колеса обеспечивают безударный вход жидкости из турбинного вновь на насосное колесо и существенное увеличение передаваемого крутящего момента (как бы «подкручивает» ведущее насосное колесо, помогая двигателю), при этом жидкость перемещается в торе от меньшего радиуса этого лопастного колеса к большему. Таким образом, рабочая жидкость циркулирует по замкнутому кругу, обеспечивая увеличение и передачу крутящего момента в гидротрансформаторе. Отношение крутящего момента на турбинном колесе к моменту на насосном колесе ГТР называется коэффициентом трансформации

(или динамическим передаточным числом), характеризующим степень увеличения момента (диапазон ктр 1 — прозрачным.

Кроме тягового режима, также существует тормозной режим ГТР, когда при торможении машины кинетическая энергия подводится еще и от ведущих колес, мощность на турбинном валу при этом возрастает.

Для расширения диапазона крутящего момента и увеличения передаточного числа трансмиссии ГТР работает совместно с установленной на его выходе механической ступенчатой коробкой передач.

Силовой агрегат гидромеханической трансмиссии, включающий совместно работающие гидротрансформатор, механическую ступенчатую коробку передач и электронную систему управления этим агрегатом, называют автоматической коробкой передач (рис. 3.3) [20].

Передаточным отношением ГМП является произведение krp гидротрансформатора (изменяется бесступенчато) и передаточного числа механической ступенчатой коробки передач. Общее передаточное отношение гидромеханической трансмиссии учитывает также передаточное число главной передачи колесной или гусеничной машины.

ГМП по способу компоновки гидродинамического и механического элементов разделяют на однопоточные и двухпоточные.

Автоматическая коробка передач (ZF Ecomat 5 HP 500)

Рис. 3.3. Автоматическая коробка передач (ZF Ecomat 5 HP 500):

1 — гидротрансформатор с блокировочной муфтой; 2 — гидродинамический замедлитель; 3 — ступенчатая планетарная передача; 4 — гидронасос; 5 — система управления

Однопоточные (полнопоточные) ГМП имеют последовательное соединение ГТР с механической ступенчатой КП, значительный силовой и кинематический диапазоны регулирования и, несмотря на сравнительно невысокий КПД, получили широкое распространение.

Наибольшее распространение получили автоматические системы управления ГМП, в которых переключение осуществляется в зависимости от скорости движения машины и угла открытия дроссельной заслонки (для дизеля — например, от перемещения рейки топливного насоса). Такие автоматические системы обеспечивают перекрытие передач, назначение которого состоит в том, чтобы иметь некоторый запас диами- ческого фактора, необходимый для поддержания постоянной скорости движения машины при переключении передач.

В двухпоточных (дифференциальных) ГМП крутящий момент от двигателя передается на вал трансмиссии параллельными потоками через механическое и гидравлическое звенья. Двухпоточные ГМП находят применение, прежде всего, в трансмиссиях мощных тракторов.

Схема такой гидромеханической передачи включает ГТР и планетарную коробку передач (ГТКГТ), кинематически связанные между собой дифференциальным звеном — планетарным механизмом (рис. 3.4) [48].

Схема двухпоточной гидромеханической передачи (ГМП)

Рис. 3.4. Схема двухпоточной гидромеханической передачи (ГМП): 1 — верхний вал; 2 — эпициклическое (коронное) зубчатое колесо; 3 — сателлит; 4 — водило; 5 — ведомый вал; 6 — солнечное зубчатое колесо; 7 — планетарная коробка передач (ПКП); Н — насосное колесо гидротрансформатора; Т — турбинное колесо; ?! и Р2 — реакторы гидротрансформатора; Т, и Т2 — тормоза; Ф, и Ф2 — фрикционная муфта включения; М — момент на выходном валу дифференциального механизма

Планетарная коробка передач включает несколько элементарных планетарных рядов, кинематически связанных между собой в различных сочетаниях, образуя планетарный редуктор или мультипликатор с определенным передаточным отношением, при этом каждый из рядов содержит солнечное, коронное зубчатые колеса, водило и сателлиты.

В зависимости от того, какой из трех валов планетарного ряда (солнечный, коронный или вал водила) будет ведущим, ведомым или неподвижным, получают различные передаточные числа этой передачи (редуктора или мультипликатора). Заблокировав между собой любые два вала из трех, получают прямую передачу ряда.

Многодисковые фрикционные сцепления (фрикционы) с гидроуправлением (рис. 3.5) переключают передачи в коробке передач, а также применяются в качестве тормоза планетарного ряда при фрикционном замыкании одного из его звеньев на неподвижный корпус.

Схема многодискового фрикционного сцепления (фрикциона) гидромеханической передачи

Рис. 3.5. Схема многодискового фрикционного сцепления (фрикциона) гидромеханической передачи: 1 — корпус фрикциона (ведущая часть);

  • 2 — стальные ведомые диски; 3 — фрикционные накладки; 4 — поршень;
  • 5 — гидроцилиндр; 6 — ведущий вал; 7 — ведомый вал; М,, М2 — крутящие моменты на ведущем и ведомом валах; Ррж — сила давления рабочей жидкости на поршень

Фрикционы включаются без разрыва силового потока давлением рабочей жидкости на поршень (0,62. 0,7 МПа), сжимающий пакет ведущих и ведомых дисков (возврат — пружиной). Педаль сцепления в ГМП отсутствует, так как гидротрансформатор одновременно выполняет функцию гидромуфты. Выключенное состояние муфты обеспечивается несколькими пружинами, перемещающими поршень в исходное положение (при разводе дисков обеспечивают зазор величиной 0,35 мм). Высокие требования предъявляются к уплотнениям, так как их повреждение приводит к нарушению работы передачи.

Ведущие диски фрикциона выполнены из высокоуглеродистой стали марок 40, 50, 60Г и др. Применение дисков конической формы (с углом конуса 25. 30′) и гофрированной формы (с глубиной гофра 0,2.. .0,25 мм) позволяет повышать плавность включения.

Ведомые стальные диски фрикциона выполнены плоскими и облицованы накладками из металлокерамических материалов.

Проходящая по системе каналов рабочая жидкость восстанавливает масляную пленку на поверхностях трения, которая нарушается в процессе буксования вследствие высоких контактных температур и давлений, удаляет продукты изнашивания и охлаждает фрикционные диски. Работа фрикциона носит циклический характер и сопровождается интенсивным повышением температуры поверхностей трения при включении (при перегреве возможно коробление дисков и поломка фрикциона). Поэтому подача жидкости должна быть достаточной для восстановления масляной пленки и для охлаждения дисков.

Система маслопитания ГМП предназначена для создания и поддержания необходимого рабочего давления в исполнительных цилиндрах фрикционов, обеспечения циркуляции рабочей жидкости через ГТР, поддержания нормального теплового режима, обеспечения смазывания трущихся поверхностей дисков фрикционов и подшипников шестерен. Давление в рабочей полости ГТР — 0,1. 0,35 МПа, давление в главной масляной магистрали — 1,5 МПа, давление в магистрали системы смазки-0,1 МПа. Гидросистема обычно включает две основные магистрали — главную магистраль и магистраль питания. В магистрали входят следующие подсистемы: питания рабочей жидкостью, регулирования давления, управления и смазки.

Система управления ГМП сочетает элементы электроники и гидроавтоматики. Измерительные преобразователи (датчики) системы управления определяют нагрузку, положение рычага переключения передач, а также частоту вращения вала двигателя и ведомого вала коробки передач. Электронный блок управления обрабатывает эти данные в соответствии с установленной программой и подает сигнал управления коробкой передач. Электродинамические преобразователи образуют связь между электронными и гидравлическими цепями, в то время как соленоидные клапаны приводят в действие фрикционы и гидроуправляемые ленточные или дисковые тормозные механизмы. В процессе автоматического режима переключения передач можно также в любой момент вмешаться посредством ручного переключения передач рычагом. Режим «kick-down», или «принудительная первая передача» не позволяет переходить на высшую передачу даже при существенном увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Таким образом, переключение передач происходит автоматически в зависимости от скорости движения машины и подачи топлива.

Например, в гидромеханической трансмиссии (ГМТ) современных тракторов (Т-10М и др.) для увеличения силового диапазона ГТР применена планетарная трехскоростная коробка передач «Power SHIFT» с переключением передач на ходу, т. е. без разрыва мощности. В ГМТ также используются главная передача, бортовые фрикционы и бортовые редукторы механической трансмиссии трактора.

Автоматическая приспособленность силовой передачи к внешним нагрузкам в широком диапазоне их значений освобождает оператора от необходимости переключения передач в период рабочего хода бульдозера, который в большинстве случаев выполняется на первой передаче. Это в сочетании с сервоуправлением трактором с навесными орудиями существенно облегчает условия труда оператора и обеспечивает увеличение производительности.

Преимущества ГМП: непрерывность и автоматичность регулирования момента; облегчение труда машиниста; снижение динамических нагрузок и повышение в 1,5.. .2 раза срока службы агрегатов трансмиссии; ГТР выполняет функцию демпфера, гасящего крутильные колебания; повышается средняя эксплуатационная скорость; комфортабельность, бесшумность работы; повышение проходимости.

Недостатки передачи: более низкий КПД по сравнению с механической трансмиссией за счет проскальзывания лопастных колес ГТР и трения жидкости; увеличенный на 2. 8 % расход топлива; сложность конструкции, увеличение веса и стоимости; потребность в высокой квалификации обслуживающего персонала; значительная стоимость сервиса; дополнительные ограничения при буксировке неисправной машины.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

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