Гидротрансформатор

Гидромеханическая передача

Лекция 6. БЕССТУПЕНЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

По принципу работы бесступенчатые передачи можно разделить на:

—гидродинамические;
—объемные гидропередачи;

—электрические;
—импульсные;
—фрикционные.

В массовом автостроении применяются в основном гидродинамические передачи в сочетании со ступенчатой коробкой передач, получившие название гидромеханических передач, и реже фрикционные передачи. В последнее время появились автоматические передачи на основе планетарных механизмов.

Создание автомобиля с гидродинамической трансмиссией, то есть с трансформацией крутящего момента только с помощью гидротрансформатора, весьма проблематично. При малых значениях передаточного отношения гидротрансформатор работает с низким КПД при движении автомобиля с повышенными значениями силы тяги в зоне малых и средних скоростей. Допустимыми являются лишь те режимы работы гидротрансформатора, когда его КПД не снижается ниже 80%. При таком условии коэффициент трансформации для современных гидротрансформаторов К₈₀ не превышает диапазон 1,3…2,0.

В то же время, объективно необходимо для условий эксплуатации, чтобы отношение максимального передаточного числа (для преодоления максимального дорожного сопротивления) к минимальному передаточному числу (из условия движения с максимальной скоростью) составляло для легковых автомобилей порядка 4,0. Диапазон регулирования крутящего момента для грузовых автомобилей еще больше и соответствует примерно 8,0.

Таким образом, для обеспечения необходимого диапазона регулирования и получения режима движения автомобиля задним ходом гидротрансформатор дополняется ступенчатой механической коробкой передач, которая устанавливается последовательно за гидротрансформатором и управляется обычно автоматически. Совокупность этих механизмов, изготавливаемых в виде единого изделия, получила название гидромеханической передачи (рис.8).

В соответствии с уравнением Эйлера алгебраическая сумма моментов на колесах гидротрансформатора равна нулю:

М_н + М_Т + М_р = 0,

где М_н – момент, приложенный к валу насоса со стороны двигателя; М_Т – момент, нагружающий вал турбины; М_р – момент, приложенный к реактору, совпадающий по направлению с моментом М_н.

Это означает, что момент на турбинном колесе представляет собой сумму двух моментов: активного момента, воспринимаемого от насоса, и реактивного момента, возникающего вследствие реакции струи жидкости, вызванной поворотом направления струи жидкости в неподвижных лопатках реактора:

М_Т = - (М_н + М_р).

То есть момент М_Т, нагружающий вал турбины (выход гидротрансформатора), может быть больше момента М_н, необходимого для вращения вала насоса (вход гидротрансформатора). Отсюда следует, что гидротрансформатор является преобразователем крутящего момента.

Преобразующие свойства гидротрансформатора оценивают коэффициентом трансформации:

К = М_Т/М_н.

Кинематическое передаточное отношение в трансформаторе i определяется как:

i = n_Т / n_Н ,

где n_Т - число оборотов в минуту турбинного колеса гидротрансформатора;

n_Н - число оборотов в минуту насосного колеса.

Очевидно, что максимальное значение коэффициента трансформации К имеет место при неподвижной турбине (момент трогания автомобиля с места), когда передаточное отношение i гидротрансформатора равно нулю (рис.3). В этом случае угол атаки лопаток реактора наибольший, а, следовательно, реактивная составляющая на лопатках турбины максимальная.

Рис.3. Характеристика гидротрансформатора.

С увеличением частоты вращения вала турбины (увеличение скорости движения автомобиля) снижается момент на валу турбины. То есть по мере роста значения передаточного отношения коэффициент трансформации уменьшается (рис.3).

Таким образом, гидротрансформатор выполняет две функции: увеличивает момент, передаваемый на трансмиссию, и уменьшает момент на валу турбины по мере разгона автомобиля. Этим объясняется наличие внутреннего автоматизма (саморегулирования) гидротрансформатора, при котором изменение нагрузки на выходном валу приводит к автоматическому и бесступенчатому изменению коэффициента трансформации К.

Энергетические потери оценивают величиной коэффициента полезного действия гидротрансформатора, который определяется как отношение мощностей на турбинном N_Т и насосном N_Н колесах:

η = N_Т / N_Н = (М_Тn_Т)/(М_Нn_Н) = i·К.

Максимальные значения КПД гидротрансформатора колеблется в пределах: 0,8 < η _мах <0,92.

Гидравлические потери в гидротрансформаторе, определяющие в основном изменение его КПД, обусловлены потерями на удар при входе потока вязкой жидкости на лопатки рабочих колес.

Можно расширить зоны работы гидротрансформатора с высоким КПД.

Например, реактор связывают с корпусом не жестко, а через муфту свободного ход. Тогда в начале зоны II (рис.3), когда момент М_р меняет свой знак, реактор высвобождается и, вращаясь свободно, перестает оказывать воздействие на поток (дезактивируется). С этого момента и при дальнейшем увеличении i гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты с соответствующим повышенным КПД. Такой гидротрансформатор называют комплексным. Иногда делают реактор с двумя такими же колесами (четырехколесный ГТ).

В отдельных случаях для повышения топливной экономичности автомобиля предусматривается принудительная автоматическая блокировка гидротрансформатора. Для этого в него встраивают управляемую фрикционную муфту, которая при К = 1 автоматически жестко связывает турбинное колесо с насосным, образуя прямую передачу. При этом КПД скачком достигает величины η = 1 и при дальнейшем возрастании частоты вращения остается неизменным.

Нагрузочная и выходная характеристики гидротрансформатора. Рассматриваются подробно самостоятельно на практических работах.

Дата добавления: 2014-01-11