Глава 5 ОСОБЕННОСТИ ТЯГОВЫХ И ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЕЙ, СНАБЖЕННЫХ ГИДРОПЕРЕДАЧЕЙ

5.1. Исходные характеристики гидропередач

В настоящее время трансмиссии некоторых типов автомобилей снабжаются гидропередачами. Гидропередачи бывают двух типов: гидростатические и гидродинамические.

Гидростатическими (гидрообъемными) называются передачи, использующие для передачи энергии статическое давление жидкости, создаваемое в объемном гидронасосе (например, поршневом или шестеренчатом), связанном с двигателем. Это давление используется для приведения во вращение объемного гидромотора, связанного с ведущими колесами. Гидростатические передачи применяются главным образом в активных автопоездах (т.е. автопоездах, у которых ведущими являются не только колеса тягача, но и прицепов). Для остальных типов автомобилей гидростатические передачи применяются пока только на экспериментальных образцах.

Гидродинамическими называют передачи, использующие для передачи энергии – кинетическую энергию жидкости, приводимую в движение лопатками гидродинамического насоса, вращаемого двигателем. Гидродинамические передачи получили широкое распространение на легковых автомобилях США. Такими передачами снабжаются также трансмиссии отечественных и западноевропейских автомобилей высокого класса, а также некоторых западноевропейских автомобилей среднего класса. Довольно широкое распространение гидродинамические передачи получили на автобусах и карьерных самосвалах. В дальнейшем под термином гидропередача мы будем понимать только гидродинамические передачи.

Основным достоинством гидропередач является значительное облегчение работы водителя. Кроме того, применение гидропередач позволяет увеличить долговечность двигателя, улучшить проходимость автомобиля по тяжелым дорогам и бездорожье, а также несколько улучшить динамичность автомобилей.

Имеется два типа гидродинамических передач: гидромуфты и гидротрансформаторы.

Гидромуфта (рис. 29 а) представляет собой гидродинамическую передачу, состоящую из двух рабочих колес – насоса Н, связанного непосредственно или через дополнительный редуктор с коленчатым валом двигателя, и турбины Т, связанной через ряд механизмов трансмиссии с ведущими колесами автомобиля.

Гидротрансформатор (рис. 29б) в простейшем случае состоит из трех рабочих колес – насоса Н, турбины Т и реактора (направляющего аппарата) Р. Насос непосредственно или через дополнительный редуктор связан с коленчатым валом двигателя. Турбина через механизмы механической части трансмиссии связана, с ведущими колесами автомобиля. Реактор в простейшем случае закреплен неподвижно. Во многих конструкциях гидротрансформаторов реактор устанавливается на муфте свободного хода. В автомобилестроении применяются и более сложные гидротрансформаторы, имеющие несколько турбин и реакторов. Как самостоятельный механизм гидромуфты почти не применяются на современных автомобилях. Однако довольно распространенными являются гидротрансформаторы, имеющие такую конструкцию, которая при определенных условиях обеспечивает их превращение в гидромуфту (переход на режим гидромуфты). Также гидротрансформаторы называются комплексным.

Рассмотрим основные характеристики гидромуфты и гидротрансформатора, определяющие особенности тяговых и топливно-экономических свойств автомобиля, снабженного гидропередачей.

Кинематические свойства гидропередачи характеризуются передаточным отношением i, равным отношению угловой скорости (числа оборотов) турбины к угловой скорости (числу оборотов)

насоса:

( )

Иногда кинематические свойства гидропередачи характеризуют также скольжением:

Силовые (преобразующие) свойства гидропередачи характеризуются коэффициентом трансформации K, равным отношению момента на валу турбина к моменту на валу насоса: ( ).

а) б)

Рис. 29. Схемы гидропередач

Соотношение между моментами на валах турбина и насоса у гидромуфты и гидротрансформатора можно найти из условия равенства нулю суммы моментов внешних сил, действующих на гидропередачу.

Для гидромуфты внешними моментами будут только М_н и М_тур. Следовательно, можно записать:

, (108)

откуда М_н = М_тур (момент М_тур взят со знаком минус потому, что его направление противоположно направлению момента M_н). Следовательно, гидромуфта не изменяет момента, подводимого к валу насоса, и коэффициент трансформации гидромуфты K_гм всегда равен единице (K_гм = 1).

Для гидротрансформатора, кроме моментов М_н и М_тур добавляется внешний момент М_р, действующий на реактор. Следовательно, условие равенства нулю суммы внешних моментов запишется так:

М_н + М_р – М_тур = 0, откуда М_тур = М_н + М_р.

Следовательно, коэффициент трансформации K_гт гидротрансформатора

Если М_р > 0, то М_тур > 0, то M_тур > M_н+M_p.

При закрепленном реакторе момент М_p может быть в принципе как положительным, так и отрицательным. Однако для автомобильных гидропередач рабочий диапазон ограничивается обычно случаем, когда М_р > 0 и K_гт > 1.

У комплексных гидротрансформаторов, у которых, реактор установлен на муфте свободного хода, момент М_р не может быть отрицательным, поскольку механизм свободного хода не препятствует вращению реактора в сторону действия отрицательного момента М_р. У таких гидротрансформаторов коэффициент трансформации не может быть меньшим единицы. При уменьшении М_р до нуля такой гидротрансформатор работает как гидромуфта (М_тур = М_н ; K_гм = 1).

Энергетические свойства гидропередачи характеризуются коэффициентом полезного действия (КПД η_гт) равным отношению мощности, отводимой от турбины, к мощности, подводимой к насосу:

для гидромуфты, поскольку K_гм = 1, η_гм = i_гм. Как коэффициент трансформации, так и КПД гидропередачи изменяются с изменением, передаточного отношения i. График зависимости K и η_гм от i_гм называют исходной (безразмерной) характеристикой гидропередачи.

Для гидромуфты зависимость K = f(i) изображается прямой, параллельной оси абсцисс, а зависимость η_гм = ф(i) прямой, проходящей через начало координат под углом 45° к координатным осям (η_гм = i_гм) (рис. 31а).

В зависимости от передаточного отношения КПД гидромуфты может изменяться от нуля до величины, близкой к единице. При неподвижном вале турбины i_гм = η_гм = 0. Максимальные значения передаточного отношения и КПД гидромуфты тем выше, чем меньше нагрузка на валу турбины. Обычно конструкцию гидромуфты подбирают таким образом, чтобы при передаче максимальной мощности двигателя КПД было равным η_гм = 0,97…0,975 (скольжение =2,5…3%). При частичных нагрузках скольжение несколько меньше и КПД ближе к единице.

Безразмерная характеристика гидротрансформатора показана на рис. 30 б.

Зависимость K_гт = f(i) выражается пологой кривой, близкой к прямой.

Преобразующие свойства гидротрансформатора принято характеризовать максимальным коэффициентом трансформации K_{гт max}, который получается при неподвижном вале турбины, т.е. i_гт = 0 (стоповый коэффициент трансформации). В трансмиссиях легковых автомобилей обычно применяются гидротрансформаторы с максимальным коэффициентом трансформации K_{гт max} (2…2,5), а у грузовых автомобилей и тягачей K_гт (2,2…4,0).

Зависимость η_гт = ф(i) выражается кривой, близкой к квадратичной параболе.

При i_гт = 0 и K_гт = 0 – η_гт = 0.

Максимальное значение КПД современных автомобильных гидротрансформаторов в зависимости от их конструкции составляет η_гт = 0,88…0,92, а передаточное отношение, соответствующее η_{гт mах}, обычно выбирается равным i_опт = 0,7…0,8. С увеличением максимального коэффициента трансформации максимальное значение КПД несколько снижается и передаточное число, соответствующее η_{гт mах}, уменьшается.

а) б)

Рис. 30. Исходные характеристики гидропередач

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: