En las transmisiones hidrostáticas de variación continua, el par y la potencia desde el eslabón impulsor (bomba) hasta el eslabón accionado (motor hidráulico) se transmiten por líquido a través de tuberías. La potencia N, kW, del flujo de fluido está determinada por el producto de la cabeza H, m, y el caudal Q, m3/s:

N = HQpg / 1000,
donde p es la densidad del líquido.

Las transmisiones hidrostáticas no tienen automatismo interno, se requiere ACS para cambiar la relación de transmisión. Sin embargo, la transmisión hidrostática no requiere un mecanismo inverso. La inversa se proporciona cambiando la conexión de la bomba a las líneas de descarga y retorno de líquido, lo que hace que el eje del motor gire en la dirección opuesta. Con una bomba variable, no se necesita embrague de arranque.

Las transmisiones hidrostáticas (así como las transmisiones eléctricas) tienen posibilidades de diseño mucho más amplias en comparación con las de fricción y las hidrodinámicas. Pueden formar parte de una caja de cambios hidromecánica combinada cuando se conectan en serie o en paralelo con una caja de cambios mecánica. Además, pueden formar parte de una transmisión hidromecánica combinada cuando el motor hidráulico está instalado delante del engranaje principal - fig. a (se retuvo el eje motriz con el engranaje principal, el diferencial, los semiejes) o los motores hidráulicos están instalados en dos o en todas las ruedas - fig. a (se complementan con cajas de cambios que realizan las funciones de la transmisión final). En cualquier caso, el sistema hidráulico está cerrado y en él se incluye una bomba de reposición para mantener el exceso de presión en la línea de retorno. Debido a las pérdidas de energía en las tuberías, generalmente se considera conveniente utilizar transmisión hidrostática con una distancia máxima entre la bomba y el motor hidráulico de 15 ... 20 m.

Arroz. Esquemas de transmisión para vehículos con transmisión hidrostática o eléctrica:
a - cuando se utilizan ruedas motrices; b - cuando se utiliza un eje motriz; H - bomba; GM - motor hidráulico; G - generador; EM - motor eléctrico

Actualmente, las transmisiones hidrostáticas se utilizan en vehículos anfibios pequeños, como Jigger y Mule, en vehículos con semirremolques activos, en pequeñas series de camiones volquete de servicio pesado (peso bruto de hasta 50 toneladas) y en autobuses urbanos experimentales.

El uso generalizado de transmisiones hidrostáticas está limitado principalmente por su alto costo y su eficiencia insuficientemente alta (alrededor del 80 ... 85%).

Arroz. Esquemas de máquinas hidráulicas de accionamiento hidráulico volumétrico:
a - pistón radial; b - pistón axial; e - excentricidad; y - el ángulo de inclinación del bloque

De toda la variedad de máquinas hidráulicas volumétricas: tornillo, engranaje, hoja (compuerta), pistón - para transmisiones hidrostáticas automotrices, se utilizan principalmente máquinas hidráulicas de pistón radial (Fig. a) y pistón axial (Fig. b). Permiten el uso de alta presión de trabajo (40…50 MPa) y pueden ser regulables. El cambio en el suministro (tasa de flujo) del líquido se proporciona para máquinas hidráulicas de pistones radiales cambiando la excentricidad e, para máquinas hidráulicas de pistones axiales, el ángulo y.

Las pérdidas en las máquinas hidráulicas volumétricas se dividen en volumétricas (fugas) y mecánicas, estas últimas incluyen también las pérdidas hidráulicas. Las pérdidas en la tubería se dividen en pérdidas por fricción (son proporcionales a la longitud de la tubería y al cuadrado de la velocidad del fluido en flujo turbulento) y locales (expansión, contracción, giro del flujo).

La transmisión hidrostática aún no se ha utilizado en automóviles de pasajeros porque es costosa y su eficiencia es relativamente baja. La mayoría de las veces se usa en máquinas y vehículos especiales. Al mismo tiempo, el accionamiento hidrostático tiene muchas posibilidades de aplicación; es particularmente adecuado para la transmisión controlada electrónicamente.

El principio de la transmisión hidrostática es que una fuente de energía mecánica, como un motor de combustión interna, impulsa una bomba hidráulica que suministra aceite a un motor hidráulico de tracción. Ambos grupos están interconectados por una tubería de alta presión, en particular, flexible. Esto simplifica el diseño de la máquina, no es necesario utilizar muchos engranajes, bisagras, ejes, ya que ambos grupos de unidades se pueden ubicar de forma independiente entre sí. La potencia de accionamiento está determinada por el volumen de la bomba hidráulica y el motor hidráulico. El cambio de relación de transmisión en el accionamiento hidrostático es continuo, su inversión y bloqueo hidráulico son muy simples.

A diferencia de una transmisión hidromecánica, donde la conexión entre el grupo de tracción y el convertidor de torque es rígida, en una transmisión hidrostática, las fuerzas se transmiten solo a través de un líquido.

Como ejemplo del funcionamiento de ambas transmisiones, considere mover un automóvil con ellas a través de un pliegue del terreno (dique). Al ingresar a la presa, se produce un automóvil con transmisión hidromecánica, como resultado de lo cual, a una velocidad constante, la velocidad del automóvil disminuye. Al descender desde la parte superior de la presa, el motor comienza a actuar como freno, pero la dirección de deslizamiento del convertidor de par se invierte y, dado que el convertidor de par tiene malas propiedades de frenado en esta dirección de deslizamiento, el vehículo acelera.

En una transmisión hidrostática, al descender desde la parte superior de la presa, el motor hidráulico actúa como una bomba y el aceite se queda en la tubería que conecta el motor hidráulico con la bomba. La conexión de ambos grupos motrices se produce a través de un fluido a presión, que tiene el mismo grado de rigidez que la elasticidad de los ejes, embragues y engranajes en una transmisión mecánica convencional. Por tanto, no habrá aceleración del coche al descender de la presa. La transmisión hidrostática es especialmente adecuada para vehículos todoterreno.

El principio del accionamiento hidrostático se muestra en la fig. 1. El accionamiento de la bomba hidráulica 3 del motor de combustión interna se realiza a través del eje 1 y el plato oscilante, y el regulador 2 controla el ángulo de inclinación de esta arandela, que cambia el suministro de fluido por parte de la bomba hidráulica. En el caso mostrado en la Fig. 1, la arandela está instalada de forma rígida y perpendicular al eje del eje 1 y en su lugar, la carcasa de la bomba 3 en la carcasa 4 está inclinada. El aceite se suministra desde la bomba hidráulica a través de la tubería 6 al motor hidráulico 5, que tiene un volumen constante, y desde allí regresa nuevamente a través de la tubería 7 a la bomba.

Si la bomba hidráulica 3 está ubicada coaxialmente con el eje 1, entonces el suministro de aceite a ellos es igual a cero y el motor hidráulico está bloqueado en este caso. Si la bomba está inclinada hacia abajo, entonces suministra aceite en la tubería 7 y regresa a la bomba a través de la tubería 6. Con una velocidad de eje constante 1 proporcionada, por ejemplo, por un regulador diésel, la velocidad y la dirección del vehículo se controlan con una sola manija del regulador.

En una transmisión hidrostática, se pueden usar varios esquemas de control:

• la bomba y el motor tienen volúmenes no regulados. En este caso, estamos hablando de un "eje hidráulico", la relación de transmisión es constante y depende de la relación de los volúmenes de la bomba y el motor. Tal transmisión para uso en un automóvil es inaceptable;
• la bomba tiene un ajustable, y el motor tiene un volumen no regulado. Este método se usa con mayor frecuencia en vehículos, ya que proporciona una amplia gama de regulación con un diseño relativamente simple;
• la bomba tiene un no regulado, y el motor tiene un volumen ajustable. Este esquema es inaceptable para conducir un automóvil, ya que no puede usarse para frenar el automóvil a través de la transmisión;
• la bomba y el motor tienen volúmenes ajustables. Tal esquema proporciona las mejores posibilidades de control, pero es bastante complejo.

El uso de la transmisión hidrostática le permite ajustar la potencia de salida hasta que se detenga el eje de salida. En este caso, incluso en una bajada pronunciada, puede detener el automóvil moviendo la perilla del regulador a la posición cero. En este caso, la transmisión se bloquea hidráulicamente y no es necesario aplicar los frenos. Para mover el automóvil, simplemente mueva la manija hacia adelante o hacia atrás. Si se utilizan varios motores hidráulicos en la transmisión, entonces, mediante su regulación adecuada, es posible lograr la implementación de la operación diferencial o su bloqueo.

Una transmisión hidrostática carece de una serie de unidades, por ejemplo, caja de cambios, embrague, ejes cardán con bisagras, engranaje principal, etc. Esto es beneficioso desde el punto de vista de reducir el peso y el costo del automóvil y compensa el alto costo de equipo hidráulico. Todo lo anterior, en primer lugar, se refiere a vehículos especiales y medios tecnológicos. Al mismo tiempo, en términos de ahorro de energía, la transmisión hidrostática tiene grandes ventajas, por ejemplo, en aplicaciones de autobuses.

Ya hemos mencionado anteriormente la viabilidad del almacenamiento de energía y la ganancia de energía resultante cuando el motor funciona a una velocidad constante en la zona óptima de su característica y su velocidad no cambia al cambiar de marcha o cambiar la velocidad del vehículo. También se observó que las masas giratorias conectadas a las ruedas motrices deberían ser lo más pequeñas posible. También hablaron sobre las ventajas de una conducción híbrida, cuando se utiliza la máxima potencia del motor durante la aceleración, así como la energía almacenada en la batería. Todas estas ventajas se pueden implementar fácilmente en un accionamiento hidrostático si se coloca un acumulador de alta presión en su sistema.

Un diagrama de tal sistema se muestra en la fig. 2. Impulsada por el motor 1, la bomba de desplazamiento fijo 2 suministra aceite al acumulador 3. Si el acumulador está lleno, el regulador de presión 4 envía un impulso al regulador electrónico 5 para detener el motor. Desde el acumulador, el aceite a presión se suministra a través del dispositivo de control central 6 al motor hidráulico 7 y se descarga en el tanque de aceite 8, desde donde la bomba lo toma nuevamente. La batería tiene una rama 9 diseñada para alimentar equipos adicionales del vehículo.

En una transmisión hidrostática, la dirección inversa del flujo de fluido se puede usar para frenar el vehículo. En este caso, el motor hidráulico toma aceite del depósito y lo suministra a presión al acumulador. De esta manera, la energía de frenado se puede almacenar para su uso posterior. La desventaja de todas las baterías es que cualquiera de ellas (líquida, inercial o eléctrica) tiene una capacidad limitada, y si la batería está cargada, ya no puede almacenar energía, y su exceso debe ser volcado (por ejemplo, convertido en calor). de la misma forma que en un coche sin almacenamiento de energía. En el caso de un accionamiento hidrostático, este problema se resuelve utilizando una válvula reductora de presión 10 que, cuando el acumulador está lleno, desvía el aceite hacia el tanque.

En los autobuses lanzadera urbanos, gracias a la acumulación de energía de frenado y la posibilidad de cargar un acumulador de líquido durante las paradas, se podría ajustar el motor a una potencia menor y al mismo tiempo conseguir que se mantengan las aceleraciones necesarias cuando el autobús acelera. Tal esquema de conducción hace posible implementar económicamente el movimiento en el ciclo urbano, descrito anteriormente y mostrado en la Fig. 6 en el artículo.

La transmisión hidrostática se puede combinar convenientemente con engranajes convencionales. Como ejemplo, considere la transmisión combinada de un automóvil. En la fig. 3 muestra un diagrama de tal transmisión desde el volante del motor 1 a la caja de cambios de transmisión final 2. El par se aplica a través de engranajes rectos 3 y 4 a una bomba de pistón 6 con un volumen constante. La relación de transmisión del engranaje cilíndrico corresponde a los engranajes IV-V de una caja de cambios manual convencional. Al girar, la bomba comienza a suministrar aceite al motor hidráulico de tracción 9 con un volumen ajustable. El plato oscilante 7 del motor hidráulico está conectado a la tapa 8 de la carcasa de la transmisión, y la carcasa del motor hidráulico 9 está conectada al eje de transmisión 5 de la transmisión final 2 .

Cuando el automóvil acelera, la arandela del motor hidráulico tiene el mayor ángulo de inclinación y el aceite bombeado por la bomba crea un gran momento en el eje. Además, el momento reactivo de la bomba también actúa sobre el eje. A medida que el automóvil acelera, la pendiente de la arandela disminuye, por lo tanto, el torque de la carcasa del motor hidráulico en el eje también disminuye, sin embargo, aumenta la presión del aceite suministrado por la bomba y, en consecuencia, el momento reactivo de esta bomba también aumenta

Cuando el ángulo de inclinación de la arandela disminuye a 0°, la bomba se bloquea hidráulicamente y la transmisión de par del volante al engranaje principal se realizará únicamente por un par de engranajes; la transmisión hidrostática se desactivará. Esto mejora la eficiencia de toda la transmisión, ya que el motor hidráulico y la bomba se desactivan y giran en una posición bloqueada con el eje, con una eficiencia de uno. Además, desaparecen el desgaste y el ruido de las unidades hidráulicas. Este ejemplo es uno de los muchos que muestran las posibilidades de usar una transmisión hidrostática. La masa y las dimensiones de la transmisión hidrostática están determinadas por la presión máxima del fluido, que ahora ha alcanzado los 50 MPa.

Muchas máquinas y mecanismos modernos utilizan una nueva transmisión hidrostática. Sin duda, se instala en modelos de mini tractores más caros y, dado que no es necesario cambiar de marcha, se puede llamar automático.

Tal transmisión se diferencia de una transmisión manual en que no tiene engranajes, sino que utiliza un equipo hidráulico, que consta de una bomba hidráulica y un motor hidráulico de desplazamiento variable.

Tal transmisión está controlada por un pedal, y el embrague en dicho tractor sirve para encender el eje de toma de fuerza. Antes de arrancar el motor, verifique el freno presionándolo, luego presione el embrague y coloque la toma de fuerza en punto muerto. Después de eso, gire la llave y arranque el tractor.

La dirección del movimiento se invierte, coloque la palanca de marcha atrás en la posición de avance, presione el pedal del acelerador y vámonos. Cuanto más pisamos el pedal, más rápido vamos. Si suelta el pedal, el tractor se detiene. Si la velocidad no es suficiente, entonces es necesario aumentar el gas con una palanca especial.

transmisiones hidrostáticas

Durante las dos primeras décadas de la industria automotriz, se propusieron varias transmisiones hidráulicas en las que el fluido a presión de una bomba impulsada por un motor fluye a través de un motor hidráulico. Como resultado del movimiento bajo la acción del líquido de los cuerpos de trabajo del motor hidráulico, se suministra energía a su eje. El fluido, por supuesto, lleva una cierta cantidad de energía cinética, sin embargo, dado que sale del motor hidráulico a la misma velocidad con la que entra, la cantidad de energía cinética no cambia y, por lo tanto, no participa en el transferencia de poder

Un poco más tarde, apareció otro tipo de transmisión hidráulica, en la que ambos elementos giratorios se colocan en un cárter: tanto la rueda de la bomba, que pone el fluido en movimiento, como la turbina, en cuyas palas golpea el fluido en movimiento. En tales transmisiones, el fluido sale de los canales entre los álabes seguidores a una velocidad absoluta mucho más lenta que la que entra, y la potencia se transfiere a través del fluido en forma de energía cinética.

Así, se deben distinguir dos tipos de transmisiones hidráulicas: transmisiones hidrostáticas o volumétricas, en las que la energía se transfiere por la presión del fluido que actúa sobre pistones o álabes en movimiento, y transmisiones hidrodinámicas, en las que la energía se transfiere al aumentar la velocidad absoluta del fluido en el rueda de la bomba y la reducción de la velocidad absoluta en la turbina

La transmisión de movimiento o potencia por medio de la presión de un fluido se ha utilizado con gran éxito en varios campos. Un ejemplo de la aplicación exitosa de tales engranajes son los sistemas hidráulicos de las máquinas herramienta modernas. Otros ejemplos son los mecanismos de dirección hidráulica de los barcos y el control de las torretas de los cañones de los barcos de guerra. Desde el punto de vista de la aplicación en automóviles, la propiedad más ventajosa de una transmisión hidrostática es la posibilidad de un cambio continuo en la relación de transmisión. Para esto, solo se necesita una bomba, en la que el volumen descrito por los pistones en una revolución del eje puede cambiar suavemente durante el funcionamiento. Otra ventaja de la transmisión hidrostática es la facilidad de conseguir la marcha atrás. En la mayoría de los diseños, mover el control más allá de la posición de velocidad cero y la relación de transmisión al infinito provoca la rotación inversa a velocidades progresivamente más rápidas.

El uso del aceite como fluido de trabajo. En la traducción, el término "hidráulico" significa el uso de agua como fluido de trabajo. Sin embargo, en la práctica, el uso de este término suele significar el uso de cualquier fluido para la transmisión de movimiento o potencia. Los aceites minerales se utilizan en transmisiones hidráulicas de todo tipo, ya que protegen el mecanismo de la corrosión y al mismo tiempo proporcionan lubricación. Generalmente se utilizan aceites de baja viscosidad, ya que las pérdidas internas aumentan al aumentar la viscosidad. Sin embargo, cuanto menor es la viscosidad, más difícil es evitar la fuga del fluido de trabajo.

El uso de transmisiones hidrostáticas en automóviles nunca abandonó la etapa experimental. Sin embargo, se han realizado algunos avances en el uso de estas transmisiones en el transporte ferroviario. En una exposición de vehículos en la ciudad alemana de Seddin, celebrada a mediados de los años 20, se instalaron transmisiones hidráulicas en siete de las ocho locomotoras diésel de maniobras expuestas. Estos engranajes son muy fáciles de manejar. Dado que le permiten obtener cualquier relación de transmisión, el motor siempre puede funcionar con el número de revoluciones por minuto, que corresponde a la mayor eficiencia.

Una de las graves deficiencias que impiden el uso de transmisiones hidrostáticas en automóviles es la dependencia de su eficiencia de la velocidad. Se han publicado datos en la literatura, según los cuales la eficiencia máxima de tales transmisiones alcanza el 80%, lo cual es bastante aceptable. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la máxima eficiencia siempre se logra a bajas velocidades de funcionamiento.

Dependencia de la eficiencia en la velocidad. En las transmisiones hidrostáticas se presenta un flujo de fluido turbulento, y en el movimiento turbulento las pérdidas (generación de calor) son directamente proporcionales a la tercera potencia de la velocidad, mientras que la potencia transmitida por transmisión hidrostática varía en proporción directa a la velocidad del flujo. Por lo tanto, a medida que aumenta el caudal, la eficiencia cae rápidamente. La mayoría de los datos conocidos sobre la eficiencia de las transmisiones hidrostáticas se relacionan con velocidades de rotación muy por debajo de 1000 rpm (típicamente 500-700 rpm); sin embargo, si dichos engranajes se utilizan para trabajar con un motor cuya velocidad normal de rotación del cigüeñal es superior a 2000 rpm, entonces la eficiencia será inaceptablemente baja. Por supuesto, se puede instalar un reductor de engranajes entre el motor y la bomba de transmisión hidrostática. Sin embargo, esto complicaría la transmisión en una unidad más, y la bomba de baja velocidad y el motor hidráulico serían innecesariamente pesados. Otro inconveniente es el uso de altas presiones en las transmisiones hidrostáticas, llegando hasta los 140 kg!cm2, a las que, naturalmente, es muy difícil evitar la fuga del fluido de trabajo. Además, todas las partes sujetas a tales presiones deben ser muy fuertes.

Las transmisiones hidrostáticas no han ganado popularidad en los automóviles, no porque no hayan recibido suficiente atención. Varias empresas americanas y europeas, que contaban con suficientes recursos técnicos y financieros, se dedicaron a la creación de transmisiones hidrostáticas, en la mayoría de los casos con la intención de utilizar esta transmisión en automóviles. Sin embargo, hasta donde el autor sabe, los camiones con transmisiones hidrostáticas nunca entraron en producción. Donde las empresas han estado produciendo transmisiones hidrostáticas durante algún tiempo, han encontrado un mercado para ellas en otras industrias donde no se requieren altas velocidades y pesos bajos. Se han propuesto varios diseños ingeniosos de transmisión hidrostática, dos de los cuales se describen a continuación.

Transferencia varonil. Una de las primeras transmisiones hidrostáticas automotrices fabricadas en los EE. UU. es la transmisión Manly. Fue inventado por Charles Manley, socio del pionero aeronáutico Langley y presidente de la Sociedad de Ingenieros Automotrices Estadounidenses. La transmisión constaba de una bomba de pistones radiales de carrera variable de cinco cilindros y un motor hidráulico de pistones radiales de carrera fija de cinco cilindros; La bomba estaba conectada al motor hidráulico por dos tuberías. Cuando se cambió la dirección de rotación, la tubería de descarga se convirtió en succión y viceversa; cuando la carrera del pistón de la bomba se redujo a cero, el motor hidráulico actuó como freno. Para evitar daños en el mecanismo por exceso de presión, se utilizó una válvula de seguridad, que abría a una presión de 140 kg/cm2.

Una sección longitudinal de la transmisión Manly se muestra en la fig. 1. La bomba y el motor hidráulico se ubicaron coaxialmente uno al lado del otro, formando una sola unidad compacta. A la izquierda hay una sección de uno de los cilindros de la bomba. El espacio entre el pistón y el cilindro era muy pequeño y los pistones no tenían juntas tóricas. Las cabezas inferiores de las bielas no cubrían la manivela, sino que tenían forma de sectores y estaban sujetas por dos anillos situados a ambos lados de la cabeza de la biela. El cambio de carrera de los pistones de la bomba se realizó mediante excéntricas montadas en el cigüeñal. Durante la operación de la unidad, el cigüeñal y las excéntricas permanecieron estacionarias, y el bloque de cilindros giró alrededor del eje de las excéntricas E. La figura muestra el mecanismo en una posición correspondiente a la carrera máxima del pistón, igual a la suma del radio de la manivela y la excentricidad de su excéntrica; los cilindros giran alrededor del eje E y los pistones de la bomba alrededor del eje P. Para reducir la carrera de los pistones, la excéntrica gira alrededor del eje E en una dirección y la manivela gira alrededor del eje en la dirección opuesta; gracias a esto, la posición angular de la manivela permanece sin cambios y el mecanismo de sincronización continúa funcionando como antes. El manejo se lleva a cabo con la ayuda de dos ruedas helicoidales montadas en una excéntrica, una de las cuales se planta libremente, la segunda es fija. La rueda helicoidal asentada holgadamente está conectada al cigüeñal por medio de un engranaje montado en el cigüeñal, que engrana con los dientes internos realizados en la rueda helicoidal. Las ruedas helicoidales están acopladas con gusanos conectados entre sí por dos engranajes cilíndricos. Así, los tornillos sinfín siempre giran en direcciones opuestas, y la transmisión se diseñó de modo que los movimientos angulares de la excéntrica y la manivela fueran iguales en valor absoluto y de dirección opuesta. Si la excéntrica y la manivela se giran en un ángulo de 90°, entonces la carrera de los pistones de la bomba se vuelve igual a cero. La excéntrica de sincronización se fijó a 90° con respecto al brazo del cigüeñal. Un motor hidráulico difiere de una bomba solo en que no tiene un mecanismo para cambiar la carrera del pistón. Tanto la bomba como el motor hidráulico tienen válvulas de carrete controladas por excéntricas.

Arroz. 1. Transmisión hidrostática Manly:
1 - bomba; 2 - motor hidráulico.

Arroz. 2. Manly control de transmisión excéntrica.

Transmisión Manly, diseñada para uso en un camión de 5 g con un motor de gasolina de 24 hp. Con. a 1200 rpm, tenía una bomba con cilindros de 62,5 mm de diámetro y una carrera máxima de pistón de 38 mm. La bomba funcionaba con dos motores hidráulicos (uno para cada rueda motriz). Con un volumen de trabajo de una bomba de cinco cilindros igual a 604 cm3 para una transmisión de 24 litros. Con. a 1200 rpm, en la carrera máxima de los pistones, se requería una presión de 14 kg/cm2. Al probar la transmisión Manly en el laboratorio, se encontró que la eficiencia máxima se produjo a las 740 rpm del eje de la bomba y fue del 90,9 %. Con un aumento adicional en la velocidad de rotación, la eficiencia se redujo drásticamente y ya a 760 rpm era solo del 81,6 %.

Arroz. 3. Transmisión hidrostática Jenney.

Transmisión por Jenny. La transmisión Jenney ha sido construida durante mucho tiempo por Waterbury Tool Company para varias industrias; en particular, también se instaló en camiones, automotores y locomotoras diésel. Esta transmisión consta de una bomba de pistón multicilíndrica con plato oscilante y carrera variable y el mismo motor hidráulico, pero con una carrera de pistón constante. La sección longitudinal de la unidad se muestra en la Fig. 144. La diferencia en la disposición de una bomba y un motor hidráulico radica solo en el hecho de que en el primero la inclinación del plato oscilante puede cambiar, pero en el segundo no. Los ejes de la bomba y del motor sobresalen de un extremo cada uno. Cada eje está soportado por un cojinete liso en el cárter y un cojinete de rodillos en la placa distribuidora. Unido al extremo interior de cada eje hay un bloque de cilindros que tiene nueve orificios que forman cilindros. Los ejes de estos cilindros son paralelos al eje de rotación y están a la misma distancia de él. A medida que giran los bloques de cilindros, las culatas se deslizan sobre la placa distribuidora. Los agujeros en la cabeza de cada cilindro se comunican periódicamente con una de las dos ventanas en la placa distribuidora, hechas en un arco de círculo; de esta manera se realiza el suministro y descarga del fluido de trabajo. La longitud de cada ventana a lo largo del arco es de unos 125 °, y dado que la comunicación del cilindro con el canal en la placa comienza desde el momento en que el orificio en la culata comienza a coincidir con la ventana, y continúa hasta la ventana en la placa está bloqueada por el borde del agujero, entonces la fase de apertura es de unos 180°.

Los resortes montados en los ejes sirven para presionar los bloques de cilindros contra la placa distribuidora en un momento en que no se transfiere la carga. Al transferir una carga, el contacto lo proporciona la presión del fluido. Los bloques de cilindros están montados en ejes de tal manera que pueden deslizarse y tambalearse ligeramente sobre ellos. Esto asegura que el bloque de cilindros encaje perfectamente contra la placa distribuidora, incluso con algunas imprecisiones de fabricación, así como en caso de desgaste.

La holgura entre el pistón y el cilindro es de 0,025 mm y los pistones no tienen ningún dispositivo de sellado. Cada pistón está conectado al anillo giratorio por medio de una biela con cabezas esféricas. El cuerpo de la biela tiene un orificio longitudinal y también se hace un orificio en la parte inferior de cada pistón. Por lo tanto, los extremos de la biela se lubrican con aceite del flujo de fluido principal y la presión bajo la cual se suministra el aceite a las superficies de apoyo es proporcional a la carga. Cada wobbler está conectado a los ejes mediante juntas cardánicas de tal manera que, cuando gira con el eje, su plano de rotación puede formar cualquier ángulo con el eje del eje. En la bomba, el ángulo del plato oscilante se puede cambiar de 0 a 20° en cualquier dirección. Esto se logra por medio de un mango de control conectado a una carcasa de cojinete giratoria. En el motor hidráulico, el asiento del cojinete está unido rígidamente al cárter en un ángulo de 20°.

En los casos en que el plato oscilante esté en ángulo recto con el eje, cuando el bloque de cilindros gire, los pistones no se moverán en los cilindros; por lo tanto, no habrá suministro de aceite. Pero tan pronto como se cambie el ángulo entre el plato oscilante y el eje del eje, los pistones comenzarán a moverse en los cilindros. Durante media vuelta, el aceite es succionado hacia el interior del cilindro a través de un orificio en la placa distribuidora; durante la segunda mitad de la revolución, se bombea aceite a través del puerto de inyección en la placa distribuidora.

El aceite presurizado al motor hidráulico hace que los pistones del motor hidráulico se muevan, y las fuerzas que actúan sobre el plato oscilante a través de las bielas hacen que el bloque de cilindros y su eje giren. En caso de que el ángulo de inclinación del plato oscilante de la bomba sea igual al ángulo de inclinación del plato oscilante, el motor hidráulico de esta última girará a la misma velocidad que el eje de la bomba; Se puede reducir la velocidad de rotación del eje del motor hidráulico reduciendo el ángulo entre el plato oscilante de la bomba y el eje.

En una transmisión construida para un automotor con un motor de 150 hp, por ejemplo, la eficiencia con una carga del 25 % y la velocidad de rotación máxima fue del 65 %, y con la carga máxima, del 82 %. Este tipo de transmisión tiene un peso considerable; la unidad dada como ejemplo tenía una gravedad específica de 11,3 kg por 1 litro. Con. potencia transmitida.

A Categoría: - Embragues de coche

El principio de funcionamiento de las transmisiones hidrostáticas (HST) es simple: una bomba conectada al motor primario crea un flujo para impulsar un motor hidráulico que está conectado a la carga. Si los volúmenes de la bomba y el motor son constantes, el HTS simplemente actúa como una caja de engranajes para transferir potencia desde el motor principal a la carga. Sin embargo, la mayoría de las transmisiones hidrostáticas utilizan bombas de desplazamiento variable o motores de desplazamiento variable, o ambos, para poder ajustar la velocidad, el par o la potencia.

Dependiendo de la configuración, la transmisión hidrostática puede controlar la carga en dos direcciones (hacia adelante y hacia atrás) con un cambio de velocidad continuo entre los dos máximos a una velocidad óptima constante del motor principal.

GTS ofrece muchas ventajas importantes sobre otras formas de transmisión de energía.

Dependiendo de la configuración, la transmisión hidrostática tiene las siguientes ventajas:

• transmisión de alta potencia en pequeñas dimensiones
  • pequeña inercia
  • Funciona eficazmente en una amplia gama de relaciones de par a velocidad.
  • mantiene el control de velocidad (incluso al dar marcha atrás) independientemente de la carga, dentro de los límites de diseño
  • Mantiene con precisión la velocidad establecida bajo cargas de frenado y de paso
  • puede transferir energía de un motor principal a diferentes ubicaciones, incluso si su posición y orientación cambian
  • puede manejar carga completa sin daño y con poca pérdida de potencia.
  • Velocidad cero sin bloqueo adicional
  • Proporciona una respuesta más rápida que la transmisión manual o electromecánica.
  Hay dos tipos estructurales de transmisión hidrostática: integrada y separada. El tipo separado se usa con mayor frecuencia, ya que le permite transferir energía a largas distancias y a lugares de difícil acceso. En este tipo, la bomba está conectada al motor primario, el motor está conectado a la carga y la bomba y el motor están conectados por tuberías o mangueras de alta presión, fig. 2.
  

  

  Figura 2
  Cualquiera que sea la tarea, las transmisiones hidrostáticas deben diseñarse para una combinación óptima entre el motor y la carga. Esto permite que el motor funcione a la velocidad más eficiente y que el GTS coincida con las condiciones de funcionamiento. Cuanto mejor sea la coincidencia entre las características de entrada y salida, más eficiente será todo el sistema.

  En última instancia, un sistema hidrostático debe diseñarse para lograr un equilibrio entre eficiencia y productividad. Una máquina diseñada para la máxima eficiencia (alta eficiencia) tiende a tener una respuesta lenta que reduce la productividad. Por otro lado, una máquina con una respuesta rápida suele tener una menor eficiencia, ya que la reserva de energía está disponible en cualquier momento, incluso cuando no hay una necesidad inmediata de trabajo.

  Cuatro tipos funcionales de transmisiones hidrostáticas.

  Los tipos funcionales de HTS difieren en las combinaciones de bomba y motor ajustables o no regulados, lo que determina su rendimiento.
  La forma más simple de transmisión hidrostática utiliza una bomba y un motor de desplazamiento fijo (Figura 3a). Aunque este GTS es económico, no se usa debido a su baja eficiencia. Dado que el desplazamiento de la bomba es fijo, debe calcularse para accionar el motor a la velocidad máxima establecida a plena carga. Cuando no se requiere la velocidad máxima, parte del fluido de trabajo de la bomba pasa a través de la válvula de alivio, convirtiendo la energía en calor.

  

  Fig. 3

  El uso de una bomba de caudal variable y un motor de caudal fijo en una transmisión hidrostática puede proporcionar una transmisión de par constante (fig. 3b). El par de salida es constante a cualquier velocidad, ya que depende únicamente de la presión del fluido y el desplazamiento del motor. Al aumentar o disminuir el flujo de la bomba, aumenta o disminuye la velocidad del motor hidráulico y, por lo tanto, la potencia de accionamiento, mientras que el par permanece constante.

  Un HTS con una bomba de caudal constante y un motor hidráulico variable proporciona una transmisión de potencia constante (Fig. 3c). Dado que la cantidad de flujo que ingresa al motor hidráulico es constante y el volumen del motor hidráulico varía para mantener la velocidad y el par, la potencia transmitida es constante. La reducción del volumen del motor hidráulico aumenta la velocidad de rotación, pero reduce el par y viceversa.

  La transmisión hidrostática más versátil es la combinación de una bomba de caudal variable y un motor hidráulico de caudal variable (Figura 3d). Teóricamente, este circuito proporciona proporciones infinitas de par y velocidad a potencia. Con el motor hidráulico al máximo volumen, cambiando la potencia de la bomba, ajuste directamente la velocidad y la potencia mientras el par permanece constante. Reduciendo el volumen del motor hidráulico a pleno caudal de la bomba aumenta la velocidad del motor al máximo; el par varía inversamente con la velocidad, la potencia permanece constante.

  Las curvas de la fig. 3d ilustran dos rangos de ajuste. En el rango 1, el volumen del motor hidráulico se establece al máximo; el volumen de la bomba aumenta de cero al máximo. El par permanece constante a medida que aumenta el volumen de la bomba, pero aumentan la potencia y la velocidad.

  La banda 2 arranca cuando la bomba alcanza su desplazamiento máximo, que se mantiene constante mientras se reduce el desplazamiento del motor. En este rango, el par disminuye a medida que aumenta la velocidad, pero la potencia permanece constante. (En teoría, la velocidad de un motor hidráulico se puede aumentar hasta el infinito, pero desde un punto de vista práctico, está limitada por la dinámica).

  Ejemplo de aplicación

  Suponga que se debe lograr un par de motor hidráulico de 50 Nm a 900 rpm con un HTS de cilindrada fija.

  La potencia requerida se determina a partir de:
  PAG = T × N / 9550

  Donde:
  P - potencia en kW
  T - par N * m,
  N es la velocidad de rotación en revoluciones por minuto.

  Por lo tanto, P \u003d 50 * 900 / 9550 \u003d 4,7 kW

  Si tomamos una bomba con una presión nominal

  100 bar, entonces podemos calcular el caudal:

  Donde:
  Q - caudal en l/min
  p - presión en bar

  Como consecuencia:

  Q= 600*4,7/100=28 l/min.

  Luego seleccionamos un motor hidráulico con un volumen de 31 cm3, que a este ritmo proporcionará una velocidad de aproximadamente 900 rpm.

  Comprobamos según la fórmula del par del motor hidráulico index.pl?act=PRODUCT&id=495
  
  

  

  
  La figura 3 muestra las características de potencia/par/velocidad de la bomba y el motor, suponiendo que la bomba funciona a un caudal constante.

  El caudal de la bomba es máximo a la velocidad nominal y la bomba entrega todo el aceite al motor hidráulico a una velocidad constante de este último. Pero la inercia de la carga hace imposible acelerar instantáneamente a la velocidad máxima, por lo que parte del flujo de la bomba se drena a través de la válvula de alivio. (La Figura 3a ilustra la pérdida de potencia durante la aceleración). A medida que el motor acelera, más flujo de la bomba ingresa al motor y menos aceite escapa a través de la válvula de alivio. A la velocidad nominal, todo el aceite pasa por el motor.

  El torque es constante porque determinado por el ajuste de la válvula de seguridad, que no cambia. La pérdida de potencia en la válvula de seguridad es la diferencia entre la potencia desarrollada por la bomba y la potencia que llega al motor hidráulico.

  El área bajo esta curva representa la potencia perdida cuando comienza o finaliza el movimiento. También muestra baja eficiencia para cualquier velocidad de operación por debajo del máximo. Las transmisiones hidrostáticas de desplazamiento fijo no se recomiendan en transmisiones que requieren arranques y paradas frecuentes, o donde a menudo no se necesita el par completo.

  Relación par/velocidad

  Teóricamente, la potencia máxima transmitida por una transmisión hidrostática está determinada por el caudal y la presión.

  Sin embargo, en transmisiones con potencia de salida constante (bomba no variable y motor de desplazamiento variable), la potencia teórica se divide por la relación par/velocidad, que determina la potencia de salida. La potencia de transmisión más alta está determinada por la tasa de salida mínima a la que debe transmitirse esta potencia.

  

  Figura 4

  Por ejemplo, si la velocidad mínima representada por el punto A en la curva de potencia en la Fig. 4 es la mitad de la potencia máxima (y el momento de fuerza es máximo), entonces la relación momento - velocidad es 2: 1. La potencia máxima que se puede transmitir es la mitad de la máxima teórica.

  A menos de la mitad de la velocidad máxima, el par permanece constante (en su valor máximo), pero la potencia disminuye en proporción a la velocidad. La velocidad en el punto A es la velocidad crítica y está determinada por la dinámica de los componentes de la transmisión hidrostática. Por debajo de la velocidad crítica, la potencia disminuye linealmente (con par constante) hasta cero a cero rpm. Por encima de la velocidad crítica, el par disminuye a medida que aumenta la velocidad, proporcionando una potencia constante.

  Diseño de una transmisión hidrostática cerrada.
  
  En las descripciones de transmisiones hidrostáticas cerradas en la fig. 3 nos enfocamos solo en los parámetros. En la práctica, se deberían prever funciones adicionales en el GTS.

  Componentes adicionales en el lado de la bomba.

  Considere, por ejemplo, un HTS de par constante, que se usa más comúnmente en sistemas de dirección asistida con una bomba variable y un motor hidráulico no variable (Fig. 5a). Dado que el circuito está cerrado, las fugas de la bomba y el motor se recogen en una línea de drenaje (Fig. 5b). La corriente de drenaje combinada fluye a través del enfriador de aceite hacia el tanque. Se recomienda instalar un enfriador de aceite en una transmisión hidrostática a una potencia de más de 40 hp.
  Uno de los componentes más importantes en una transmisión hidrostática cerrada es la bomba de refuerzo. Esta bomba suele estar integrada en la principal, pero se puede instalar por separado y dar servicio a un grupo de bombas.
  Independientemente de la ubicación, la bomba de refuerzo realiza dos funciones. En primer lugar, evita la cavitación de la bomba principal al compensar las fugas de líquido de la bomba y el motor. En segundo lugar, proporciona la presión de aceite requerida por los mecanismos de control de desplazamiento del disco.
  En la fig. 5c muestra la válvula de alivio A que limita la presión de la bomba de refuerzo, que normalmente es de 15 a 20 bar. Las válvulas de retención B y C instaladas una frente a la otra proporcionan una conexión entre la línea de succión de la bomba de relleno y la línea de baja presión.

  

  Arroz. cinco

  Componentes adicionales en el lado del motor hidráulico.

  Un HTS típico de tipo cerrado también debe incluir dos válvulas de seguridad (D y E en la Fig. 5d). Se pueden incorporar tanto en el motor como en la bomba. Estas válvulas cumplen la función de proteger el sistema de la sobrecarga que se produce durante los cambios bruscos de carga. Estas válvulas también limitan la presión máxima al desviar el flujo de la línea de alta presión a la línea de baja presión, es decir, realizar la misma función que una válvula de seguridad en sistemas abiertos.

  Además de las válvulas de seguridad, el sistema cuenta con una válvula "o" F, que siempre es presostatada para que conecte la línea de baja presión con la válvula de seguridad de baja presión G. La válvula G dirige el exceso de flujo de la bomba de cebado a la carcasa del motor y luego este flujo a través de la línea de drenaje y el intercambiador de calor regresa al tanque. Esto contribuye a un intercambio de aceite más intenso entre el circuito de trabajo y el tanque, enfriando el fluido de trabajo de manera más eficiente.

  Control de cavitación en transmisión hidrostática

  La rigidez en GTS depende de la compresibilidad del fluido y de la idoneidad del sistema de componentes, a saber, tuberías y mangueras. El efecto de estos componentes se puede comparar con el efecto de un acumulador cargado por resorte si estuviera conectado a la línea de descarga a través de una T. Con una carga ligera, el resorte de la batería se comprime un poco; bajo cargas pesadas, la batería está sujeta a una compresión significativamente mayor y contiene más líquido. Este volumen adicional de líquido debe ser suministrado por la bomba de refuerzo.
  El factor crítico es la tasa de acumulación de presión en el sistema. Si la presión aumenta demasiado rápido, la tasa de crecimiento del volumen del lado alto (compresibilidad del flujo) puede exceder la capacidad de la bomba de carga y se produce cavitación en la bomba principal. Es posible que los sistemas con bombas variables y control automático sean los más sensibles a la cavitación. Cuando se produce cavitación en un sistema de este tipo, la presión cae o desaparece por completo. Los controles automáticos pueden intentar responder, dando como resultado un sistema inestable.
  Matemáticamente, la tasa de aumento de presión se puede expresar de la siguiente manera:

  doble penetración/dt =Serqcp/V

  B mi – módulo de volumen efectivo del sistema, kg/cm2

  V es el volumen de líquido en el lado de alta presión cm3

  Qcp - rendimiento de la bomba de refuerzo en cm3 / s

  Supongamos que el HTS en la Fig. 5 está conectado con un tubo de acero de 0,6 m, diámetro 32 mm. Despreciando los volúmenes de la bomba y el motor, V es de aproximadamente 480 cm3. Para aceite en tubería de acero, el módulo aparente efectivo es de aproximadamente 14060 kg/cm2. Suponiendo que la bomba de refuerzo entrega 2 cm3/s, la tasa de aumento de presión es:
  doble penetración/dt= 14060 × 2/480
  = 58 kg/cm2 / seg.
  Ahora considere el efecto de un sistema con 6 m de manguera trenzada de tres hilos de 32 mm. El fabricante de la manguera da datos B mi unos 5906 kg/cm2.

  Como consecuencia:

  doble penetración/dt\u003d 5906 × 2 / 4800 \u003d 2,4 kg/cm2/seg.

  De esto se deduce que un aumento en el rendimiento de la bomba de refuerzo conduce a una disminución en la probabilidad de cavitación. Como alternativa, si las cargas repentinas no son frecuentes, se puede agregar un acumulador hidráulico a la línea de intercambio. De hecho, algunos fabricantes de GTS hacen un puerto para conectar la batería al circuito de intercambio.

  Si la rigidez del GTS es baja y está equipado con control automático, entonces la transmisión siempre debe arrancarse con flujo de bomba cero. Además, la velocidad del mecanismo de inclinación del disco debe limitarse para evitar arranques bruscos, que a su vez pueden provocar picos de presión. Algunos fabricantes de GTS proporcionan orificios de amortiguación para fines de suavizado.

  Por lo tanto, la rigidez del sistema y el control de la tasa de acumulación pueden ser más importantes para determinar el rendimiento de la bomba de cebado que simplemente las fugas internas de la bomba y el motor.

  ______________________________________