Przekładnia hydrauliczna-zespół urządzeń hydraulicznych umożliwiających podłączenie źródła energii mechanicznej (silnika) z elementami wykonawczymi maszyny (koła samochodu, wrzeciono maszyny itp.). Przekładnia hydrauliczna jest również nazywana przekładnią hydrauliczną. Z reguły w przekładni hydraulicznej energia jest przenoszona przez płyn z pompy do silnika hydraulicznego (turbiny).
W prezentowanym filmie jako łącze wyjściowe zastosowano translacyjny silnik hydrauliczny. Przekładnia hydrostatyczna wykorzystuje silnik hydrauliczny o ruchu obrotowym, ale zasada działania nadal opiera się na prawie. W obrotowym napędzie hydrostatycznym dostarczany jest płyn roboczy od pompy do silnika. W takim przypadku, w zależności od objętości roboczej maszyn hydraulicznych, może zmieniać się moment obrotowy i częstotliwość obrotów wałów. Przekładnia hydrauliczna posiada wszystkie zalety napędu hydraulicznego: duża przenoszona moc, możliwość realizacji dużych przełożeń, realizacja bezstopniowej regulacji, możliwość przenoszenia mocy na ruchome, ruchome elementy maszyny.
Metody regulacji w przekładni hydrostatycznej
Regulacja prędkości obrotowej wału wyjściowego w przekładni hydraulicznej może być realizowana poprzez zmianę objętości roboczej pompy (sterowanie objętościowe) lub poprzez zamontowanie przepustnicy lub regulatora przepływu (regulacja przepustnicy równoległa i sekwencyjna). Ilustracja przedstawia przekładnię hydrauliczną z regulacją głośności w zamkniętej pętli.
Przekładnia hydrauliczna w pętli zamkniętej
Przekładnia hydrauliczna może być zrealizowana wg typ zamknięty(obieg zamknięty), w tym przypadku w układzie hydraulicznym nie ma zbiornika hydraulicznego podłączonego do atmosfery.
W układach hydraulicznych typu zamkniętego prędkość obrotową wału można kontrolować, zmieniając objętość roboczą pompy. Najczęściej stosowane jako silniki pomp w przekładniach hydrostatycznych.
Przekładnia hydrauliczna w otwartej pętli
otwarty zwany układem hydraulicznym podłączonym do zbiornika, który komunikuje się z atmosferą, tj. ciśnienie nad swobodną powierzchnią płynu roboczego w zbiorniku jest równe ciśnieniu atmosferycznemu. W przekładniach hydraulicznych typu otwartego istnieje możliwość realizacji regulacji przepustnicy wolumetrycznej, równoległej i sekwencyjnej. Poniższy rysunek przedstawia przekładnię hydrostatyczną w otwartej pętli.
Gdzie stosuje się przekładnie hydrostatyczne?
Przekładnie hydrostatyczne znajdują zastosowanie w maszynach i mechanizmach, w których konieczne jest zrealizowanie przenoszenia dużych mocy, wytworzenie wysokiego momentu obrotowego na wale wyjściowym, przeprowadzenie bezstopniowej regulacji prędkości obrotowej.
Przekładnie hydrostatyczne są szeroko stosowane w sprzęcie mobilnym, drogowo-budowlanym, koparkach, spychaczach, w transporcie kolejowym - w lokomotywach spalinowych i maszynach torowych.
Przekładnia hydrodynamiczna
Przekładnie hydrodynamiczne również wykorzystują turbiny do przenoszenia mocy. Płyn hydrauliczny w przekładniach hydraulicznych jest dostarczany z pompy dynamicznej do turbiny. Najczęściej przekładnia hydrodynamiczna wykorzystuje pompę łopatkową i koła turbiny umieszczone naprzeciw siebie, dzięki czemu płyn przepływa z koła pompy bezpośrednio do koła turbiny, omijając rurociągi. Takie urządzenia, które łączą w sobie koła pompy i turbiny, nazywane są sprzęgłami hydrokinetycznymi i przemiennikami momentu obrotowego, które pomimo pewnych podobnych elementów w konstrukcji mają szereg różnic.
sprzęgło płynowe
przekładnia hydrodynamiczna składająca się z koło pompy i turbiny zainstalowane we wspólnej skrzyni korbowej nazywane są sprzęgło płynowe. Moment na wale wyjściowym sprzęgła hydraulicznego jest równy momentowi na wale wejściowym, to znaczy sprzęgło hydrauliczne nie pozwala na zmianę momentu obrotowego. W przekładni hydraulicznej moc może być przenoszona przez sprzęgło hydrauliczne, które zapewni płynną pracę, płynny wzrost momentu obrotowego i zmniejszenie obciążeń udarowych.
przekładni hydrokinetycznej
Przekładnia hydrodynamiczna, która obejmuje koła pompy, turbiny i reaktora umieszczony w jednej obudowie nazywa się przemiennikiem momentu obrotowego. Dzięki reaktorowi przekładni hydrokinetycznej umożliwia zmianę momentu obrotowego na wale wyjściowym.
Przekładnia hydrodynamiczna w automatycznej skrzyni biegów
Najbardziej znanym przykładem zastosowania przekładni hydraulicznej jest samochodowa automatyczna skrzynia biegów, w którym można zamontować sprzęgło hydrokinetyczne lub przemiennik momentu obrotowego. Ze względu na wyższą sprawność przemiennika momentu obrotowego (w porównaniu ze sprzęgłem hydrokinetycznym) jest on montowany w większości nowoczesnych samochodów z automatyczną skrzynią biegów.
POMPA regulowany SILNIK stały
1 –
zawór bezpieczeństwa pompy wspomagającej; 2 –
zawór zwrotny; 3 – pompa wspomagająca; 4 - siłownik serwo; 5 - wał pompy hydraulicznej;
6 - kołyska; 7 - serwozawór; 8 - dźwignia serwozaworu; 9- filtr; 10 - czołg; 11 - wymiennik ciepła; 12 - hydrauliczny wał silnika; 13 - podkreślenie;
14 –
szpula skrzynki zaworowej; 15 –
zawór przelewowy; 16 –
zawór bezpieczeństwa wysokiego ciśnienia.
Przekładnia hydrostatyczna GTS
Przekładnia hydrostatyczna HST przeznaczona jest do przenoszenia ruchu obrotowego z silnika napędowego na korpusy wykonawcze np. na podwozia maszyn samojezdnych, z bezstopniową regulacją częstotliwości i kierunku obrotów, ze sprawnością bliską jedności. Główny zestaw GST składa się z regulowanej osiowo-tłokowej pompy hydraulicznej oraz nieregulowanego osiowo-tłokowego silnika hydraulicznego. Wał pompy połączony jest mechanicznie z wałem wyjściowym silnika napędowego, wał silnika z siłownikiem. Prędkość wału wyjściowego silnika jest proporcjonalna do kąta wychylenia dźwigni mechanizmu sterującego (serwozaworu).
Sterowanie przekładnią hydrauliczną odbywa się poprzez zmianę prędkości obrotowej silnika napędowego oraz zmianę położenia rączki lub joysticka związanego z dźwignią serwozaworu pompy (mechanicznie, hydraulicznie lub elektrycznie).
Gdy silnik napędowy pracuje, a dźwignia sterująca znajduje się w położeniu neutralnym, wał silnika jest nieruchomy. Po zmianie położenia rękojeści wałek silnika zaczyna się obracać, osiągając maksymalną prędkość przy maksymalnym ugięciu rękojeści. Aby cofnąć, dźwignię należy przesunąć z położenia neutralnego.
Schemat funkcjonalny GTS.
Ogólnie rzecz biorąc, objętościowy napęd hydrauliczny oparty na HST składa się z następujących elementów: zespół pompy hydraulicznej osiowo-tłokowej regulowanej z pompą uzupełniającą i proporcjonalnym mechanizmem sterującym, zespół silnika osiowo-tłokowego nieregulowanego wraz ze skrzynką zaworową, filtr dokładny z wakuometr, zbiornik oleju na ciecze robocze, wymiennik ciepła, rurociągi i węże wysokociśnieniowe (HPR).
Elementy i węzły GTS można podzielić na 4 grupy funkcyjne:
1.
Główny obwód obwodu hydraulicznego HTS. Zadaniem obwodu głównego obwodu hydraulicznego HTS jest przeniesienie przepływu mocy z wału pompy na wał silnika. Obwód główny obejmuje wnęki komór roboczych pompy i silnika oraz przewody wysokiego i niskiego ciśnienia, przez które przepływa czynnik roboczy. Wielkość przepływu płynu roboczego, jego kierunek określają obroty wału pompy i kąt odchylenia dźwigni proporcjonalnego mechanizmu sterującego pompy od położenia neutralnego. Gdy dźwignia odchyla się od położenia neutralnego w jednym lub drugim kierunku, pod działaniem serwocylindrów zmienia się kąt nachylenia tarczy sterującej (kołyski), co określa kierunek przepływu i powoduje odpowiednią zmianę objętości roboczej pompy od zera do wartości bieżącej, przy maksymalnym odchyleniu dźwigni, objętość robocza pompy osiąga swoje wartości maksymalne. Objętość robocza silnika jest stała i równa maksymalnej objętości pompy.
2. Linia ssąca (zasilająca). Powołanie linii ssącej (zasilania):
· - doprowadzenie płynu roboczego do przewodu sterującego;
· - uzupełnienie płynu roboczego obwodu głównego w celu skompensowania wycieków;
· - chłodzenie płynu roboczego obwodu głównego w wyniku uzupełniania płynem ze zbiornika oleju, który przeszedł przez wymiennik ciepła;
· - zapewnienie minimalnego ciśnienia w obwodzie głównym w różnych trybach;
· - czyszczenie i wskaźnik zanieczyszczenia płynu roboczego;
· - kompensacja wahań objętości płynu roboczego spowodowana zmianami temperatury.
3.
Przeznaczenie linii kontrolnych:
· - przeniesienie nacisku na siłownik wykonawczy obrotu kołyski.
4. Cel drenażu:
· - usuwanie wycieków do zbiornika oleju;
· - usunięcie nadmiaru płynu roboczego;
· - odprowadzanie ciepła, usuwanie produktów zużycia i smarowanie powierzchni ciernych hydraulicznych części maszyn;
· - chłodzenie płynu roboczego w wymienniku ciepła.
Działanie wolumetrycznego napędu hydraulicznego zapewniają automatycznie zawory i suwaki umieszczone w pompie, pompie wspomagającej, skrzyni silnika zaworu.
W skład napędu hydraulicznego GST-90 (rys. 1.4) wchodzą zespoły osiowo-nurnikowe: regulowana pompa hydrauliczna z pompą uzupełniającą i rozdzielacz hydrauliczny; zespół silnika hydraulicznego nieregulowanego ze skrzynką zaworową, filtr dokładny z wakuometrem, rurociągi i węże oraz zbiornik na płyn roboczy.
Wał 2 Pompa hydrauliczna obraca się w dwóch łożyskach tocznych. Blok cylindrów jest zamontowany na wielowypustie wału 25 , w otworach, w których poruszają się tłoki. Każdy tłok jest połączony sferycznym zawiasem z piętą, która spoczywa na wsporniku umieszczonym na tarczy sterującej. 1 . Podkładka połączona jest z obudową pompy hydraulicznej za pomocą dwóch łożysk tocznych, dzięki czemu można zmieniać nachylenie podkładki względem wału pompy. Zmiana kąta podkładki następuje pod wpływem wysiłku jednego z dwóch serwocylindrów 11 , których tłoki są połączone z podkładką 1 przy pomocy trakcji.
Wewnątrz serwocylindrów znajdują się sprężyny, które działają na tłoki i ustawiają podkładkę tak, aby umieszczona w niej podpora była prostopadła do wału. Wraz z blokiem cylindrów przymocowane dno obraca się, przesuwając wzdłuż dystrybutora zamontowanego na tylnej pokrywie. Otwory w rozdzielaczu i dołączone dno okresowo łączą komory robocze bloku cylindrów z przewodami łączącymi pompę hydrauliczną z silnikiem hydraulicznym.
|
Rysunek 1.4 - Schemat napędu hydraulicznego GTS-90: 1 - podkładka; 2 - wał wyjściowy pompy; 3 - rewersyjna regulowana pompa; 4 - hydrauliczny przewód sterujący; 5 - dźwignia sterująca; 6 - szpula do kontrolowania położenia kołyski; 7 8 - pompka do makijażu; 9 - zawór zwrotny; 10 - zawór bezpieczeństwa układu uzupełniania; 11 - siłownik serwa; 12 - filtr; 13 - wakuometr; 14 - zbiornik hydrauliczny; 15 - wymiennik ciepła; 16 - szpula; 17 - zawór przelewowy; 18 - główny zawór bezpieczeństwa wysokiego ciśnienia; 19 - przewód hydrauliczny niskiego ciśnienia; 20 - przewód hydrauliczny wysokiego ciśnienia; 21 - przewód hydrauliczny odwadniający; 22 - nieregulowany silnik; 23 - wał wyjściowy silnika hydraulicznego; 24 - pochylona podkładka silnika hydraulicznego; 25 - blok cylindrów; 26 - siła połączenia; 27 - uszczelnienie mechaniczne |
Sferyczne zawiasy tłoków i pięty ślizgające się po podporze są smarowane pod ciśnieniem płynem roboczym.
Płaszczyzna wewnętrzna każdej jednostki jest wypełniona płynem roboczym i stanowi kąpiel olejową dla pracujących w niej mechanizmów. Wycieki ze złączy jednostki hydraulicznej również dostają się do tej wnęki.
Pompa ładująca jest przymocowana do tylnej powierzchni końcowej pompy hydraulicznej 8 rodzaj przekładni, której wał jest połączony z wałem pompy hydraulicznej.
Pompa uzupełniająca pobiera płyn roboczy ze zbiornika 14 i przedkłada:
- do pompy hydraulicznej przez jeden z zaworów zwrotnych;
- do układu sterowania poprzez rozdzielacz hydrauliczny w ilościach ograniczonych strumieniem.
Na obudowie pompy zasilającej 8 umieszczony zawór bezpieczeństwa 10 , który otwiera się, gdy ciśnienie wytwarzane przez pompę wzrasta.
zawór hydrauliczny 6 służy do rozprowadzania przepływu płynu w układzie sterowania, czyli kierowania go do jednego z dwóch siłowników serwo w zależności od zmiany położenia dźwigni 5 lub płyn blokujący w cylindrze serwo.
Rozdzielacz hydrauliczny składa się z korpusu, suwaka ze sprężyną powrotną umieszczoną w szybie, dźwigni sterującej ze sprężyną skrętną oraz dźwigni 5 i dwa pociągnięcia 26 które łączą szpulę z dźwignią sterującą i tarczą sterującą.
Hydrauliczne urządzenie silnikowe 22 podobny do urządzenia pompującego. Główne różnice są następujące: pięty tłoków ślizgają się wzdłuż tarczy sterującej, gdy wał się obraca 24 , który ma stały kąt nachylenia, a zatem nie ma mechanizmu jego obracania za pomocą rozdzielacza hydraulicznego; zamiast pompy zasilającej do tylnej powierzchni końcowej silnika hydraulicznego przymocowana jest skrzynka zaworowa. Pompa hydrauliczna z silnikiem hydraulicznym jest podłączona do dwóch rurociągów (przewodów pompa hydrauliczna-hydromotor). Na jednej z linii przepływ płynu roboczego pod wysokim ciśnieniem przemieszcza się z pompy hydraulicznej do silnika hydraulicznego, na drugiej wraca z powrotem pod niskim ciśnieniem.
Obudowa skrzynki zaworowej zawiera dwa zawory wysokiego ciśnienia, zawór przelewowy 17 i szpula 16 .
Zestaw do makijażu zawiera pompkę do makijażu 8 , a także odwrotny 9 , bezpieczeństwo 10 i zawory przelewowe.
Układ uzupełniania ma na celu zasilanie układu sterowania płynem roboczym, zapewnienie minimalnego ciśnienia w przewodach hydraulicznych pompa-silnik, kompensację nieszczelności w pompie hydraulicznej i silniku hydraulicznym, ciągłe mieszanie płynu roboczego krążącego w pompie hydraulicznej i hydraulice silnik płynem w zbiorniku i usuń ciepło z części.
Zawory wysokiego ciśnienia 18 chronić napęd hydrauliczny: przed przeciążeniami, omijając płyn roboczy z przewodu wysokiego ciśnienia do przewodu niskiego ciśnienia. Ponieważ są dwie linie i każda z nich może być podczas pracy linią wysokiego ciśnienia, są też dwa zawory wysokiego ciśnienia. zawór przelewowy 17 musi uwolnić nadmiar płynu roboczego z przewodu niskiego ciśnienia, gdzie jest stale dostarczany przez pompę wspomagającą.
szpula 16 w skrzynce zaworowej, łączy zawór przelewowy z przewodem „pompa hydrauliczna-silnik hydrauliczny”, w którym ciśnienie będzie mniejsze.
Po zadziałaniu zaworów układu uzupełniania (zabezpieczający i przelewowy) wypływający płyn roboczy dostaje się do komory wewnętrznej agregatów, gdzie zmieszany z wyciekami dostaje się rurociągami drenażowymi do wymiennika ciepła 15 i dalej do zbiornika 14 . Dzięki urządzeniu odwadniającemu płyn roboczy usuwa ciepło z ocierających się części jednostek hydraulicznych. Specjalne mechaniczne uszczelnienie wału zapobiega wyciekaniu płynu roboczego z wnętrza urządzenia. Zbiornik pełni funkcję zasobnika płynu roboczego, wewnątrz posiada przegrodę dzielącą go na wnękę odpływową i ssącą oraz jest wyposażony we wskaźnik poziomu.
Filtr dokładny 12 z wakuometrem zatrzymuje ciała obce. Element filtrujący wykonany jest z włókniny. Stopień zanieczyszczenia filtra ocenia się na podstawie wskazań wakuometru.
Silnik obraca wał pompy hydraulicznej, a co za tym idzie, blok cylindrów i związany z nim wał pompy zasilającej. Pompa uzupełniająca zasysa płyn roboczy ze zbiornika przez filtr i dostarcza go do pompy hydraulicznej.
W przypadku braku ciśnienia w serwocylindrach umieszczone w nich sprężyny instalują podkładkę tak, aby płaszczyzna znajdującej się w niej podpory (podkładki) była prostopadła do osi wału. W takim przypadku, gdy blok cylindrów obraca się, pięty tłoków będą ślizgać się wzdłuż wspornika, nie powodując ruchu osiowego tłoków, a pompa hydrauliczna nie będzie przesyłać płynu roboczego do silnika hydraulicznego.
Z regulowanej pompy hydraulicznej podczas pracy można uzyskać inną objętość płynu (nadawy) dostarczaną na obrót. Aby zmienić przepływ pompy hydraulicznej, należy obrócić dźwignię rozdzielacza hydraulicznego, która jest połączona kinematycznie z podkładką i szpulą. Ten ostatni, poruszając się, skieruje płyn roboczy pochodzący z pompy zasilającej do układu sterowania do jednego z siłowników serwo, a drugi siłownik zostanie podłączony do wnęki spustowej. Tłok pierwszego serwocylindra pod wpływem ciśnienia płynu roboczego zacznie się poruszać, obracając podkładkę, poruszając tłokiem w drugim serwocylindrze i ściskając sprężynę. Podkładka, obracając się do pozycji ustawionej dźwignią rozdzielacza hydraulicznego, będzie przesuwać suwak, aż powróci on do położenia neutralnego (w tym położeniu wylot płynu roboczego z siłowników siłowników jest zamknięty przez opaski suwaków).
Gdy blok cylindrów obraca się, pięty, przesuwając się wzdłuż nachylonej podpory, spowodują ruch tłoków w kierunku osiowym, w wyniku czego zmieni się objętość komór utworzonych przez otwory w bloku cylindrów i tłoki. Co więcej, połowa komór zwiększy swoją objętość, druga połowa zmniejszy się. Dzięki otworom w dołączonym dnie oraz rozdzielaczowi komory te połączone są kolejno z przewodami „pompa hydrauliczna-hydrosilnik”.
W komorze, która zwiększa swoją objętość, ciecz robocza pochodzi z przewodu niskiego ciśnienia, gdzie jest dostarczana przez pompę zasilającą przez jeden z zaworów zwrotnych. Za pomocą obracającego się bloku cylindrów płyn roboczy w komorach jest przenoszony do innej linii i wtłaczany do niej przez tłoki, tworząc wysokie ciśnienie. Tą linią ciecz dostaje się do komór roboczych silnika hydraulicznego, gdzie jej ciśnienie jest przenoszone na powierzchnie czołowe nurników powodując ich ruch w kierunku osiowym, a dzięki oddziaływaniu piętek nurników z tarcza sterująca powoduje obrót bloku cylindrów. Po przejściu przez komory robocze silnika hydraulicznego płyn roboczy wydostanie się do przewodu niskiego ciśnienia, przez który jego część powróci do pompy hydraulicznej, a nadmiar popłynie przez suwak i zawór przelewowy do komory wewnętrznej silnika hydraulicznego. Gdy napęd hydrauliczny jest przeciążony, wysokie ciśnienie w przewodzie „pompa hydrauliczna-silnik hydrauliczny” może wzrosnąć do momentu otwarcia zaworu wysokiego ciśnienia, który przenosi płyn roboczy z przewodu wysokiego ciśnienia do przewodu niskiego ciśnienia, omijając silnik hydrauliczny.
Wolumetryczny napęd hydrauliczny GST-90 umożliwia płynną zmianę przełożenia: na każdy obrót wału silnik hydrauliczny zużywa 89 cm 3 płynu roboczego (bez wycieków). Pompa hydrauliczna może wytworzyć taką ilość płynu roboczego na jednym lub kilku obrotach swojego wału napędowego, w zależności od kąta nachylenia podkładki. Dlatego zmieniając przepływ pompy hydraulicznej, możesz zmienić prędkość maszyn.
Aby zmienić kierunek ruchu maszyny wystarczy przechylić myjkę w przeciwnym kierunku. Odwracalna pompa hydrauliczna, przy takim samym obrocie swojego wału, zmieni kierunek przepływu płynu roboczego w przewodach „pompa hydrauliczna-hydrosilnik” na przeciwny (to znaczy przewód niskiego ciśnienia stanie się przewodem wysokiego ciśnienia , a linia wysokiego ciśnienia stanie się linią niskiego ciśnienia). Dlatego, aby zmienić kierunek ruchu maszyny, należy przekręcić dźwignię zaworu sterującego w kierunku przeciwnym (z pozycji neutralnej). Jeśli jednak usunie się siłę z dźwigni rozdzielacza hydraulicznego, wówczas podkładka pod działaniem sprężyn powróci do położenia neutralnego, w którym płaszczyzna znajdującej się w niej podpory stanie się prostopadła do osi wału. Tłoki nie będą się poruszać w kierunku osiowym. Dopływ płynu roboczego zostanie zatrzymany. Pojazd samobieżny zatrzyma się. W przewodach „hydrauliczna pompa-hydromotor” ciśnienie będzie takie samo.
Suwak w skrzynce zaworowej pod działaniem sprężyn centrujących przyjmie położenie neutralne, w którym zawór przelewowy nie będzie podłączony do żadnego z przewodów. Cały płyn dostarczany przez pompę wspomagającą spłynie przez zawór bezpieczeństwa do wewnętrznej wnęki pompy hydraulicznej. Przy równomiernym ruchu maszyny samobieżnej w pompie hydraulicznej i silniku hydraulicznym konieczne jest jedynie skompensowanie wycieków, więc znaczna część płynu roboczego dostarczanego przez pompę wspomagającą będzie zbędna i będzie musiała zostać uwolniona przez zawory . W celu wykorzystania nadmiaru tej cieczy do odprowadzania ciepła, podgrzana ciecz, która przeszła przez silnik hydrauliczny, jest uwalniana przez zawory, a ochłodzona ciecz jest uwalniana ze zbiornika. W tym celu zawór przelewowy układu podającego, znajdujący się w skrzynce zaworowej na silniku hydraulicznym, ustawia się na nieco niższe ciśnienie niż zawór bezpieczeństwa na obudowie pompy zasilającej. Dzięki temu w przypadku przekroczenia ciśnienia w układzie uzupełniania, zawór przelewowy otworzy się i uwolni podgrzaną ciecz, która opuściła silnik hydrauliczny. Ponadto ciecz z zaworu dostaje się do wewnętrznej wnęki urządzenia, skąd jest przesyłana rurociągami odwadniającymi przez wymiennik ciepła do zbiornika.
Przekładnia hydrostatyczna to napęd hydrauliczny z zamkniętym (zamkniętym) obiegiem, który obejmuje jedną lub więcej pomp hydraulicznych i silników hydraulicznych. Przeznaczony do przenoszenia energii mechanicznej obrotu z wału silnika na korpus wykonawczy maszyny za pomocą bezstopniowego przepływu płynu roboczego o regulowanej wielkości i kierunku.
Główną zaletą przekładni hydrostatycznej jest możliwość płynnej zmiany przełożenia w szerokim zakresie prędkości, co pozwala na znacznie lepsze wykorzystanie momentu obrotowego silnika maszyny w porównaniu do napędu stopniowego. Ponieważ prędkość wyjściową można sprowadzić do zera, możliwe jest płynne rozpędzanie maszyny z miejsca bez użycia sprzęgła. Niskie prędkości są szczególnie potrzebne w przypadku różnych maszyn budowlanych i rolniczych. Nawet znaczna zmiana obciążenia nie wpływa na prędkość wyjściową, ponieważ w tego typu przekładni nie ma poślizgu.
Ogromną zaletą przekładni hydrostatycznej jest łatwość rewersu, którą zapewnia prosta zmiana nachylenia płyty lub hydraulicznie, zmieniając przepływ płynu roboczego. Pozwala to na wyjątkową zwrotność pojazdu.
Kolejną ważną zaletą jest uproszczenie okablowania mechanicznego wokół maszyny. Pozwala to uzyskać wzrost niezawodności, ponieważ często przy dużym obciążeniu maszyny wały kardana nie wytrzymują i trzeba naprawić maszynę. W warunkach północnych zdarza się to jeszcze częściej przy niskich temperaturach. Dzięki uproszczeniu okablowania mechanicznego możliwe jest również zwolnienie miejsca na wyposażenie dodatkowe. Zastosowanie przekładni hydrostatycznej może pozwolić na całkowite usunięcie wałów i mostów, zastępując je agregatem pompowym i silnikami hydraulicznymi z przekładniami wbudowanymi bezpośrednio w koła. Lub, w prostszej wersji, w most można wbudować silniki hydrauliczne. Zwykle możliwe jest obniżenie środka ciężkości maszyny i bardziej racjonalne umieszczenie układu chłodzenia silnika.
Przekładnia hydrostatyczna pozwala płynnie i ultraprecyzyjnie regulować ruch maszyny lub płynnie regulować prędkość pracy organów roboczych. Zastosowanie sterowania elektroproporcjonalnego oraz specjalnych układów elektronicznych pozwala uzyskać najbardziej optymalny rozdział mocy pomiędzy napędem a elementami wykonawczymi, ograniczając obciążenie silnika i zmniejszając zużycie paliwa. Moc silnika jest wykorzystywana maksymalnie nawet przy najniższych prędkościach maszyny.
Za wadę przekładni hydrostatycznej można uznać mniejszą sprawność w porównaniu z przekładnią mechaniczną. Jednak w porównaniu do przekładni mechanicznych zawierających skrzynie biegów przekładnia hydrostatyczna jest bardziej ekonomiczna i szybsza. Dzieje się tak, ponieważ w momencie ręcznej zmiany biegów należy zwolnić i nacisnąć pedał gazu. W tym momencie silnik zużywa dużo mocy, a prędkość samochodu gwałtownie się zmienia. Wszystko to negatywnie wpływa zarówno na prędkość, jak i zużycie paliwa. W przekładni hydrostatycznej proces ten przebiega płynnie, a silnik pracuje oszczędniej, co zwiększa trwałość całego układu.
Najczęstszym zastosowaniem przekładni hydrostatycznej jest napęd maszyn gąsienicowych, gdzie napęd hydrauliczny jest przeznaczony do przenoszenia mocy mechanicznej z silnika napędowego na koło łańcuchowe poprzez sterowanie przepływem pompy i mocą pociągową poprzez sterowanie silnikiem hydraulicznym .
Przekładnia hydrostatyczna nie była dotychczas stosowana w samochodach osobowych, ponieważ jest droga, a jej sprawność stosunkowo niska. Najczęściej znajduje zastosowanie w maszynach i pojazdach specjalnych. Jednocześnie napęd hydrostatyczny ma wiele możliwości zastosowania; jest szczególnie odpowiedni do elektronicznie sterowanej transmisji.
Zasada przekładni hydrostatycznej polega na tym, że źródło energii mechanicznej, takie jak silnik spalinowy, napędza pompę hydrauliczną, która dostarcza olej do trakcyjnego silnika hydraulicznego. Obie te grupy są połączone rurociągiem wysokiego ciśnienia, w szczególności elastycznym. Upraszcza to konstrukcję maszyny, nie ma potrzeby stosowania wielu kół zębatych, zawiasów, osi, ponieważ obie grupy jednostek mogą być umieszczone niezależnie od siebie. Moc napędu jest określona przez objętość pompy hydraulicznej i silnika hydraulicznego. Zmiana przełożenia w napędzie hydrostatycznym jest bezstopniowa, jego rewers i blokada hydrauliczna bardzo prosta.
W przeciwieństwie do przekładni hydromechanicznej, w której połączenie między zespołem napędowym a przemiennikiem momentu obrotowego jest sztywne, w napędzie hydrostatycznym siły przenoszone są wyłącznie przez ciecz.
Jako przykład działania obu skrzyń biegów rozważ przejazd z nimi samochodem przez fałd terenu (tamę). Podczas wjazdu na tamę pojawia się samochód z przekładnią hydromechaniczną, w wyniku czego przy stałej prędkości prędkość samochodu maleje. Podczas schodzenia ze szczytu tamy silnik zaczyna działać jak hamulec, ale kierunek poślizgu przemiennika momentu obrotowego jest odwrócony, a ponieważ przemiennik momentu obrotowego ma słabe właściwości hamowania w tym kierunku poślizgu, pojazd przyspiesza.
W przekładni hydrostatycznej podczas schodzenia ze szczytu zapory silnik hydrauliczny działa jak pompa, a olej pozostaje w rurociągu łączącym silnik hydrauliczny z pompą. Połączenie obu grup napędowych odbywa się za pomocą płynu pod ciśnieniem, który ma taki sam stopień sztywności, jak sprężystość wałów, sprzęgieł i kół zębatych w konwencjonalnej przekładni mechanicznej. Dlatego nie będzie przyspieszenia samochodu podczas zjazdu z tamy. Przekładnia hydrostatyczna jest szczególnie odpowiednia dla pojazdów terenowych.
Zasada działania napędu hydrostatycznego pokazana jest na rys. 1. Napęd pompy hydraulicznej 3 z silnika spalinowego odbywa się poprzez wał 1 i tarczę skośną, a regulator 2 steruje kątem nachylenia tej podkładki, co zmienia dopływ płynu przez pompę hydrauliczną. W przypadku pokazanym na rys. 1, podkładka jest zamontowana sztywno i prostopadle do osi wału 1, a zamiast niej obudowa pompy 3 w obudowie 4 jest pochylona. Olej jest dostarczany z pompy hydraulicznej rurociągiem 6 do silnika hydraulicznego 5, który ma stałą objętość, iz niego wraca rurociągiem 7 do pompy.
Jeżeli pompa hydrauliczna 3 jest umieszczona współosiowo z wałem 1, to dopływ do nich oleju jest równy zeru iw takim przypadku silnik hydrauliczny jest zablokowany. Jeśli pompa jest pochylona w dół, to dostarcza olej rurociągiem 7 i wraca do pompy rurociągiem 6. Przy stałej prędkości obrotowej wału 1 zapewnianej na przykład przez regulator diesla, prędkość i kierunek jazdy pojazdu reguluje się tylko jednym pokrętłem regulatora.
W napędzie hydrostatycznym można zastosować kilka schematów sterowania:
- pompa i silnik mają nieuregulowane objętości. W tym przypadku mówimy o „wałku hydraulicznym”, przełożenie jest stałe i zależy od stosunku objętości pompy do silnika. Taka skrzynia biegów do użytku w samochodzie jest niedopuszczalna;
- pompa ma regulowaną, a silnik ma nieregulowaną objętość. Ta metoda jest najczęściej stosowana w pojazdach, ponieważ zapewnia duży zakres regulacji przy stosunkowo prostej konstrukcji;
- pompa ma nieregulowaną, a silnik ma regulowaną objętość. Ten schemat jest niedopuszczalny do prowadzenia samochodu, ponieważ nie można go używać do hamowania samochodu przez skrzynię biegów;
- pompa i silnik mają regulowane objętości. Taki schemat zapewnia najlepsze możliwości sterowania, ale jest dość skomplikowany.
Zastosowanie przekładni hydrostatycznej umożliwia regulację mocy wyjściowej do momentu zatrzymania wału wyjściowego. W takim przypadku nawet na stromym zjeździe można zatrzymać samochód, przesuwając pokrętło regulatora do pozycji zerowej. W takim przypadku skrzynia biegów jest blokowana hydraulicznie i nie ma potrzeby stosowania hamulców. Aby przesunąć samochód, wystarczy przesunąć uchwyt do przodu lub do tyłu. Jeżeli w przekładni zastosowano kilka silników hydraulicznych, to poprzez ich odpowiednią regulację można uzyskać realizację pracy mechanizmu różnicowego lub jego zablokowanie.
W przekładni hydrostatycznej brakuje wielu podzespołów, np. skrzyni biegów, sprzęgła, wałów przegubowych z przegubami, przekładni głównej itp. Jest to korzystne z punktu widzenia zmniejszenia masy i kosztów samochodu oraz rekompensuje dość wysoki koszt sprzęt hydrauliczny. Wszystko to dotyczy przede wszystkim pojazdów specjalnych i środków technologicznych. Jednocześnie pod względem oszczędności energii przekładnia hydrostatyczna ma ogromne zalety, na przykład w zastosowaniach autobusowych.
Wspomnieliśmy już powyżej o możliwości magazynowania energii i wynikającym z tego uzysku energii, gdy silnik pracuje ze stałą prędkością obrotową w optymalnej strefie swojej charakterystyki i jego prędkość nie zmienia się przy zmianie biegów lub zmianie prędkości pojazdu. Zwrócono również uwagę, aby masy wirujące połączone z kołami napędowymi były jak najmniejsze. Opowiadali również o zaletach napędu hybrydowego, kiedy maksymalna moc silnika wykorzystywana jest podczas przyspieszania, a także o mocy zmagazynowanej w akumulatorze. Wszystkie te zalety można łatwo zrealizować w napędzie hydrostatycznym, jeśli w jego układzie zostanie umieszczony akumulator wysokiego ciśnienia.
Schemat takiego systemu pokazano na ryc. 2. Napędzana silnikiem 1 pompa o stałej wydajności 2 dostarcza olej do akumulatora 3. Jeśli akumulator jest pełny, regulator ciśnienia 4 wysyła impuls do regulatora elektronicznego 5, aby zatrzymać silnik. Z akumulatora olej pod ciśnieniem jest dostarczany przez centralne urządzenie sterujące 6 do silnika hydraulicznego 7 i jest z niego odprowadzany do zbiornika oleju 8, z którego jest ponownie pobierany przez pompę. Akumulator posiada odgałęzienie 9 przeznaczone do zasilania dodatkowego wyposażenia pojazdu.
W napędzie hydrostatycznym do hamowania pojazdu można wykorzystać odwrotny kierunek przepływu płynu. W tym przypadku silnik hydrauliczny pobiera olej ze zbiornika i dostarcza go pod ciśnieniem do akumulatora. W ten sposób energia hamowania może być magazynowana do dalszego wykorzystania. Wadą wszystkich akumulatorów jest to, że każdy z nich (płynny, bezwładnościowy czy elektryczny) ma ograniczoną pojemność, a jeśli akumulator jest naładowany, nie może już magazynować energii, a jego nadmiar trzeba zrzucić (np. zamienić na ciepło) w taki sam sposób, jak w samochodzie bez magazynu energii. W przypadku napędu hydrostatycznego problem ten rozwiązuje zastosowanie reduktora ciśnienia 10, który przy pełnym napełnieniu akumulatora przepuszcza olej do zbiornika.
W miejskich autobusach wahadłowych, dzięki akumulacji energii hamowania i możliwości ładowania akumulatora płynnego podczas postojów, można było przestawić silnik na niższą moc i jednocześnie zapewnić zachowanie niezbędnych przyspieszeń podczas rozpędzania autobusu. Taki schemat jazdy umożliwia ekonomiczną realizację ruchu w cyklu miejskim, wcześniej opisanego i pokazanego na rys. 6 w artykule.
Napęd hydrostatyczny można wygodnie łączyć z konwencjonalną przekładnią. Jako przykład rozważ kombinowaną skrzynię biegów samochodu. na ryc. Na rys. 3 przedstawiono schemat takiej przekładni z koła zamachowego 1 silnika na przekładnię główną 2. Moment obrotowy jest przykładany przez koła zębate czołowe 3 i 4 do pompy tłokowej 6 o stałej objętości. Przełożenie przekładni cylindrycznej odpowiada przełożeniom IV-V konwencjonalnej manualnej skrzyni biegów. Podczas obracania pompa zaczyna dostarczać olej do hydraulicznego silnika trakcyjnego 9 o regulowanej objętości. Tarcza sterująca 7 silnika hydraulicznego jest połączona z pokrywą 8 obudowy przekładni, a obudowa 9 silnika hydraulicznego jest połączona z wałem napędowym 5 przekładni głównej 2.
Kiedy samochód przyspiesza, hydrauliczny podkładka silnika ma największy kąt nachylenia, a olej pompowany przez pompę wytwarza duży moment na wale. Ponadto na wał działa również moment reakcyjny pompy. W miarę przyspieszania samochodu nachylenie spryskiwacza maleje, a więc moment obrotowy z obudowy silnika hydraulicznego na wale również maleje, jednak wzrasta ciśnienie oleju podawanego przez pompę, a co za tym idzie moment reakcyjny tej pompy również wzrasta.
Gdy kąt nachylenia podkładki spadnie do 0 °, pompa jest blokowana hydraulicznie, a przenoszenie momentu obrotowego z koła zamachowego na główne koło zębate będzie realizowane tylko przez parę kół zębatych; napęd hydrostatyczny zostanie wyłączony. Poprawia to wydajność całej przekładni, ponieważ silnik hydrauliczny i pompa są wyłączone i obracają się w pozycji zablokowanej z wałem ze sprawnością 1. Ponadto znika zużycie i hałas jednostek hydraulicznych. Ten przykład jest jednym z wielu pokazujących możliwości zastosowania napędu hydrostatycznego. Masę i wymiary przekładni hydrostatycznej określa maksymalne ciśnienie płynu, które osiągnęło obecnie 50 MPa.
