W hydrostatycznych przekładniach bezstopniowych moment obrotowy i moc przenoszone są z ogniwa napędowego (pompy) na ogniwo napędzane (silnik hydrauliczny) za pomocą cieczy rurociągami. Moc N, kW przepływu płynu określa się jako iloczyn ciśnienia H, m i natężenia przepływu Q, m3/s:
N = HQpg / 1000,
gdzie p jest gęstością cieczy.
Przekładnie hydrostatyczne nie mają wewnętrznej automatyki do zmiany przełożenie wymagane działa samobieżne. Jednakże przekładnia hydrostatyczna nie wymaga mechanizmu odwrotnego. Ruch wsteczny zapewnia się poprzez zmianę podłączenia pompy do przewodów wtrysku i powrotu płynu, co powoduje obrót wału silnika hydraulicznego odwrotny kierunek. Dzięki regulowanej pompie sprzęgło rozruchowe nie jest potrzebne.
Przekładnie hydrostatyczne (a także elektryczne) mają znacznie szersze możliwości konstrukcyjne w porównaniu do przekładni ciernych i hydrodynamicznych. Mogą stanowić część kombinacji hydro manualna skrzynia biegów przekładnie połączone szeregowo lub równolegle z mechaniczną skrzynią biegów. Ponadto mogą stanowić część połączonego hydroforu przekładnia mechaniczna gdy silnik hydrauliczny jest zamontowany z przodu jazda końcowa th - rys. a (oś napędowa z przekładnią główną, mechanizmem różnicowym, półosiami zostaje zachowana) lub silniki hydrauliczne są zamontowane w dwóch lub wszystkich kołach - rys. a (są uzupełnione skrzyniami biegów pełniącymi funkcje przekładni głównej). W każdym razie układ hydrauliczny jest zamknięty, a do jego konserwacji dołączona jest pompa zasilająca nadciśnienie w linii powrotnej. Ze względu na straty energii w rurociągach zwykle za celowe uważa się zastosowanie przekładni hydrostatycznej o maksymalnej odległości pompy od silnika hydraulicznego wynoszącej 15...20 m.
Ryż. Schematy skrzyni biegów dla samochodów z przekładnią hydrostatyczną lub elektryczną:
a - przy użyciu kół silnikowych; b - w przypadku korzystania z osi napędowej; N - pompa; GM - silnik hydrauliczny; G - generator; EM - silnik elektryczny
Obecnie przekładnie hydrostatyczne stosowane są w małych amfibiach typu „Jigger” i „Mule”, w pojazdach z aktywnymi naczepami, w małych seriach samochodów ciężarowych ( waga brutto do 50 ton) wywrotkami i eksperymentalnymi autobusami miejskimi.
Utrudnieniem powszechnego stosowania przekładni hydrostatycznych jest przede wszystkim ich wysoki koszt i niewystarczająco wysoka sprawność (ok. 80...85%).
Ryż. Schematy maszyn hydraulicznych o wolumetrycznym napędzie hydraulicznym:
a - tłok promieniowy; b - tłok osiowy; e - ekscentryczność; y - kąt nachylenia bloku
Spośród różnorodnych wolumetrycznych maszyn hydraulicznych: śrubowych, zębatych, łopatkowych, tłokowych - tłokowych promieniowych (ryc. a) i tłokowych osiowych (ryc. b) maszyny hydrauliczne są stosowane głównie w samochodowych przekładniach hydrostatycznych. Pozwalają na zastosowanie wysokich ciśnienie operacyjne(40...50 MPa) i można je regulować. W przypadku maszyn hydraulicznych z tłokiem promieniowym zmianę dopływu (przepływu) płynu zapewnia się poprzez zmianę mimośrodu e, w przypadku maszyn hydraulicznych z tłokiem osiowym - kąt y.
Straty w hydraulicznych maszynach wolumetrycznych dzielą się na objętościowe (wycieki) i mechaniczne, przy czym te ostatnie obejmują również straty hydrauliczne. Straty w rurociągu dzielą się na straty tarcia (są proporcjonalne do długości rurociągu i kwadratu prędkości płynu w przepływie turbulentnym) i straty lokalne (rozszerzanie, kurczenie się, rotacja przepływu).
Przekładnia hydrostatyczna w samochody osobowe nie został jeszcze zastosowany, ponieważ jest drogi, a jego skuteczność stosunkowo niska. Najczęściej stosowany jest w specjalne maszyny I Pojazd Oh. Jednocześnie napęd hydrostatyczny ma wiele możliwości zastosowania; nadaje się szczególnie do elektronicznie sterowanych skrzyń biegów.
Zasada przekładni hydrostatycznej polega na tym, że źródłem energii mechanicznej jest silnik wewnętrzne spalanie, napędza pompę hydrauliczną dostarczającą olej do hydraulicznego silnika trakcyjnego. Obie te grupy są połączone ze sobą rurociągiem wysokie ciśnienie w szczególności elastyczny. Upraszcza to konstrukcję maszyny, eliminując potrzebę stosowania wielu koła zębate, zawiasy, osie, gdyż obie grupy jednostek mogą być usytuowane niezależnie od siebie. Moc napędu zależy od objętości pompy hydraulicznej i silnika hydraulicznego. Zmiana przełożenia w napęd hydrostatyczny Bezstopniowa, jej cofanie i blokowanie hydrauliczne są bardzo proste.
W odróżnieniu od przekładni hydromechanicznej, gdzie połączenie grupy trakcyjnej z przemiennikiem momentu obrotowego jest sztywne, w napędzie hydrostatycznym przenoszenie sił odbywa się wyłącznie poprzez ciecz.
Jako przykład działania obu przekładni rozważmy poruszanie się za ich pomocą samochodem przez fałdę terenu (tamę). Przy wejściu do tamy samochód z przekładnia hydromechaniczna następuje, w wyniku czego przy stałej prędkości obrotowej prędkość samochodu maleje. Podczas schodzenia ze szczytu tamy silnik zaczyna działać jak hamulec, ale zmienia się kierunek poślizgu przemiennika momentu obrotowego, a ponieważ przemiennik momentu obrotowego ma niski właściwości hamowania w tym kierunku poślizgu samochód przyspiesza.
W przypadku przekładni hydrostatycznej podczas schodzenia ze szczytu tamy 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 elastyczność wałów, sprzęgieł i kół zębatych w konwencjonalnej mechanicznej skrzyni biegów. Dlatego samochód nie będzie przyspieszał podczas zjazdu z tamy. Przekładnia hydrostatyczna jest szczególnie odpowiednia do pojazdów terenowych.
Zasadę napędu hydrostatycznego pokazano na ryc. 1. Pompa hydrauliczna 3 napędzana jest z silnika spalinowego poprzez wał 1 i nachyloną podkładkę, a regulator 2 reguluje kąt nachylenia tej podkładki, co zmienia dopływ płynu do pompy hydraulicznej. W przypadku pokazanym na rys. 1, podkładkę osadzono sztywno i prostopadle do osi wału 1, a zamiast niej przechylono korpus pompy 3 w korpusie 4. Olej z pompy hydraulicznej dostarczany jest rurociągiem 6 do silnika hydraulicznego 5 o stałej objętości, a stamtąd rurociągiem 7 jest zawracany do pompy.
Jeżeli pompa hydrauliczna 3 jest umieszczona współosiowo z wałem 1, wówczas jej dopływ oleju wynosi zero i silnik hydrauliczny jest w tym przypadku zablokowany. Jeżeli pompa jest pochylona w dół, dostarcza olej przewodem 7 i wraca do pompy przewodem 6. Przy stałej prędkości wału 1, którą zapewnia np. regulator diesla, prędkość i kierunek ruchu pojazdu steruje się tylko jedną manetką regulatora.
W napędzie hydrostatycznym można zastosować kilka schematów sterowania:
- pompa i silnik mają nieuregulowane objętości. W tym przypadku mówimy o o „wale hydraulicznym”, przełożenie jest stała i zależy od stosunku objętości pompy do silnika. Taka skrzynia biegów jest niedopuszczalna do użytku w samochodzie;
- pompa ma regulowaną objętość, a silnik ma nieregulowaną objętość. Metoda ta jest najczęściej stosowana w pojazdach, gdyż zapewnia duży zakres sterowania przy stosunkowo prostej konstrukcji;
- pompa ma nieregulowaną objętość, a silnik ma regulowaną objętość. Schemat ten jest niedopuszczalny w prowadzeniu samochodu, ponieważ nie można go używać do hamowania samochodu przez skrzynię biegów;
- pompa i silnik mają regulowaną objętość. Ten schemat zapewnia najlepsze możliwości regulacji, ale bardzo skomplikowane.
Zastosowanie przekładni hydrostatycznej umożliwia regulację mocy wyjściowej do momentu zatrzymania się wału wyjściowego. Co więcej, nawet dalej strome zejście Możesz zatrzymać samochód, przesuwając pokrętło sterujące do pozycji zerowej. W takim przypadku skrzynia biegów jest blokowana hydraulicznie i nie ma potrzeby stosowania hamulców. Aby ruszyć samochodem wystarczy przesunąć dźwignię do przodu lub do tyłu. Jeżeli w przekładni zastosowano kilka silników hydraulicznych, to poprzez ich odpowiednią regulację można uzyskać działanie mechanizmu różnicowego lub jego blokadę.
W przekładnia hydrostatyczna brakuje wielu elementów np. skrzyni biegów, sprzęgła, wały kardana z zawiasami, zwolnicą itp. Jest to korzystne z punktu widzenia zmniejszenia masy i kosztu pojazdu oraz dostatecznie kompensuje wysoki koszt sprzęt hydrauliczny. Wszystko powyższe dotyczy przede wszystkim transportu specjalnego i środki technologiczne. Jednocześnie, z punktu widzenia oszczędności energii, przekładnia hydrostatyczna ma ogromne zalety, na przykład w zastosowaniach autobusowych.
O możliwości akumulacji energii i wynikającego z tego zysku energii wspomniano już powyżej, gdy silnik pracuje ze stałą prędkością w optymalnej strefie swojej charakterystyki i jego prędkość nie zmienia się podczas zmiany biegów lub zmiany prędkości samochodu. Zwrócono także uwagę, aby masy wirujące połączone z kołami napędowymi były jak najmniejsze. Dodatkowo mówili o zaletach napędu hybrydowego podczas przyspieszania użytkowania najwyższa moc silnika, a także moc zgromadzoną w akumulatorze. Wszystkie te zalety można łatwo zrealizować w napędzie hydrostatycznym, jeśli w jego układzie zostanie umieszczony wysokociśnieniowy akumulator hydrauliczny.
Schemat takiego układu pokazano na rys. 2. Napędzana silnikiem 1 pompa 2 o stałej objętości dostarcza olej do akumulatora 3. Jeśli akumulator jest pełny, regulator ciśnienia 4 daje impuls regulator elektroniczny 5 o zatrzymaniu silnika. Z akumulatora olej pod ciśnieniem jest dostarczany przez centralne urządzenie sterujące 6 do silnika hydraulicznego 7, skąd jest odprowadzany do zbiornika oleju 8, skąd jest ponownie pobierany przez pompę. Bateria posiada odgałęzienie 9 przeznaczone do zasilania dodatkowe wyposażenie samochód.
W napędzie hydrostatycznym do hamowania pojazdu można wykorzystać odwrotny kierunek ruchu płynu. W tym przypadku silnik hydrauliczny pobiera olej ze zbiornika i dostarcza go pod ciśnieniem do akumulatora. W ten sposób można zmagazynować energię hamowania do późniejszego wykorzystania. Wadą wszystkich akumulatorów jest to, że każdy z nich (mokry, bezwładnościowy lub elektryczny) ma ograniczoną pojemność i jeśli akumulator zostanie naładowany, nie będzie już w stanie magazynować energii, a jej nadmiar należy wyrzucić (np. Zamienić na ciepło). jak i tak jak w samochodzie bez magazynowania energii. W przypadku napędu hydrostatycznego problem ten rozwiązuje się stosując zawór redukcyjny ciśnienia 10, który przy pełnym akumulatorze przekazuje olej do zbiornika.
W mieście autobusy Dzięki akumulacji energii hamowania oraz możliwości ładowania akumulatora cieczy podczas postojów, można było dostosować pracę silnika mniej mocy i jednocześnie zapewnić zachowanie wymaganych przyspieszeń podczas przyspieszania autobusu. Taki schemat napędu umożliwia ekonomiczną realizację ruchu w cyklu miejskim, opisanym wcześniej i pokazanym na ryc. 6 w artykule.
Napęd hydrostatyczny można wygodnie połączyć z konwencjonalnym napędem zębatym. Weźmy jako przykład kombinowaną skrzynię biegów. Na ryc. Na rysunku 3 przedstawiono schemat takiej przekładni od koła zamachowego 1 silnika do reduktora głównego 2. Moment obrotowy cylindryczny skrzynia biegów 3 i 4 są dostarczane do pompy tłokowej 6 o stałej objętości. Przełożenie przekładnia cylindryczna odpowiada Przekładnie IV-V konwencjonalna manualna skrzynia biegów. Podczas obracania się pompa zaczyna dostarczać olej do hydraulicznego silnika trakcyjnego 9 o regulowanej objętości. Skośna podkładka regulacyjna 7 silnika hydraulicznego jest połączona z pokrywą 8 obudowy skrzyni biegów, a obudowa silnika hydraulicznego 9 jest połączona z wałem napędowym 5 głównego koła zębatego 2.
Podczas przyspieszania samochodu, podkładka silnika hydraulicznego ma największy kąt nachylenia, a olej pompowany przez pompę wytwarza duży moment obrotowy na wale. Ponadto moment reaktywny pompy działa również na wał. W miarę przyspieszania samochodu nachylenie podkładki maleje, w związku z tym maleje również moment obrotowy z obudowy silnika hydraulicznego na wale, natomiast wzrasta ciśnienie oleju dostarczanego przez pompę, a co za tym idzie, wzrasta również moment reaktywny tej pompy .
Gdy kąt nachylenia podkładki zmniejszy się do 0°, pompa zostanie hydraulicznie zablokowana, a przeniesienie momentu obrotowego z koła zamachowego na przekładnię główną będzie realizowane wyłącznie za pomocą pary kół zębatych; napęd hydrostatyczny zostanie wyłączony. Poprawia to wydajność całej przekładni, ponieważ silnik hydrauliczny i pompa są odłączone i obracają się w pozycji zablokowanej wraz z wałem, z wydajnością równy jeden. Ponadto znika zużycie i hałas jednostek hydraulicznych. Przykład ten jest jednym z wielu pokazujących możliwości wykorzystania napędu hydrostatycznego. Masę i wymiary przekładni hydrostatycznej określa maksymalne ciśnienie płynu, które obecnie wynosi 50 MPa.
W wielu nowoczesne samochody i mechanizmów zastosowano nową przekładnię hydrostatyczną. Niewątpliwie jest on instalowany w większej liczbie drogie modele mini traktory, a ponieważ nie ma potrzeby przełączania biegów, można to nazwać automatycznym.
Ta skrzynia biegów różni się od ręcznej skrzyni biegów tym, że nie ma biegów, lecz wykorzystuje sprzęt hydrauliczny, który składa się z pompy hydraulicznej i silnik hydrauliczny zmienna objętość.
Sterowanie taką skrzynią biegów odbywa się za pomocą jednego pedału, a sprzęgło w takim ciągniku służy do załączania wału odbioru mocy. Przed uruchomieniem silnika sprawdź hamulec wciskając go, następnie wciśnij sprzęgło i ustaw dźwignię odbioru mocy w położeniu neutralnym. Następnie przekręć kluczyk i uruchom traktor.
Kierunek jazdy odbywa się poprzez rewers, dźwignię rewersu ustawiamy w pozycji do przodu, wciskamy pedał jazdy i ruszamy. Im mocniej wciśniemy pedał, tym szybciej jedziemy. Jeśli zwolnisz pedał, traktor się zatrzyma. Jeśli prędkość nie jest wystarczająca, musisz zwiększyć gaz za pomocą specjalnej dźwigni.
Przekładnie hydrostatyczne
Przez pierwsze dwie dekady istnienia Branża motoryzacyjna zaproponowano szereg przekładni hydraulicznych, w których płyn znajduje się pod ciśnieniem, tworzone przez pompę napędzany silnikiem, przepływa przez silnik hydrauliczny. W wyniku ruchu części roboczych silnika hydraulicznego pod wpływem płynu na jego wał przekazywana jest moc. Płyn oczywiście niesie ze sobą pewien zapas energii kinetycznej, jednak ponieważ opuszcza silnik hydrauliczny z tą samą prędkością, z jaką do niego wpływa, ilość energii kinetycznej nie zmienia się i dlatego nie bierze udziału w procesie przekazywanie mocy.
Nieco później pojawił się inny rodzaj przekładni hydraulicznej, w której oba elementy obrotowe są umieszczone w jednej skrzyni korbowej - koło pompy, które wprawia płyn w ruch, oraz turbina, której łopatki uderzają poruszający się płyn. W takich przekładniach płyn opuszcza kanały pomiędzy łopatkami elementu napędzanego ze znacznie mniejszą prędkością bezwzględną niż do nich wpływa, a moc przekazywana jest poprzez płyn w postaci energii kinetycznej.
Tym samym należy rozróżnić dwa typy przekładni hydraulicznych: przekładnie hydrostatyczne lub wyporowe, w których energia przekazywana jest poprzez ciśnienie płynu działające na poruszające się tłoki lub łopatki oraz przekładnie hydrodynamiczne, w którym energia jest przekazywana w wyniku wzrostu prędkość absolutna płynu w kole pompy i spadek prędkości bezwzględnej w turbinie
Przenoszenie ruchu lub mocy przez ciśnienie płynu jest stosowane z wielkim sukcesem w wielu dziedzinach. Przykładem udanego wykorzystania takich narzędzi jest układy hydrauliczne nowoczesne maszyny. Innymi przykładami są napędy hydrauliczne mechanizmów sterujących statków i sterowanie wieżami dział na okrętach wojennych. Z punktu widzenia zastosowania w samochodach najbardziej korzystną właściwością przekładni hydrostatycznej jest możliwość ciągłej zmiany przełożenia. Do tego potrzebna jest jedynie pompa, w której objętość opisywana przez tłoki na obrót wału może płynnie zmieniać się podczas pracy. Kolejną zaletą przekładni hydrostatycznej jest łatwość uzyskania odwracać. W większości konstrukcji przesunięcie regulatora poza położenie prędkości zerowej i nieskończone przełożenie powoduje obrót w przeciwnym kierunku ze stopniowo rosnącą prędkością.
Stosowanie oleju jako płynu roboczego. W tłumaczeniu termin „hydrauliczny” oznacza wykorzystanie wody jako Działający płyn. Jednak w praktyce użycie tego terminu zwykle oznacza użycie dowolnego płynu do przenoszenia ruchu lub mocy. W przekładnie hydrauliczne używane są wszystkie typy oleje mineralne, gdyż chronią mechanizm przed korozją i jednocześnie zapewniają jego smarowanie. Zazwyczaj stosuje się oleje o niskiej lepkości, ponieważ straty wewnętrzne rosną wraz ze wzrostem lepkości. Jednak im niższa lepkość, tym trudniej jest zapobiec wyciekom płynu roboczego.
Zastosowanie przekładni hydrostatycznych w samochodach nigdy nie wyszło z fazy eksperymentalnej. Jednakże poczyniono pewne postępy w stosowaniu tych narzędzi w transport kolejowy. Na wystawie pojazdów w niemieckim mieście Seddin, która odbyła się w połowie lat dwudziestych XX wieku, w siedmiu z ośmiu zademonstrowanych lokomotyw manewrowych zamontowano przekładnie hydrauliczne. Sterowanie tymi przekładniami jest bardzo łatwe. Ponieważ pozwalają na uzyskanie dowolnego przełożenia, silnik zawsze może pracować z taką liczbą obrotów na minutę, która odpowiada najwyższej sprawności.
Jedną z poważnych wad uniemożliwiających stosowanie przekładni hydrostatycznych w samochodach jest zależność ich wydajności od prędkości. W literaturze opublikowano dane, według których maksymalna sprawność takich przekładni sięga 80%, co jest całkiem akceptowalne. Należy jednak pamiętać, że maksymalną wydajność osiąga się zawsze przy niskich prędkościach roboczych.
Zależność wydajności od prędkości. W przekładniach hydrostatycznych płyn przepływa burzliwie, a podczas ruchu turbulentnego straty (wytwarzanie ciepła) są wprost proporcjonalne do trzeciej potęgi prędkości, natomiast moc przenoszona przez przekładnię hydrostatyczną zmienia się wprost proporcjonalnie do prędkości przepływu. Dlatego wraz ze wzrostem natężenia przepływu wydajność szybko spada. Najbardziej znane dane dotyczące sprawności przekładni hydrostatycznych odnoszą się do prędkości obrotowych znacznie poniżej 1000 obr/min (zwykle 500-700 obr/min); jeśli używasz podobnych biegów do pracy z silnikiem, normalna prędkość obrotowa wał korbowy czyli powyżej 2000 obr/min, wówczas wydajność będzie niedopuszczalnie niska. Oczywiście pomiędzy silnikiem a pompą hydrostatycznej skrzyni biegów można zamontować reduktor. Jednak spowodowałoby to, że przekładnia byłaby jeszcze bardziej skomplikowana, a wolnoobrotowa pompa i silnik hydrauliczny byłyby niepotrzebnie ciężkie. Kolejną wadą jest stosowanie w przekładniach hydrostatycznych wysokich ciśnień, sięgających nawet 140 kg!cm2, przy czym oczywiście bardzo trudno jest zapobiec wyciekom płynu roboczego. Ponadto wszystkie części narażone na takie naciski muszą być bardzo trwałe
Przekładnie hydrostatyczne nie stały się powszechne w samochodach, nie dlatego, że nie poświęcono im wystarczającej uwagi. Cała linia Amerykańskie i europejskie firmy, które miały wystarczające zaplecze techniczne i w gotówce, zajmowali się tworzeniem przekładni hydrostatycznych, w większości przypadków mając na uwadze zastosowanie tych przekładni w samochodach. Jednak według wiedzy autora ciężarówki z przekładnią hydrostatyczną nigdy nie weszły do produkcji. W przypadkach, gdy firmy wyemitowały przekładnie hydrostatyczne przez pewien czas znaleźli sprzedaż w innych gałęziach inżynierii mechanicznej, gdzie duże prędkości rotacja i niska waga nie są warunki obowiązkowe Aplikacje. Zaproponowano kilka pomysłowych konstrukcji przekładni hydrostatycznych, z których dwie opisano poniżej.
Przejazd do Manly. Jedną z pierwszych samochodowych przekładni hydrostatycznych stworzonych w USA jest przekładnia Manly. Został wynaleziony przez Charlesa Manleya, pracownika pioniera aeronautyki Langleya i prezesa Towarzystwa Amerykańskich Inżynierów Motoryzacji. Przekładnia składała się z pięciocylindrowej promieniowej pompy tłokowej o zmiennym skoku tłoka i pięciocylindrowego promieniowego silnika tłokowego o stałym skoku tłoka; pompa była połączona z silnikiem hydraulicznym dwoma rurociągami. Kiedy zmienił się kierunek obrotu, rurociąg tłoczny stał się rurociągiem ssawnym i odwrotnie; gdy skok tłoka pompy spadł do zera, silnik hydrauliczny działał jak hamulec. Aby zapobiec uszkodzeniu mechanizmu na skutek nadmiernego ciśnienia, zastosowano zawór bezpieczeństwa otwierający się przy ciśnieniu 140 kg/cm2.
Przekrój podłużny przekładni Manly pokazano na ryc. 1. Pompa i silnik hydrauliczny zostały umieszczone współosiowo obok siebie, tworząc jedną zwartą jednostkę. Po lewej stronie przekrój jednego z cylindrów pompy. Szczelina między tłokiem a cylindrem była bardzo mała, a tłoki nie miały o-ringi. Dolne główki korbowodów nie zakrywały korbowodu, lecz miały kształt sektorów i były utrzymywane w miejscu przez dwa pierścienie umieszczone po obu stronach główki korbowodu. Skok tłoków pompy zmieniano za pomocą mimośrodów zamontowanych na wale korbowym. Kiedy urządzenie działa wał korbowy a mimośrody pozostały nieruchome, a blok cylindrów obrócił się wokół mimośrodowej osi E. Na rysunku mechanizm przedstawiono w położeniu odpowiadającym maksymalnemu skokowi tłoka, równemu sumie promienia korby i mimośrodu jego ekscentryczności; cylindry obracają się wokół osi E, a tłoki pompy obracają się wokół osi P. Aby zmniejszyć skok tłoków, mimośród obraca się wokół osi E w jednym kierunku, a korba wokół osi w przeciwnym kierunku; Dzięki temu położenie kątowe korby pozostaje niezmienione, a mechanizm dystrybucji nadal działa jak dotychczas. Sterowanie odbywa się za pomocą dwóch kół ślimakowych osadzonych na mimośrodzie, z których jedno jest ustawione swobodnie, drugie jest nieruchome. Wolnostojące koło ślimakowe połączone jest z wałem korbowym za pomocą przekładni zamontowanej na wale korbowym, która zazębia się z wewnętrznymi zębami koła ślimakowego. Koła ślimakowe zazębiają się ze ślimakami połączonymi ze sobą dwoma przekładniami czołowymi. Zatem ślimaki zawsze obracają się w przeciwnych kierunkach, a przekładnię zaprojektowano tak, aby ruchy kątowe mimośrodu i korby były równe w wartości bezwzględnej i przeciwne w kierunku. Jeśli mimośród i korba zostaną obrócone pod kątem 90°, wówczas skok tłoków pompy stanie się równy zeru. Mimośród rozrządu ustawiono pod kątem 90° do ramienia korby. Silnik hydrauliczny różni się od pompy tylko tym, że nie ma mechanizmu zmiany skoku tłoków. Zarówno pompa, jak i silnik hydrauliczny posiadają zawory suwakowe sterowane mimośrodami.
Ryż. 1. Męska przekładnia hydrostatyczna:
1 - pompa; 2 - silnik hydrauliczny.
Ryż. 2. Męska mimośrodowa kontrola skrzyni biegów.
Przekładnia Manly, przeznaczona do stosowania w samochodzie ciężarowym o ładowności 5 g silnik benzynowy moc 24 l. Z. przy 1200 obr/min posiadał pompę z cylindrami o średnicy 62,5 mm i maksymalnym skoku tłoka 38 mm. Pompa napędzana była dwoma silnikami hydraulicznymi (po jednym na każde koło napędowe). Przy objętości roboczej pięciocylindrowej pompy równej 604 cm3 przy transmisji 24 litrów. Z. przy 1200 obr/min, przy godz maksymalny skok tłoki wymagały ciśnienia 14 kg/cm2. Podczas testów przekładni Manly w laboratorium stwierdzono, że szczytowa sprawność występowała przy 740 obr/min wału pompy i wynosiła 90,9%. Wraz z dalszym wzrostem prędkości obrotowej sprawność gwałtownie spadła i już przy 760 obr/min wynosiła już tylko 81,6%.
Ryż. 3. Przekładnia hydrostatyczna Jenny.
Przenieś się do Jenny. Przekładnia hydrauliczna Jenny jest od dawna budowana przez firmę Waterbury Tool Company dla różnych gałęzi przemysłu; w szczególności został również zainstalowany samochody ciężarowe, wagony i lokomotywy spalinowe. Przekładnia ta składa się z wielocylindrowej pompy tłokowej z tarczą sterującą i zmiennym skokiem oraz tego samego silnika hydraulicznego, ale ze stałym skokiem tłoków. Przekrój podłużny urządzenia pokazano na rys. 144. Różnica w konstrukcji pompy i silnika hydraulicznego polega tylko na tym, że w pierwszym nachylenie wahliwej podkładki może się zmieniać, ale w drugim nie. Wały pompy i silnika hydraulicznego wystają z jednego końca. Każdy wał opiera się na łożysku ślizgowym w skrzyni korbowej i dalej łożysko rolkowe w płycie dystrybucyjnej. Do wewnętrznego końca każdego wału przymocowany jest blok cylindrów, który ma dziewięć otworów tworzących cylindry. Osie tych cylindrów są równoległe do osi obrotu i znajdują się w równej odległości od niej. Gdy bloki cylindrów się obracają, głowice cylindrów przesuwają się wzdłuż płyty rozdzielacza. Otwory w głowicy każdego cylindra okresowo łączą się z jednym z dwóch okien w płycie rozdzielczej, wykonanymi po łuku kołowym; w ten sposób odbywa się dostarczanie i uwalnianie płynu roboczego. Długość łuku każdego okna wynosi około 125°, a ponieważ połączenie cylindra z kanałem w płycie rozpoczyna się od momentu, w którym otwór w głowicy cylindra zaczyna zbiegać się z oknem i trwa do momentu, gdy okno w płycie zostanie zablokowany przez krawędź otworu, wówczas faza otwierania wynosi około 180°.
Sprężyny zamontowane na wałach służą do dociskania bloków cylindrów do tarczy rozdzielczej, gdy nie jest przenoszone obciążenie. Podczas przenoszenia obciążenia kontakt zapewnia ciśnienie płynu. Bloki cylindrów są zamontowane na wałach w taki sposób, że mogą się na nich przesuwać i lekko kołysać. Zapewnia to ścisłe dopasowanie bloku cylindrów do tarczy rozdzielczej nawet przy pewnych niedokładnościach produkcyjnych, a także w przypadku zużycia.
Luz pomiędzy tłokiem a cylindrem wynosi 0,025 mm, a tłoki nie posiadają żadnych urządzeń uszczelniających. Każdy tłok połączony jest z pierścieniem zawiasowym za pomocą korbowodu z kulistymi główkami. Korpus korbowodu ma otwór wzdłużny, a otwór wykonany jest również w dnie każdego tłoka. W ten sposób głowice korbowodów smarowane są olejem z głównego strumienia płynu, a ciśnienie, pod jakim olej jest dostarczany na powierzchnie łożysk, jest proporcjonalne do obciążenia. Każda podkładka wahliwa jest połączona z wałami za pomocą przeguby kardana w taki sposób, że gdy obraca się wraz z wałem, jego płaszczyzna obrotu może tworzyć dowolny kąt z osią wału. W pompie kąt nachylenia tarczy sterującej może zmieniać się w zakresie od 0 do 20° w dowolnym kierunku. Osiąga się to za pomocą dźwigni sterującej połączonej z obrotowym gniazdem łożyska. W silniku hydraulicznym gniazdo łożyska jest sztywno połączone ze skrzynią korbową pod kątem 20°.
W przypadkach, gdy tarcza sterująca tworzy kąt prosty z wałem, gdy blok cylindrów się obraca, tłoki nie będą się poruszać w cylindrach; W związku z tym nie będzie dostaw ropy. Ale gdy tylko zmieni się kąt między wahliwą podkładką a osią wału, tłoki zaczną się poruszać w cylindrach. Podczas półobrotu olej zasysany jest do cylindra przez otwór w płycie rozdzielczej; W drugiej połowie obrotu olej pompowany jest przez otwór tłoczny w płycie rozdzielczej.
Olej dostarczany pod ciśnieniem do silnika hydraulicznego powoduje ruch tłoków silnika hydraulicznego, a siły działające na tarczę krzywkową poprzez korbowody powodują obrót bloku cylindrów i jego wału. W przypadku, gdy kąt nachylenia podkładki wahliwej pompy jest równy kątowi nachylenia podkładki wahliwej silnika hydraulicznego, wał tego ostatniego będzie się obracał z tą samą prędkością co wał pompy; Zmniejszenie prędkości obrotowej wału silnika hydraulicznego można osiągnąć poprzez zmniejszenie kąta pomiędzy podkładką oscylacyjną pompy a wałem.
W przekładni zbudowanej dla wagonu silnikowego o mocy 150 KM, tj. sprawności przy obciążeniu 25% i maksymalna prędkość rotacja wyniosła 65%, a przy maksymalne obciążenie- 82%. Ten typ przekładni ma znaczną wagę; Jednostka podana jako przykład miała ciężar właściwy 11,3 kg na 1 litr. Z. przekazywana moc.
DO Kategoria: - Sprzęgła samochodowe
Zasada działania przekładni hydrostatycznych (HST) jest prosta: pompa połączona z silnikiem napędowym wytwarza przepływ napędzający silnik hydrauliczny podłączony do obciążenia. Jeśli objętości pompy i silnika są stałe, GST działa po prostu jak przekładnia przenosząca moc z głównego napędu na obciążenie. Jednak większość przekładni hydrostatycznych wykorzystuje pompy o zmiennym wydatku lub silniki hydrauliczne o zmiennym wydatku lub oba, dzięki czemu można regulować prędkość, moment obrotowy lub moc.
W zależności od konfiguracji przekładnia hydrostatyczna może sterować obciążeniem w dwóch kierunkach (do przodu i do tyłu) z płynną zmianą prędkości pomiędzy dwoma wartościami maksymalnymi przy stałym optymalna prędkość silnik pierwotny.
GTS oferuje wiele ważne zalety w porównaniu z innymi formami przesyłu energii.
W zależności od konfiguracji przekładnia hydrostatyczna ma następujące zalety:
- audycja duża moc dla małych rozmiarów
- niska bezwładność
- działa skutecznie w szeroki zasięg stosunek momentu obrotowego do prędkości
- utrzymuje kontrolę prędkości (nawet na biegu wstecznym) niezależnie od obciążenia, w granicach projektowych
- dokładnie utrzymuje ustawioną prędkość pod obciążeniem podczas przejazdu i hamowania
- mogą przenosić energię z jednego głównego urządzenia poruszającego do różnych lokalizacji, nawet jeśli zmieni się ich położenie i orientacja
- może wytrzymać pełne obciążenie bez uszkodzeń i przy niskiej utracie mocy.
- Zerowa prędkość bez dodatkowej blokady
- Zapewnia szybszą reakcję niż ręczna lub elektromechaniczna skrzynia biegów.
Ryc.2
Niezależnie od zastosowania, przekładnie hydrostatyczne muszą być zaprojektowane pod kątem optymalnego dopasowania silnika do obciążenia. Dzięki temu silnik może pracować maksymalnie efektywna prędkość i GTS spełniają warunki eksploatacji. Im lepsze dopasowanie charakterystyki wejściowej i wyjściowej, tym wydajniejszy jest cały system.Ostatecznie system hydrostatyczny musi zostać zaprojektowany tak, aby zapewnić równowagę pomiędzy wydajnością i wydajnością. Maszyna zaprojektowana z myślą o osiągnięciu maksymalnej wydajności ( wysoka wydajność) ma zwykle powolną reakcję, która zmniejsza wydajność. Z drugiej strony maszyna szybko reagująca ma zazwyczaj niższą wydajność, gdyż rezerwa mocy jest dostępna przez cały czas, nawet gdy nie ma natychmiastowej potrzeby wykonania pracy.
Cztery typy funkcjonalne przekładni hydrostatycznych.
Typy funkcjonalne GTS różnią się kombinacją regulowanej lub nieregulowanej pompy i silnika, co określa ich charakterystykę operacyjną.
Najprostsza forma przekładni hydrostatycznej wykorzystuje pompę i silnik o stałej objętości (rys. 3a). Chociaż ten GTS jest niedrogi, nie jest używany ze względu na niską wydajność. Ponieważ objętość pompy jest stała, należy ją zaprojektować tak, aby napędzała silnik z maksymalną wydajnością Ustaw prędkość przy pełnym obciążeniu. Gdy nie jest wymagana maksymalna prędkość, część płynu roboczego z pompy przepływa przez zawór nadmiarowy, zamieniając energię w ciepło.
Ryc.3
Stosując pompę o zmiennym wydatku i silnik hydrauliczny o stałym wydatku w przekładni hydrostatycznej, można przenosić stały moment obrotowy (rys. 3b). Wyjściowy moment obrotowy jest stały przy każdej prędkości, ponieważ zależy tylko od ciśnienia płynu i objętości silnika hydraulicznego. Zwiększanie lub zmniejszanie wydajności pompy zwiększa lub zmniejsza prędkość obrotową silnika hydraulicznego, a co za tym idzie, moc napędu, podczas gdy moment obrotowy pozostaje stały.
GTS z pompą o stałej wydajności i regulowanym silnikiem hydraulicznym zapewnia stałe przenoszenie mocy (rys. 3c). Ponieważ wielkość przepływu wchodzącego do silnika hydraulicznego jest stała, a objętość silnika hydraulicznego zmienia się w celu utrzymania prędkości i momentu obrotowego, przenoszona moc jest stała. Zmniejszenie objętości silnika hydraulicznego zwiększa prędkość obrotową, ale zmniejsza moment obrotowy i odwrotnie.
Najbardziej wszechstronną przekładnią hydrostatyczną jest połączenie pompy o zmiennym wydatku i silnika hydraulicznego o zmiennym wydatku (rysunek 3d). Teoretycznie taka konstrukcja zapewnia nieskończony moment obrotowy i stosunek prędkości do mocy. W przypadku silnika hydraulicznego pracującego na maksymalnej głośności zmiana mocy pompy bezpośrednio dostosowuje prędkość i moc, podczas gdy moment obrotowy pozostaje stały. Zmniejszenie objętości silnika hydraulicznego, gdy pompa jest w pełni napompowana, zwiększa prędkość silnika do maksimum; Moment obrotowy zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do prędkości, moc pozostaje stała.
Krzywe na ryc. Ilustracje 3D przedstawiają dwa zakresy regulacji. W zakresie 1 moc silnika hydraulicznego jest ustawiona na maksimum; Objętość pompy wzrasta od zera do maksimum. Moment obrotowy pozostaje stały wraz ze wzrostem objętości pompy, ale wzrasta moc i prędkość.
Zakres 2 rozpoczyna się, gdy pompa osiąga maksymalną objętość, która jest utrzymywana na stałym poziomie podczas zmniejszania się objętości silnika. W tym zakresie moment obrotowy maleje wraz ze wzrostem prędkości, ale moc pozostaje stała. (Teoretycznie prędkość silnika hydraulicznego można zwiększać w nieskończoność, ale z praktycznego punktu widzenia jest ona ograniczona dynamiką.)
Przykład zastosowania
Załóżmy, że moment obrotowy silnika hydraulicznego wynoszący 50 N*m przy 900 obr./min ma być osiągany przy GTS o stałej pojemności.
Wymaganą moc określa się na podstawie:
P = T × N / 9550Gdzie:
P – moc w kW
T – moment obrotowy N*m,
N – prędkość obrotowa w obrotach na minutę.Zatem P=50*900/9550=4,7 kW
Jeśli weźmiemy pompę o ciśnieniu znamionowym
100 bar, wówczas możemy obliczyć przepływ:
Gdzie:
Q – przepływ w l/min
p – ciśnienie w barachStąd:
Q= 600*4,7/100=28 l/min.
Następnie wybieramy silnik hydrauliczny o pojemności 31 cm3, który przy tym zasilaniu zapewni prędkość obrotową około 900 obr/min.
Sprawdzamy korzystając ze wzoru na moment obrotowy silnika hydraulicznego Index.pl?act=PRODUCT&id=495
Rysunek 3 przedstawia charakterystykę mocy/momentu obrotowego/prędkości pompy i silnika, przy założeniu, że pompa pracuje ze stałym przepływem.Przepływ pompy jest maksymalny przy prędkości znamionowej, a pompa tłoczy cały olej do silnika przy prędkości znamionowej stała prędkość ostatni. Jednak bezwładność obciążenia uniemożliwia natychmiastowe przyspieszenie do maksymalnej prędkości, w związku z czym część przepływu pompy jest odprowadzana przez zawór bezpieczeństwa. (Rysunek 3a ilustruje utratę mocy podczas przyspieszania.) Gdy silnik zwiększa prędkość, otrzymuje większy przepływ z pompy i mniej oleju przechodzi przez zawór bezpieczeństwa. Przy prędkości znamionowej cały olej przepływa przez silnik.
Moment obrotowy jest stały, ponieważ zależy od ustawienia zaworu bezpieczeństwa, które nie ulega zmianie. Strata mocy na zaworze bezpieczeństwa to różnica mocy wytwarzanej przez pompę i mocy odbieranej przez silnik hydrauliczny.
Pole pod tą krzywą reprezentuje stracona moc kiedy ruch się zaczyna lub kończy. Niska wydajność jest również widoczna dla każdego prędkość robocza poniżej maksimum. Przekładnie hydrostatyczne o stałej wydajności nie są zalecane w przypadku napędów wymagających częstego uruchamiania i zatrzymywania lub gdy często nie jest potrzebny pełny moment obrotowy.
Stosunek momentu obrotowego do prędkości
Teoretycznie maksymalna moc dostarczana przez przekładnię hydrostatyczną zależy od przepływu i ciśnienia.
Jednakże w przekładniach o stałej mocy (pompa o stałej mocy i silnik o zmiennym wydatku) moc teoretyczna jest dzielona przez stosunek momentu obrotowego do prędkości, który określa moc wyjściową. Najwyższa przesyłana moc jest określana na podstawie minimalnej prędkości wyjściowej, przy której ta moc musi być przesyłana.
Ryc.4
Na przykład, jeśli minimalna prędkość, reprezentowany przez punkt A na krzywej mocy na ryc. 4, stanowi połowę mocy maksymalnej (a moment siły jest maksymalny), wówczas stosunek momentu obrotowego do prędkości wynosi 2:1. Maksymalna moc jaką można przesłać, wynosi połowę teoretycznego maksimum.
Przy prędkościach mniejszych niż połowa maksymalnej moment obrotowy pozostaje stały (na poziomie maksymalna wartość), ale moc maleje proporcjonalnie do prędkości. Prędkość w punkcie A jest prędkością krytyczną i jest wyznaczana przez dynamikę elementów przekładni hydrostatycznej. Poniżej prędkości krytycznej moc jest zmniejszana liniowo (ze stałym momentem obrotowym) do zera przy zerowych obrotach na minutę. Powyżej prędkości krytycznej moment obrotowy maleje wraz ze wzrostem prędkości, zapewniając stałą moc.
Projekt zamkniętej przekładni hydrostatycznej.
W opisach zamkniętych przekładni hydrostatycznych na rys. 3 skupiliśmy się wyłącznie na parametrach. W praktyce GTS powinien zapewniać dodatkowe funkcje.Dodatkowe komponenty po stronie pompy.
Rozważmy na przykład GST o stałym momencie obrotowym, który jest najczęściej stosowany w układach wspomagania kierownicy ze zmienną pompą i stałym silnikiem hydraulicznym (ryc. 5a). Ponieważ obwód jest zamknięty, wycieki z pompy i silnika gromadzą się w jednym przewodzie spustowym (rys. 5b). Połączony strumień spustowy przepływa przez chłodnicę oleju do zbiornika. Zaleca się montaż chłodnicy oleju w napędzie hydrostatycznym o mocy powyżej 40 KM.
Jeden z najważniejszych elementów przekładni hydrostatycznej typ zamknięty to pompa wspomagająca. Pompa ta jest zwykle wbudowana w pompę główną, ale można ją zainstalować osobno i obsługiwać grupę pomp.
Niezależnie od lokalizacji pompa wspomagająca spełnia dwie funkcje. Po pierwsze, zapobiega kawitacji pompy głównej, kompensując wycieki płynu pompy i silnika. Po drugie, zapewnia ciśnienie oleju wymagane przez mechanizmy kontroli przemieszczenia tarcz.
Na ryc. 5c przedstawia zawór bezpieczeństwa A, który ogranicza ciśnienie pompy wspomagającej, które zwykle wynosi 15-20 bar. Sprawdź zawory B i C zamontowane względem siebie zapewniają połączenie przewodu ssącego pompy uzupełniającej z przewodem niskie ciśnienie.
Ryż. 5
Dodatkowe komponenty po stronie silnika hydraulicznego.
Typowy GTS typu zamkniętego powinien zawierać także dwa zawory bezpieczeństwa (D i E na rys. 5d). Można je wbudować zarówno w silnik, jak i pompę. Zawory te pełnią funkcję zabezpieczenia układu przed przeciążeniami powstającymi podczas nagłych zmian obciążenia. Zawory te również ograniczają maksymalne ciśnienie, omijając przepływ z linii wysokiego ciśnienia do linii niskiego ciśnienia, tj. pełnią tę samą funkcję co zawór bezpieczeństwa w układach otwartych.
Oprócz zaworów bezpieczeństwa, system posiada zawór „lub” F, który jest zawsze przełączany pod wpływem ciśnienia w taki sposób, że łączy przewód niskiego ciśnienia z Zawór bezpieczeństwa G niskie ciśnienie. Zawór G kieruje nadmiar przepływu z pompy wspomagającej do obudowy silnika, który następnie powraca przez przewód spustowy i wymiennik ciepła do zbiornika. Sprzyja to intensywniejszej wymianie oleju pomiędzy obwodem roboczym a zbiornikiem, skuteczniej chłodząc płyn roboczy.
Kontrolowanie kawitacji w przekładniach hydrostatycznych
Sztywność w GTS zależy od ściśliwości płynu i przydatności elementów układu, czyli rur i węży. Działanie tych elementów można porównać do działania akumulatora sprężynowego, gdyby został on podłączony do przewodu tłocznego za pomocą trójnika. Pod niewielkim obciążeniem sprężyna akumulatora lekko się ściska; przy dużych obciążeniach akumulator poddawany jest znacznie większej kompresji i więcej płynu. Ta dodatkowa objętość płynu musi być dostarczana przez pompę uzupełniającą.
Czynnikiem krytycznym jest szybkość wzrostu ciśnienia w układzie. Jeżeli ciśnienie wzrośnie zbyt szybko, tempo wzrostu objętości po stronie wysokiego ciśnienia (ściśliwość przepływu) może przekroczyć wydajność pompy ładującej, a w pompie głównej wystąpi kawitacja. Być może obwody z regulowanymi pompami i automatyczna kontrola najbardziej wrażliwe na kawitację. Kiedy w takim układzie wystąpi kawitacja, ciśnienie spada lub całkowicie zanika. Środki automatyczne elementy sterujące mogą próbować zareagować, co spowoduje niestabilność systemu.
Matematycznie szybkość wzrostu ciśnienia można wyrazić w następujący sposób:dp/dt =ByćQ kp/V
B mi – moduł objętości efektywnej układu, kg/cm2
V – objętość cieczy po stronie wysokiego ciśnienia cm3
Qcp – wydajność pompy wspomagającej w cm3/sek
Załóżmy, że GTS na ryc. 5 jest połączony rurą stalową o długości 0,6 m i średnicy 32 mm. Pomijając objętości pompy i silnika, V wynosi około 480 cm3. W przypadku oleju w rurach stalowych efektywny objętościowy moduł sprężystości wynosi około 14060 kg/cm2. Zakładając, że pompa uzupełniająca dostarcza 2 cm3/s, wówczas szybkość wzrostu ciśnienia wynosi:
dp/dt= 14060 × 2/480
= 58 kg/cm2/sek.
Rozważmy teraz wpływ układu z wężem o długości 6 m i oplotem trójżyłowym o średnicy 32 mm. Producent węża podaje dane B mi około 5906 kg/cm2.Stąd:
dp/dt= 5906 × 2 / 4800 = 2,4 kg/cm2/sek.
Wynika z tego, że zwiększenie wydajności pompy wspomagającej prowadzi do zmniejszenia prawdopodobieństwa wystąpienia kawitacji. Alternatywnie, jeśli nagłe obciążenia nie są częste, można dodać akumulator hydrauliczny do przewodu pompującego. W rzeczywistości niektórzy producenci GTS wykonują port umożliwiający podłączenie akumulatora do obwodu doładowania.
Jeśli sztywność GTS jest niska i jest on wyposażony w automatyczne sterowanie, skrzynię biegów należy zawsze uruchamiać przy zerowym przepływie pompy. Ponadto prędkość mechanizmu przechylania tarczy musi być ograniczona, aby zapobiec nagłym uruchomieniom, które z kolei mogą spowodować wzrosty ciśnienia. Niektórzy producenci GTS zapewniają otwory tłumiące w celu wygładzenia.
Zatem sztywność układu i kontrola ciśnienia mogą być ważniejsze przy określaniu wydajności pompy wspomagającej niż tylko wewnętrzne przecieki pompy i silniki hydrauliczne.
______________________________________
