Продажа квадроциклов, снегоходов и мототехники
second logo
Пн-Чт: 10:00-20:00
Пт-Сб: 10:00-19:00 Вс: выходной

+7 (812) 924 3 942

+7 (911) 924 3 942

Содержание

Устройство гидромеханической коробки передач

Гидромеханическая коробка передач состоит из гидротрансформатора и механической ступенчатой коробки передач. Гидротрансформатор не обеспечивает требуемого диапазона передаточных чисел при высоком КПД, отключения ведущего вала от ведомого и движения автомобиля задним ходом. Поэтому на автомобилях применяют гидротрансформаторы в сочетании с механическими ступенчатыми коробками передач, т. е комбинированные гидромеханические коробки передач.

Гидротрансформатор состоит из рабочих колес с лопатками: ведущего (насосного), ведомого (турбинного) колес и неподвижного рабочего колеса, воспринимающего реактивный момент. Каждое рабочее колесо закреплено на своем валу: насосное колесо крепится на валу маховика двигателя; турбинное колесо крепится на первичном валу коробки передач; рабочее колесо соединяется с неподвижным валом через роликовый механизм свободного хода.
Коробка передач (двухступенчатая) состоит из первичного, вторичного и промежуточного валов с зубчатыми колесами, фрикционных сцеплений включения понижающей и «прямой» передач и соединения насосного и турбинного колес, зубчатого венца и зубчатой муфты включения передачи заднего хода с пневмоцилиндром и пружиной на штоке, большого и малого шестеренчатых насосов, центробежного регулятора.


При работающем двигателе насосное колесо воздействует лопастями на жидкость, заставляя ее не только вращаться вместе с ним, но и перемещаться вдоль лопастей по направлению к выходу, вследствие чего поток жидкости проходит через турбинное колесо, затем через реактор и возвращается к входу в насосное колесо. Жидкость циркулирует по замкнутому кругу. При этом насосное колесо передает энергию потоку жидкости, а она — турбинному колесу. Величины передаваемой потоком энергии и силового воздействия на лопасти зависят от величины скорости жидкости и ее направления.
У автомобильных гидротрансформаторов реактор соединен с его неподвижным валом через роликовый механизм свободного хода. При изменении направления момента рабочего колеса (из-за увеличения угловой скорости турбины) рабочее колесо отключается и вращается свободно, не воспринимая реактивного крутящего момента. С уменьшением угловой скорости турбинного колеса механизм свободного хода заклинивается, рабочее колесо снова останавливается и начинает воспринимать крутящий момент. Такие гидротрансформаторы называются комплексными. Для повышения КПД гидротрансформаторы блокируют, соединяя насосное и турбинное колеса с помощью фрикционного сцепления.
В нейтральном положении фрикционы понижающей и «прямой» передач, соединения насосного и турбинного колес выключены и крутящий момент на ведомый (вторичный) вал не передается. На понижающей передаче включается фрикцион. Крутящий момент передается через гидротрансформатор, фрикцион понижающей передачи, зубчатые колеса понижающей передачи промежуточного вала и зубчатую муфту включения ведомого (вторичного) вала. Переключение на прямую передачу происходит автоматически, одновременным выключением фрикциона передачи. Момент от ведущего (первичного) вала передается через фрикцион прямой передачи на ведомый (вторичный) вал.
Для движения автомобиля задним ходом зубчатая муфта вводится в зацепление с блоком зубчатых колес заднего хода, сжимая пружину включения зубчатой муфты. Затем включается фрикцион понижающей передачи. Крутящий момент передается через гидротрансформатор, фрикцион понижающей передачи, зубчатые колеса промежуточного вала, блок зубчатых колес заднего хода и зубчатую муфту на ведомый (вторичный) вал, который вращается в направлении, противоположном вращению ведущего (первичного) вала.

Гидромеханическая коробкая передач: устройство и прицип работы

Гидромеханическая коробка передач (ГМП) — это трансмиссия высокой проходимости с автоматическим управлением. ГМП поддерживает необходимую скорость автомобиля в разных режимах движения, упрощая процесс вождения. Подобные коробки используют в легковых автомобилях, грузовиках, автобусах, в тяжёлой технике мощностью до 1000 л. с. Гидромеханические коробки передач производят компании ZF, Borg Warner, Aisin, Mercedes-Benz, Voith, Honda, Allison, Caterpillar, Komatsu, БелАЗ и др.

Роль АКПП с гидромеханическим управлением

Что будет, если двигатель соединить напрямую с колёсами: машина лениво начнёт движение и поедет с максимальной скоростью 20 км/ч. По законам физики сила, которую должны преодолеть колёса равна F=ma+Fтр , где m — масса автомобиля, Fтр — сила трения с поверхностью земли. Двигатель достигнет максимальной мощности при оборотах 5000 — 6000 об/мин, но в таком режиме работы ресурс агрегата быстро иссякнет.

Чтобы мгновенно стартовать после нажатия педали газа, и защитить двигатель от перегрузки, в машине установлена трансмиссия. Она также способна изменять крутящий момент, ускоряя или замедляя автомобиль. Этот узел трансмиссии называется коробка переключения передач — КПП.

По типу переключения скоростей различают механические и автоматические КПП:

  • механикой полностью управляет водитель, выжимая педаль сцепления и переводя рычаг для изменения скорости;
  • в автоматах работает гидромеханическая передача с минимальным участием водителя.

Гидромеханическое управление облегчает и упрощает работу водителя, снимая часть «обязанностей». Плавность и бесшумность АКПП повышает комфорт вождения при трогании и разгоне. Также ГМП защищает двигатель и коробку от динамических нагрузок, которые может создать водитель, постоянно «выжимая» газ.

Основные элементы гидромеханической коробки передач:

  • гидротрансформатор;
  • масляный насос;
  • коробка передач;
  • система управления.

Функции гидротрансформатора

Гидромеханическая коробка передач работает за счёт движения жидкости, которую качает масляный насос. Главный «потребитель» масла — гидротрансформатор (ГДТ). ГДТ преобразует и передаёт крутящий момент от коленчатого вала в трансмиссию через работу жидкости.

Конструктивно ГДТ представляет собой набор лопастных колёс, «запертых» в герметичной камере в форме бублика:

  • насосное колесо приварено к чаше корпуса и соединено с коленвалом;
  • турбина через ступицу насажена на вал трансмиссии, и механически не связана с насосным колесом;
  • реакторное колесо установлено между турбиной и насосом. Предназначено для усиления крутящего момента.

Гидромеханическая коробка передач начинает работать с запуском двигателя: включается масляный насос и насосное колесо. На лопасти колеса попадает жидкость и раскручивается вокруг оси ГДТ. Под действием центробежной силы масло отбрасывается на лопасти турбины, проходит через реактор и возвращается к насосному колесу. Под давлением потока лопатки турбины начинают вращаться, передавая крутящий момент по валу в коробку передач.

Чем выше обороты двигателя, тем быстрее вращаются колёса ГДТ, а крутящий момент снижается. Без реактора «бублик» работал бы только в режиме гидромуфты, передавая вращение без трансформирования. В момент, когда скорости насоса и турбины выравниваются, реактор начинает свободно вращаться, усиливая давление жидкости, попадающей на лопасти насоса.

Большая часть энергии двигателя уходит на перемещение и нагрев масла в ГДТ. В результате снижается общий КПД, и растёт расход топлива. Для устранения этого недостатка в «бублик» устанавливают муфту блокировки с фрикционной накладкой. При включении муфты двигатель и трансмиссия жёстко сцепляются, и передача момента происходит без потерь.

Передаточное число гидротрансформатора достигает максимально 2,5 — 3, что не достаточно для устойчивой работы двигателя в разных режимах движения машины. Нет возможности включить задний ход, поскольку колёса ГДТ вращаются только в одном направлении. Для компенсации этих недостатков гидромеханическая коробка передач оснащена дополнительным узлом.

Конструкция гидромеханики

В ГМП применяют простые ступенчатые или планетарные механизмы с электронным управлением. Принцип работы гидромеханической коробки передач в обоих вариантах заключается в изменении скорости вращения выходного вала за счёт различных передаточных чисел зубчатых передач.

Как работает вальная кпп

Устройство гидромеханической коробки передач вального типа похоже на механическую КПП. Преобразование крутящего момента происходит ступенчато через включение и отключение зубчатых передач, расположенных на параллельных валах. Количество и размер шестерённых пар соответствует определённому передаточному числу.

Первичный, входной вал, получает крутящий момент от гидротрансформатора. Через пару постоянно сцепленных шестерней мощность передаётся на вторичный вал, а затем на колёса. Для получения прямой передачи, в конструкцию добавляют промежуточный вал, а первичный и вторичный валы располагают на одной оси.

Для расширения диапазона скоростей применяются многовальные конструкции с 4 и более валами. Работа коробки при этом усложняется, увеличиваются габариты и масса. Подобные ГМП встречаются на грузовиках-тягачах.

Зубчатыми передачами управляют фрикционные многодисковые муфты. Муфта становится тормозом, когда соединяется с корпусом ГМП. Для включения блокировки масляный насос подает гидравлическое давление на фрикционы. Благодаря фрикционам скорость переключается плавно, а использование гидропривода ускоряет торможение.

Гидромеханические коробки передач вального типа плохо справляются с растущей тягой от повышения грузоподъёмности транспорта, с ужесточением требований по топливной экономичности. Рост параметров значительно увеличивает массу и габариты конструкции. По этим причинам вальные КПП заменяют на планетарные передачи.

Как работает планетарная кпп

Инженеры предпочитают устанавливать в гидромеханическую КПП планетарный механизм вместо ступенчатой конструкции по следующим причинам:

  • компактные размеры;
  • плавная и быстра работа;
  • нет разрыва в передаче мощности при переключении передач;
  • большое количество передаточных чисел за счёт использования многорядных конструкций.

Простая планетарная передача состоит из центральных шестерней: с внутренними зубьями — короны, с внешними зубьями — солнца. Между ними обкатываются зубчатые колёса сателлиты, оси которых закреплены на раме-водиле. В зависимости от конструкции водило соединено с выходным валом или коронной шестерней.

Устройство планетарной коробки определяет её принцип действия. Чтобы изменить крутящий момент гидротрансформатора, один из элементов планетарной передачи вращают, а другой элемент затормаживают. Третий элемент становится ведомым, а его скорость определяется числом зубьев всех шестерней.

 

Для получения прямой передачи водило и солнечную шестерню жёстко соединяют. Корона не может проворачиваться относительно закреплённой системы, поэтому механизм вращается как единый узел. Передаточное число в этом случае равно 1.

Чтобы получить задний ход, центральные шестерни вращают в одну сторону. Для этого останавливают сателлиты, блокируя водило.

В качестве тормозов планетарной коробки передач используют тормозные ленты или фрикционные диски. Блокировочные элементы работают в автоматическом режиме по сигналу электроники.

Электронная часть гидромеханической акпп

В гидромеханическом автомате отсутствует сцепление, поэтому каждая ступень коробки снабжена элементом переключения. Работу элементов контролирует электронный блок ЭБУ, связанный с блоком управления двигателем. Во время переключения передач автоматически регулируется частота вращения мотора, что помогает достичь оптимальных рабочих характеристик агрегата.

Система электронного управления гидромеханической коробки передач разбита на подсистемы:

  • измерительную — для сбора параметров с датчиков давления, температуры и т.д.;
  • функциональную — для управления маслонасосом, регуляторами давления и т.д.;
  • управляющую — для выдачи сигнальных импульсов.

Для автоматизации управления помимо ЭБУ в систему входят электроклапаны, датчики, усилители, регуляторы, корректирующие элементы и т.д. Электроклапаны — соленоиды, расположены в гидроблоке, и по сигналу ЭБУ открывают канал гидроплиты для прохода жидкости к фрикционам, гидротрансформатору и другим узлам.

В зависимости от положения селектора ЭБУ действует по программному алгоритму, заложенному в память:

  • при плавном разгоне дроссельная заслонка двигателя открывается медленно. Компьютер отслеживает степень открытия заслонки и посылает импульсы узлам гидромеханической коробки передач для увеличения скорости. При достижении первой передачи (20 км/ч), коробка переходит на вторую скорость. Такой режим движения называется «экономичным»;
  • при агрессивном разгоне ЭБУ работает в «спортивном» режиме. Каждая последующая передача включаются после того, как двигатель максимально раскрутится. Если водитель отпустит педаль газа, обороты упадут не сразу. В этом режиме мотор развивает максимальную мощность, увеличивается расход топлива и снижается ресурс АКПП.

«Умное» управление проводит самодиагностику для корректирования работы ГМП. Например, если масло в коробке грязное, то в системе падает давление. Для защиты узлов ЭБУ может блокировать переключение передач, перераспределять нагрузку между электроклапанами, запретить включение гидротрансформатора. Неисправности и сбои в коробке компьютер записывает в виде кодов.

Компьютер умеет адаптироваться, выбирая подходящий режим под стиль вождения, динамику разгона и манеру торможения. Адаптация снижает износ коробки за счёт снижения числа переключений. При этом повышается комфорт водителя и безопасность движения.

Сильные и слабые стороны гидромеханики

Гидромеханическая коробка передач привлекает водителей простым управлением, плавностью переключения, низкой ценой по сравнению с вариаторами или DSG. И это ещё не все достоинства.

Сильные стороны Слабые стороны
 Высокая безопасность движения, поскольку водитель больше концентрируется на дороге.

 

Дорогой ремонт из-за сложной конструкции и количества электроники.
Лёгкая и быстрая обучаемость вождения для новичков. Высокий расход и стоимость оригинального масла .
Защита двигателя от перегрузок, за счёт автоматического переключения скоростей и адаптации к стилю вождения. При долгих и частых пробуксовках масло в коробке перегревается, поэтому нужно избегать движения по грязи.
КПД гидротрансформатора достигает 97% при включении муфты блокировки. Фрикционы истираются, загрязняя и перегревая трансмиссионную жидкость.
За счёт использования реактора момент на турбинном колесе ГДТ приумножает крутящий момент двигателя. Это повышает ресурс и проходимость автомобиля. В мороз гидромеханику нужно долго прогревать, чтобы масло пришло в рабочее состояние.
Гидромеханическая коробка передач

имеет возможность автоматизации каждого узла, что делает трансмиссию перспективной.

Автоматизация ГМП не позволяет водителю полностью «прочувствовать» управление автомобилем.

Гидромеханическая коробка передач будет работать безотказно долгие годы при регулярном техобслуживании и соблюдении условий эксплуатации.

Перспективы использования гидромеханической коробки передач

Гидромеханическая коробка  передач постоянно совершенствуется:

  • растёт число ступеней: ZF поставляет 9-ступенчатую ZF9НР для легковых автомобилей, Caterpillar устанавливает в спецтехнику 7-ступенчатые ГМП;
  • меняются кинематические схемы;
  • отрабатываются новые алгоритмы электронного управления;
  • снижается расход топлива и выбросов;
  • повышается скорость и плавность работы.

Большую перспективу имеет гидромеханическая коробка передач с планетарным механизмом. Трансмиссия подходит для маломощных и сверхмощных двигателей за счёт добавления новых планетарных рядов и варьирования передаточными числами. Новые технические решения повышают экономичность автомобиля. Добавление ступеней устраняет «провалы» в переключении скоростей, достигая максимальной плавности.

Производители выпускают ГМП разных типоразмеров для мощности двигателя от 50 до 1500 кВт. С ростом грузоподъёмности спецтехники увеличивается КПД и тяговые характеристики трансмиссии.

Развитие интеллектуальных автоматизированных систем управления и диагностики направлено на повышение эффективности автомобиля и обеспечения безопасности водителя. Гидромеханическая коробка передач приспособлена к автоматизации, что открывает большие возможности для расширения функциональности механизмов и систем.

Заключение

Гидромеханическая трансмиссия в автомобилях используется с 1940-х годов, а переход на электронное управление начался в 1980-х. С тех пор АКПП стала более функциональной, плавной, надёжной. Удачная конструкция позволяет совершенствовать систему управления и повышать технические характеристики, а значит расширять сферу применения гидромеханических коробок передач.

Страница не найдена — АКПП

Масло для АКПП

Замена масла в четырехступенчатой АКПП на Хендай Акцент – обязательная процедура. Хоть гидравлический автомат

Все про автоматическую коробку передач

Сегодня я расскажу об аварийном режиме, в который встает АКПП, когда она неисправна. Хочу

Ремонт и обслуживание АКПП

На днях мне привезли на ремонт АКПП автомобиля Тойота Камри. Японские машины так же,

Масло для АКПП

Приехал однажды ко мне на СТО дядька на Прадо 150 и говорит: «Что скажешь

Масло для АКПП

Здравствуйте, дорогие читатели! Сегодня я хотел бы рассказать вам о замене масла в АКПП

Масло для АКПП

Однажды меня попросили сделать замену масла в АКПП автомобиля Хонда Аккорд 7. Серьезных сложностей

Страница не найдена — АКПП

Ремонт и обслуживание АКПП

Рено Сандеро с 4-ступенчатым автоматом не теряет позиций в продажах на первичном и вторичном

Масло для АКПП

Принцип работы АКПП и гидроусилителя руля основан на работе жидкостей, таких как ATF Dexron

Определение типа АКПП

Квалифицированному специалисту по силовым агрегатам не составит труда определить тип АКПП, однако, бывают ситуации,

Масло для АКПП

Стоимость полной замены масла в АКПП Ниссан Патфайндер R51 в сервисе обойдётся в 11

Ремонт и обслуживание АКПП

Хотел бы вначале поинтересоваться: у вас автомобиль Мазда, и, если да, вы ставили его

Ремонт и обслуживание АКПП

Ремонт АКПП транспортного средства Мерседес требует определенных знаний и усилий. Самым популярным автоматом, который

Гидромеханическая коробка передач

Автор admin На чтение 5 мин. Просмотров 2.6k.

Традиционное устройство автомобиля включает в себя в качестве обязательного элемента его конструкции такие узлы, как сцепление и КПП. Однако меняющийся стиль и образ современной жизни, с уклоном в сторону обеспечения все большего комфорта, приводит к изменению этих традиционных узлов машины. Им на смену зачастую приходит гидромеханическая трансмиссия.

Трансмиссия? А это что такое и зачем?

Для автомобиля трансмиссией будет всё, что обеспечивает поступление крутящего момента к колёсам от двигателя, в том числе КПП и сцепление. В классическом транспортом средстве это было именно так. Но, как уже отмечалось выше, в современных легковых автомобилях им на смену приходит АККП. В этом случае управление машиной значительно упрощается – не надо пользоваться сцеплением и переключать вручную КПП. Педаль сцепления просто-напросто отсутствует, а переключения выполняются автоматически.

Происходит это благодаря гидромеханической коробке передач. Чтобы понять, что это такое, лучше всего вспомнить о двух основных моментах, возникающих во время управления автомобилем:

  • необходимости отключения от двигателя трансмиссии при переключении передач;
  • изменении значения крутящего момента, передаваемого от мотора к колесам при изменении дорожных условий.

В обычной автомашине это происходит при нажатии на сцепление и переключении ручки коробки передач. Однако в машинах с АКПП подобное действие во многих случаях выполняет гидромеханическая коробка передач.

Об устройстве гидромеханической коробки

Говоря про устройство применяемой в составе легкового автомобиля гидромеханической коробки передач, надо отметить ее основные узлы:

  1. гидротрансформатор;
  2. управляющие механизмы;
  3. механическая коробка передач.

Про гидротрансформатор

Основой гидромеханического автомата является гидротрансформатор. Фактически в гидромеханической АКПП он выполняет роль, аналогичную сцеплению в обычном автомобиле – передает момент от двигателя к коробке.


Как видно из рисунка, устройство гидротрансформатора довольно простое и включает в себя три колеса специальной формы:
  • насосное, осуществляющее связь между двигателем и гидротрансформатором;
  • турбинное, выполняющее связь с валом (первичным) коробки передач;
  • реакторное, предназначенное для усиления крутящего момента.

Все эти турбины закрыты специальным корпусом и на три четверти погружены в масло, заполняющее внутренний объем. Гидромеханический привод работает таким образом – насосное колесо, на которое поступает вращающий момент от двигателя, вращаясь, направляет на турбинное колесо поток масла, которое им раскручивается и предает усилие на вал коробки передач.

Происходит циркуляция масла по сложной траектории – с внешней части насосного кольца на внешнюю часть турбинного, а затем через центр устройства обратно к насосному. Следствием такого движения является гидромеханическая передача момента к коробке передач от мотора.

Такой гидромеханический привод обладает особенностью – из-за присутствия третьего, реакторного колеса, возможно усиление передаваемого момента. Происходит это благодаря его расположению в центре гидротрансформатора.

Когда осуществляется гидромеханическая передача момента, поток масла от турбинного колеса направляется к центру устройства и затем возвращается обратно к насосному. Однако на его пути расположено реакторное колесо, и поток, оказывая на него давление, вызывает с его стороны ответную реакцию, которая, воздействуя на турбину, усиливает момент, переданный от насосного колеса.


Такое дополнительное воздействие, возникающее, когда происходит гидромеханическая передача мощности от мотора, приводит к тому, что она увеличивается. Величина усиления зависит от разности скоростей межу колесами гидротрансформатора, чем она больше, тем более значительным оно будет. Это особенно полезно при начале движения, когда выполняется гидромеханическая передача мощности от двигателя, работающего на холостом ходу, к неподвижной трансмиссии.

Очень полезным фактом являет то, что гидравлический привод автоматически устанавливает нужное передаточное число между колесами и двигателем, благодаря изменению величины напора жидкости при ее передаче между напорным и турбинным дисками.

Однако диапазон такого изменения достаточно небольшой, и при этом отсутствует возможность, используя гидромеханический привод, разорвать связь между трансмиссией и мотором, поэтому гидротрансформатор работает последовательно с планетарной коробкой, позволяющей устранить отмеченные недостатки.

Про планетарную коробку

В гидромеханической АКПП чаще всего используется планетарный механизм, устройство которого понятно из приведённого ниже рисунка.


В самом простейшем варианте крутящий момент поступает на солнечную шестерню 6, с которой шестерни-сателлиты 3 находятся в постоянном зацеплении, они свободно вращаются на своих осях. На них установлено водило 4, соединенное с валом 5, сателлиты 3 постоянно находятся в зацеплении с шестерней 2, на внутренней поверхности которой имеются зубья.

Когда коронная шестерня 2 заторможена, момент через водило 4 поступает на ведомый вал, а когда шестерня расторможена, то сателлиты передают момент на нее, а ведомый вал остается неподвижным.
В АКПП используются фрикционные муфты сцепления и ленточные тормоза, а управление ими осуществляется с помощью гидромеханической системы, представляющей собой различные каналы, пружины и насос для создания давления масла.

Достоинства и недостатки гидромеханической коробки

В соответствии с приведенным описанием конструкцию гидромеханической коробки передач можно представить как последовательное соединение гидротрансформатора, коробки передач (обычно планетарной) с фрикционами, а также гидравлической системой управления.
Достоинством такой АКПП считаются:

  1. исключение ручного переключения передач;
  2. обеспечение передачи мощности без прерывания и рывков, особенно при начале движения.

Однако такая АКПП обладает и своими недостатками. Один из них – потеря крутящего момента, вызванная тем, что в состав автоматизированной коробки входит гидротрансформатор.

По данным проведенных замеров, эффективность подобной АКПП не превышает восьмидесяти шести процентов, тогда как у обычной механической коробки она составляет девяносто восемь процентов.


Однако это самый простой вариант гидромеханической АКПП, разрабатываются и устанавливаются на легковые автомашины новые, значительно более совершенные варианты подобной коробки.

Гидромеханическая коробка позволяет освободить водителя от их переключения при движении автомашины, что особенно актуально для начинающих водителей, повысить безопасность движения и обеспечить при этом дополнительный комфорт.

Мне нравится1Не нравится
Что еще стоит почитать

Гидромеханические коробки передач.


Гидромеханические коробки передач




Гидромеханическая передача является комбинированной, в которой наряду с гидротрансформатором применяется ступенчатая коробка передач. Обычно такую коробку передач сокращенно называют ГМП или ГМКП.

Гидротрансформатор, как и гидромуфта был изобретен немецким профессором Германом Феттингером в начале прошлого века. Прежде чем найти применение на автомобилях, эти гидродинамические передачи использовались в судостроении.

На автомобилях ГМП впервые появилась в США — в 1940 г. коробка Hydramatic была установлена на автомобилях Oldsmobile. В настоящее время в США гиромеханическими коробками передач оснащаются почти 90 % легковых автомобилей, а также все городские автобусы и значительная часть грузовых автомобилей.
В Европе массовое применение гидромеханических коробок передач началось только в начале семидесятых годов прошлого века, когда эти передачи нашли применение в автомобилях Mercedes-Benz, Opel, BMW.

Изменение режимов работы гидротрансформатора происходит автоматически. Если увеличивать нагрузку на выходе из гидротрансформатора, то происходит уменьшение угловой скорости турбины, что приводит к увеличению коэффициента трансформации.

К сожалению, гидротрансформатор имеет малый диапазон передаточных чисел, не обеспечивает движения задним ходом, не разобщает двигатель от трансмиссии (необходима сложная система опорожнения проточных частей от рабочей жидкости). Поэтому за гидро¬трансформатором устанавливают специальную коробку передач, которая компенсирует указанные недостатки. Такая гидромеханическая передача является бесступенчатой и позволяет получить любое передаточное число в заданном диапазоне.

В гидромеханических передачах в основном применяются механические планетарные коробки передач, которые легко поддаются автоматизации, но иногда используют и вальные ступенчатые коробки передач с автоматическим управлением.

Устройство и работа гидротрансформатора, а также его отличие от гидромуфты подробнее рассмотрено здесь.

В некоторых случаях гидротрансформатор устанавливается дополнительно к стандартному фрикционному сцеплению и ступенчатой коробке передач, при этом переключение передач происходит ручным способом.
В такой конструкции достаточно однодискового сцепления, так как оно служит только для отключения первичного вала коробки передач от турбинного колеса трансформатора при переключении передач, а плавность увеличения крутящего момента обеспечивает гидротрансформатор.
Достоинством такой передачи является относительная простота конструкции и управления по сравнению с автоматизированной передачей. Однако наиболее часто гидротрансформатор используется в сочетании двух- или трехступенчатой коробкой передач без стандартного фрикционного сцепления.
Коробки передач выполняются вальными или чаще планетарными. Управление переключением передач автоматическое или полуавтоматическое.

***

Двухступенчатая вальная коробка передач

Гидротрансформатор в сочетании с двухступенчатой вальной коробкой передач применяется в гидромеханической передаче автобуса ЛиАЗ-677М (рис. 1).
Она представляет собой редуктор с расположенными внутри него валами: первичным 3, вторичным 11 и промежуточным 15. Первичный вал связан с турбиной гидротрансформатора, а вторичный вал – с карданной передачей трансмиссии. Первая (понижающая) передача имеет передаточное число 1,79, а вторая передача – прямая, т. е. ее передаточное число равно единице.

Особенностью такой коробки передач является то, что для включения передач наряду с зубчатой муфтой используются многодисковые муфты (фрикционы), работающие в масле.
Ведущие диски фрикционов – стальные, а ведомые – металлокерамические. Они устанавливаются на внутренних или наружных шлицах и имеют возможность незначительного перемещения в осевом направлении. В разъединенном положении пакет дисков удерживают пружины, сжимание дисков происходит от воздействия масла, подаваемого в цилиндр включения фрикциона.

При включении первой передачи срабатывает фрикцион 5, который блокирует зубчатое колесо 4 с первичным валом 3. Муфта 8 при этом смещается влево и блокирует зубчатое колесо 7 с вторичным валом 11.
Крутящий момент передается через зубчатое колесо 4 первичного вала, зубчатые колеса 16 и 14 промежуточного вала и зубчатое колесо 7 на вторичный вал 11. При включении второй передачи срабатывает фрикцион 6, который блокирует первичный вал 3 с вторичным валом 11. Муфта 8 устанавливается в нейтральное положение.

Для движения задним ходом муфта 8 перемещается в правое положение и блокирует зубчатое колесо 10 с вторичным валом 11, затем включается фрикцион 5. Крутящий момент передается через зубчатые колеса 4, 16, 13, 12, 10 на вторичный вал 11 коробки передач.

При включении фрикциона 2 происходит блокировка гидротрансформатора, когда турбинное и насосное колеса жестко соединяются друг с другом, и он переходит в режим гидромуфты.

***



Трехступенчатая планетарная коробка передач

В гидромеханических передачах наибольшее применение нашли планетарные коробки передач. Они обладают компактностью, пониженным уровнем шума при работе и длительным сроком службы. Переключение передач в них происходит практически без разрыва потока мощности.

Основным звеном планетарной коробки передач является планетарный ряд (рис. 2), состоящий из эпициклического (коронного) зубчатого колеса 1, солнечного зубчатого колеса 2, водила 3 и сателлитов 4.
Оси сателлитов установлены на водиле и вращаются вместе с ним, т. е. они подвижны. В зависимости от того, какой элемент планетарного ряда является ведущим, а какой заторможен, происходит изменение передаточных чисел планетарного ряда.

Двухступенчатые коробки передач имеют один планетарный ряд. Многоступенчатые могут иметь два и более планетарных рядов, которые связаны друг с другом.
Торможение элементов планетарных рядов при переключении передач производится фрикционными муфтами (фрикционами) или ленточными тормозными механизмами.

Конструкция гидромеханической передачи легкового автомобиля, в которой гидротрансформатор сочетается с трехступенчатой планетарной коробкой передач представлена на рис. 3.

Гидротрансформатор 1 состоит из трех колес с лопастями. Вал 2 турбинного колеса является ведущим валом коробки передач. Ведомый вал 12 коробки передач расположен соосно с ведущим валом. Коробка передач включает два одинаковых планетарных ряда 7 и 8, три многодисковых фрикциона 5, 6, 9 и два ленточных тормозных механизма 4, 10.

Переключение передач осуществляется включением фрикционов и тормозных механизмов в различных комбинациях (рис. 4).
В нейтральном положении включен тормозной механизм 10 (рис. 3) и сблокирована муфта 13 свободного хода. Ведомый вал 12 не вращается.

На первой передаче включены фрикцион 6 и тормозной механизм 10, а также включена муфта 13 свободного хода. Эпициклическое зубчатое колесо планетарного ряда 8 вращается с угловой скоростью ведущего вала 2, а солнечное зубчатое колесо заторможено, водило вращает эпициклическое зубчатое колесо планетарного ряда 7, в котором солнечное зубчатое колесо также заторможено. Ведомым является водило этого ряда, выполненное заодно с ведомым валом 12. Муфта свободного хода 13 включена.

На второй передаче включены фрикцион 5 и тормозной механизм 10. Эпициклическое зубчатое колесо планетарного ряда 8 вращается свободно, а планетарного ряда 7 – с угловой скоростью ведущего вала 2.
Так как солнечное зубчатое колесо заторможено, то вращается водило и ведомый вал 12. Муфта свободного хода 13 включена.

На третьей передаче включены фрикционы 5 и 6, а также тормозной механизм 10. Эпициклическое зубчатое колесо и водило планетарного ряда 8 ведущие. С такой же угловой скоростью вращаются эпициклические зубчатые колеса и водило планетарного ряда 7, т. е. ведущий и ведомый валы вращаются с одинаковой частотой.

На передаче заднего хода включен фрикцион 6 и тормозной механизм 4. Водило планетарного ряда 8 заторможено, а эпициклическое зубчатое колесо ведущее.
Солнечное зубчатое колесо вращается в обратном направлении, в этом же направлении вращается солнечное зубчатое колесо планетарного ряда 7. Так как эпициклическое зубчатое колесо планетарного ряда 7 заторможено, ведомым является водило, связанное с ведомым валом 12.
Муфта свободного хода 13 заблокирована.

***

Управление гидромеханической коробкой передач


Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Гидромеханические коробки передач — гидротрансформатор, планетарная коробка передач

Основным неудобством при использовании механических ступенчатых коробок передач является то, что водителю для переключения передач постоянно приходится нажимать на педаль сцепления и перемещать рычаг переключения передач. Это требует от него затрат значительных физических сил, особенно в условиях городского движения или при управлении автомобилем, работающим с частыми остановками. Для устранения таких неудобств и облегчения работы водителя на легковых, грузовых автомобилях и автобусах все более широкое применение получают гидромеханические коробки передач. Они выполняют одновременно функции сцепления и коробки передач с автоматическим или полуавтоматическим переключением передач. При гидромеханической коробке передач управление движением автомобиля осуществляется педалью подачи топлива и при необходимости тормозной педалью.

Гидромеханическая коробка передач состоит из гидротрансформатора и механической коробки передач. При этом механическая коробка передач может быть двух-, трех- или многовальной, а также планетарной.

Гидромеханические коробки с вальными механическими коробками передач применяются главным образом на грузовых автомобилях и автобусах. Для переключения передач в таких коробках используются многодисковые муфты (фрикционы), работающие в масле, а иногда – для включения низшей передачи и заднего хода – зубчатая муфта. Переключение передач фрикционами происходит без снижения скорости вращения коленчатого вала двигателя, т.е. бесступенчато – без разрыва передаваемых мощности и крутящего момента.

Гидромеханические коробки с планетарными механическими коробками передач получили наибольшее распространение и применяются на легковых, грузовых автомобилях и в автобусах.

Их преимущества: компактность конструкции, меньшие металлоемкость и шумность, больший срок службы.

К недостаткам относятся сложность конструкции, высокая стоимость, пониженный КПД.

Переключение передач в этих коробках производится при помощи фрикционных муфт и ленточных тормозных механизмов. При этом при включении одной передачи часть фрикционных муфт и ленточных тормозных механизмов пробуксовывает, что также снижает их КПД.

Гидротрансформатор

Гидротрансформатор (рисунок 1) представляет собой гидравлический механизм, который размещен между двигателем и механической коробкой передач. Он состоит из трех колес с лопатками – насосного (ведущего), турбинного (ведомого) и реактора. Насосное колесо 3 закреплено на маховике 1 двигателя и образует корпус гидротрансформатора, внутри которого размещены турбинное колесо 2, соединенное с первичным валом 5 коробки передач, и реактор 4, установленный на роликовой муфте 6 свободного хода. Внутренняя полость гидротрансформатора на 3/4 своего объема заполнена специальным маслом малой вязкости.

Рисунок 1 – Гидротрансформатор

а – общий вид; б – схема; 1 – маховик; 2 – турбинное колесо; 3 – насосное колесо; 4 – реактор; 5 – вал; 6 – муфта

При работающем двигателе насосное колесо вращается вместе с маховиком двигателя. Масло под действием центробежной силы поступает к наружной части насосного колеса, воздействует на лопатки турбинного колеса и приводит его во вращение. Из турбинного колеса масло поступает в реактор, который обеспечивает плавный и безударный вход жидкости в насосное колесо и существенное увеличение крутящего момента. Таким образом, масло циркулирует по замкнутому кругу, обеспечивая передачу крутящего момента в гидротрансформаторе.

Характерной особенностью гидротрансформатора является увеличение крутящего момента при его передаче от двигателя к первичному валу коробки передач. Наибольшее увеличение крутящего момента на турбинном колесе гидротрансформатора получается при трогании автомобиля с места. В этом случае реактор неподвижен, так как заторможен муфтой свободного хода. По мере разгона автомобиля увеличиваются скорости вращения насосного и турбинного колес. При этом муфта свободного хода расклинивается, и реактор начинает вращаться с увеличивающейся скоростью, оказывая все меньшее влияние на передаваемый крутящий момент. После достижения реактором максимальной скорости вращения гидротрансформатор перестает изменять крутящий момент и переходит на режим работы гидромуфты. Таким образом происходит плавный разгон автомобиля и бесступенчатое изменение крутящего момента.

Гидротрансформатор автоматически устанавливает необходимое передаточное число между коленчатым валом двигателя и ведущими колесами автомобиля. Это обеспечивается следующим образом: с уменьшением скорости вращения ведущих колес автомобиля при увеличении сопротивления движению возрастает динамический напор жидкости от насоса на турбину, что приводит к росту крутящего момента на турбине и, следовательно, на ведущих колесах автомобиля.

Планетарная коробка передач

Планетарная коробка передач включает в себя планетарные механизмы. В простейшем планетарном механизме (рисунок 2) солнечная шестерня 6, закрепленная на ведущем валу 1, находится в зацеплении с шестернями-сателлитами 3, свободно установленными на своих осях. Оси сателлитов закреплены на водиле 4, жестко соединенном с ведомым валом 5, а сами сателлиты находятся в зацеплении с коронной шестерней 2, имеющей внутренние зубья.

Рисунок 2 – Планетарный механизм

1 – ведущий вал; 2 – коронная шестерня; 3 – сателлиты; 4 – водило; 5 – ведомый вал; 6 – солнечная шестерня; 7 – тормоз

Передача крутящего момента с ведущего вала 1 на ведомый вал 5 возможна только при заторможенной коронной шестерне 2 при помощи ленточного тормоза 7. В этом случае при вращении шестерни 6 сателлиты 3, перекатываясь по зубьям неподвижной шестерни 2, начнут вращаться вокруг своих осей и одновременно через водило 4 будут вращать ведомый вал 5. При растормаживании шестерни 2 сателлиты 3, свободно перекатываясь по шестерне 6, будут вращать шестерню 2, а вал 5 будет оставаться неподвижным.

На рисунке 3 приведена схема гидромеханической коробки передач, которая состоит из гидротрансформатора, трехвальной двухступенчатой механической коробки передач и системы управления. Наличие двухступенчатой механической коробки передач увеличивает диапазон регулирования крутящего момента.

Рисунок 3 – Схема гидромеханической коробки передач

1, 6, 7, 9, 10, 11, 13 – шестерни; 2, 3, 17 – фрикционы; 4 – муфта; 5, 12, 19 – ведомый, промежуточный и ведущий валы; 8 – регулятор; 14, 15 – насосы; 16 – коленчатый вал; 18 – гидротрансформатор

Гидромеханическая коробка передач включает ведущий 19, ведомый 5 и промежуточный 12 валы с шестернями, многодисковые фрикционные сцепления 2, 3, 17 (фрикционы) и зубчатую муфту 4 с приводом. К системе управления относятся передний 15 и задний 14 гидронасосы и центробежный регулятор 8, который воздействует на фрикционы 2, 3, 17, обеспечивающие переключение передач.

В нейтральном положении все фрикционы выключены, и при работающем двигателе крутящий момент на вторичный вал 5 не передается. На I (понижающей) передаче системой управления автоматически включается фрикцион 2. При этом ведущая шестерня 1, свободно установленная на ведущем валу 19 коробки передач, блокируется валом, а зубчатая муфта 4 устанавливается вручную в положение переднего хода с помощью дистанционной системы управления. Крутящий момент на I передаче от гидротрансформатора передается через фрикцион 2, шестерни 1, 13, 11, 10 и зубчатую муфту 4 на ведомый вал 5 коробки передач.

При разгоне на I передаче, когда гидротрансформатор автоматически осуществляет заданный диапазон регулирования крутящего момента, скорость возрастает до оптимального значения для переключения на II передачу. В этом случае центробежный регулятор 8 дает сигнал на включение фрикциона 3 и отключение фрикциона 2.

Автоматическая система управления обеспечивает включение II (прямой) передачи, при этом крутящий момент от первичного вала 19 коробки передач передается через фрикцион 3 непосредственно на вторичный вал, и скорость автомобиля возрастает до значения, определяемого диапазоном регулирования гидротрансформатором.

Гидромеханическая коробка передач на автомобилях

На рисунке 4 представлена двухступенчатая гидромеханическая коробка передач легкового автомобиля. Она состоит из гидротрансформатора 1, механической планетарной коробки передач с многодисковым фрикционом 3 и двумя ленточными тормозными механизмами 2 и 4 и гидравлической системы управления с кнопочным переключением передач. Кнопки соответственно означают: нейтральное положение, задний ход, I передача и движение с автоматическим переключением передач. В двухступенчатой механической коробке передач имеются два одинаковых планетарных механизма 5 и 6.

Рисунок 4 – Гидромеханическая коробка передач легкового автомобиля

1 – гидротрансформатор; 2, 4 – тормозные механизмы; 3 – фрикцион; 5, 6 – планетарные механизмы

В нейтральном положении фрикцион 3, а также тормозные механизмы 2 и 4 выключены. Трогание автомобиля с места происходит при включенной I передаче. В этом случае масло под давлением поступает в цилиндр тормозного механизма 2, лента которого затягивается, и солнечная шестерня планетарного механизма 6 останавливается.

Если включена кнопка «Движение», то при разгоне автомобиля происходит автоматическое переключение на II передачу, что обеспечивается одновременным выключением тормозного механизма 2 и включением фрикциона 3. В этом случае планетарные механизмы 5 и 6 блокируются и вращаются как одно целое.

Для движение автомобиля задним ходом включается только тормозной механизм 4.

Другие статьи по коробкам передач

гидравлическая трансмиссия | технология | Британника

гидравлическая трансмиссия , устройство, использующее жидкость для передачи и изменения линейного или вращательного движения и линейной или вращающей силы (крутящего момента). Существует два основных типа гидравлических систем передачи энергии: гидрокинетические, такие как гидравлическая муфта и гидротрансформатор, которые используют кинетическую энергию жидкости; и гидростатические, которые используют энергию давления жидкости.

Гидравлическая муфта — это устройство, соединяющее два вращающихся вала.Он состоит из крыльчатки с лопастями на приводном валу, обращенной к рабочему колесу с аналогичными лопастями на ведомом валу, причем рабочее колесо и рабочее колесо заключены в кожух, содержащий жидкость, обычно масло ( см. Рисунок ). Если нет сопротивления вращению ведомого вала, вращение ведущего вала заставит ведомый вал вращаться с той же скоростью. Нагрузка, приложенная к ведомому валу, замедлит его, и крутящий момент, или крутящий момент, имеет одинаковую величину на обоих валах.В правильно спроектированной гидравлической муфте при нормальных условиях нагрузки скорость ведомого вала примерно на 3 процента меньше скорости ведущего вала. С помощью черпаковой трубки количество жидкости в муфте и скорость ведомого вала можно изменять. Поскольку между рабочим колесом и рабочим колесом нет механической связи, гидравлическая муфта не передает удары и вибрации.

Гидравлический преобразователь крутящего момента аналогичен гидравлической муфте с добавлением неподвижной лопаточной детали, расположенной между рабочим колесом и рабочим колесом.Все три элемента заключены в кожух, содержащий жидкость, обычно масло. Эффект неподвижного элемента заключается в том, что крутящий момент или крутящий момент на ведомом валу превышает крутящий момент на приводном валу. Когда ведомый вал остановлен (заклинивает), крутящий момент на нем является максимальным и может в 3,5 раза превышать крутящий момент приводного вала. Гидравлический преобразователь крутящего момента действует как трансмиссия с бесступенчатой ​​регулировкой скорости, обеспечивая более высокий крутящий момент при низкой выходной скорости. В автоматических трансмиссиях для автомобилей он может использоваться как частичная или полная замена коробки передач и сцепления.

Гидравлические трансмиссии гидростатического типа представляют собой комбинацию гидравлических насосов и двигателей и широко используются в станках, сельскохозяйственной технике, угледобывающей технике и печатных станках. Двигатель и насос могут быть разделены на большие расстояния и соединены трубопроводами. Такая система, использующая воду под давлением, была построена в Лондоне в 1882 году и до сих пор используется для привода механизмов для подъема мостов и работы подъемников.

Введение в гидромеханические трансмиссии

Стоимость топлива и топливосберегающие характеристики бесступенчатых трансмиссий (CVT) увеличили давление, чтобы обеспечить возможность CVT все более и более крупной внедорожной техники.Архитектура гидромеханической трансмиссии позволяет меньшим гидравлическим компонентам обеспечивать рентабельную работу вариатора на более крупных машинах. В результате количество гидромеханических трансмиссий на рынке растет.

Схема гидромеханической трансмиссии концептуально проста с двумя параллельными трактами мощности ( Рис. 1 ). Гидравлический путь состоит из насоса и двигателя, называемого здесь «вариатором». Механический путь обычно представляет собой вал с одной или двумя шестернями.Эти пути связаны с обычными компонентами механической трансмиссии, такими как шестерни, валы, муфты и, по крайней мере, одна планетарная передача. Возможностей подключения очень много. В данном проекте именно детали этих взаимосвязей составляют основную часть интеллектуальной собственности и пригодности для целевого машинного приложения.

Гидромеханические трансмиссии используются в сельскохозяйственных тракторах давно. Они либо стандартны, либо предлагаются в качестве опции ( рис.2 ).

Гидромеханические трансмиссии до сих пор обычно не использовались в землеройном оборудовании. Считается, что сегмент колесных погрузчиков получит наибольшую выгоду от вариатора, и именно здесь можно найти последние предложения. Примеры в Fig. 3 были анонсированы и доступны сейчас или будут в ближайшее время.

Данные конструкции различаются по трем причинам:

  • Первый — это конструкция вариатора и его расположение, например, насос переменного рабочего объема с наклонной шайбой, двигатель постоянного рабочего объема с наклонной осью, установленный внутри.
  • Второй — тип муфты. Общие термины — это входное соединение, выходное соединение и составное разделение. Хотя подробности этой номенклатуры выходят далеко за рамки данной статьи, в ней обычно описывается, подключен ли входной или выходной вал трансмиссии напрямую через передаточное число к одному из валов вариатора. В случае составного разъема ни один из валов вариатора не подсоединяется напрямую.
  • Третий — количество диапазонов или режимов.Это количество различных механических взаимосвязей между механическими и гидравлическими путями за счет включения и выключения любых муфт в системах передач. Обратите внимание, что тип связи не обязательно одинаков для каждого диапазона или режима.

Рассмотрим топливную карту двигателя, показанную на рис. 4 . По вертикальной оси отложена мощность двигателя, а по горизонтальной оси — частота вращения двигателя. Пик каждого контура указывает максимальную мощность двигателя для данного расхода топлива.Географическое положение этих пиков определяет наилучшую скорость двигателя при минимальном расходе топлива.

Рассмотрим трансмиссию, описанную в рис. 5 . График в нижней части рисунка показывает, что для любой данной путевой скорости возможны только одна или две скорости вращения двигателя. Маловероятно, что одна из этих скоростей попадает в линию минимального расхода топлива Рис. 4 . Кроме того, ожидаемые изменения нагрузки, особенно если возникают какие-либо трудности с изменением передаточного числа, могут побудить оператора выбрать более высокую частоту вращения двигателя (более высокий расход топлива) и / или более низкую путевую скорость (более медленное время цикла).

Рассмотрим трансмиссию в рис. 6 . График в нижней части рисунка показывает, что для данной путевой скорости возможна почти любая частота вращения двигателя и, следовательно, она может соответствовать частоте вращения двигателя с минимальным расходом топлива, показанной на рис. 4 . Линии оборотов двигателя из графика рис. 5 включены для справки. Поскольку современные гидромеханические вариаторы так хорошо меняют передаточное число, проблем с изменениями нагрузки, как, например, может быть с дискретными ступенчатыми трансмиссиями, мало, если они вообще возникают.

Хотя информация в этой статье может не подготовить вас к проектированию гидромеханической трансмиссии, она позволит вам легче распознать их и их потенциальные преимущества.

ОБ АВТОРЕ: Майк Кронин всю свою карьеру проработал в Caterpillar, работая над внедорожными трансмиссиями, в первую очередь проектированием и разработкой нескольких гидромеханических трансмиссий и систем рулевого управления для гусеничных машин.Он ушел на пенсию в 2010 году, но продолжает работать в Caterpillar на неполной ставке. В настоящее время он имеет 23 патента в области трансмиссии.

Гидростатическая трансмиссия — обзор

6.4 Гидростатические трансмиссии

Гидростатические трансмиссии часто используются с маховиковыми аккумуляторами. Их главное преимущество — компактность и высокий КПД. Их главный недостаток — высокая стоимость, особенно там, где используются высокоэффективные агрегаты.

КПД аксиально-поршневого агрегата указан на Рисунок 6.5 работает как насос, а также как двигатель. Пиковые значения КПД более 96% и 93%, которые можно получить от этого устройства, типичны для хороших гидростатических машин. Однако пиковая эффективность передачи, возникающая в результате соединения этих блоков, ниже, чем произведение максимальной эффективности насоса и двигателя, поскольку пиковые значения не возникают в одинаковых условиях. Необходимо тщательно выбирать характеристики машины и передаточные числа между маховиком и насосом, а также между двигателем и ведомой машиной, если система должна работать эффективно в максимально широком диапазоне рабочего цикла.

Рисунок 6.5. Гидростатические трансмиссии, (а, б) КПД аксиально-поршневой гидростатической машины при работе в качестве насоса и двигателя; (c) Порядок величины КПД трансмиссии, состоящей из двух машин аксиально-поршневого типа

Порядок величины КПД трансмиссии, использующей две аксиально-поршневые машины, представлен как функция передаточного числа в , рис. 6.5. Используя машину с регулируемым рабочим объемом, можно получить изменение передаточного числа 4: 1.Если обе машины относятся к типу с регулируемым рабочим объемом, вариация 10: 1 достигается с хорошей эффективностью.

Гидростатические машины могут использоваться в трансмиссиях с разделением мощности, как показано в разделе 6.2. Очень простой тип передачи с разделением мощности, который не требует использования шестерен, — это так называемая «система разделения мощности реакции корпуса». В нем используются насос и двигатель, которые соединены вместе и имеют возможность вращаться. Вал двигателя «заблокирован», и мощность извлекается из корпуса.Изменяя рабочий объем двигателя (или насоса, или того и другого), система работает как устройство разделения мощности. Например, если рабочий объем двигателя установлен на ноль, то есть выход насоса заблокирован, корпус вращается вместе с входным валом, и вся мощность передается в механической форме с передаточным числом, равным единице.

За счет увеличения рабочего объема двигателя большая часть мощности передается через гидростатическую машину, а меньшая часть — через общий корпус.Можно легко продемонстрировать, что общее передаточное число составляет:

(6,3) τобщ = 11 + Qmotor / Qpump

, где Q — поставка каждой машины.

Если используется насос постоянного рабочего объема, максимальный рабочий объем двигателя должен в несколько раз превышать рабочий объем насоса, особенно если необходимо получить низкое передаточное число.

Мощность и крутящий момент, протекающие через гидравлическую и механическую ветви, вместе с КПД показаны на Рисунок 6.6б – д .

Рисунок 6.6. (а) Упрощенный чертеж передачи реакции обсадной колонны Бадалини. Управление передаточным числом осуществляется путем наклона наклонной шайбы двигателя и, для очень низкого передаточного числа, в обход части потока

(b) Эффективность передачи с разделением мощности реакции корпуса в зависимости от передаточного числа ω 0 / ω 1 . Трансмиссия оснащена насосом постоянного рабочего объема и двигателем переменного рабочего объема с максимальной производительностью, в три раза превышающей производительность насоса.

(c) мощность и (d) распределение крутящего момента между гидравлической и механической ветвями.

(Джайлс, Шестерни и трансмиссии , Iliffe Books, Лондон, 1969) Copyright © 1969

Трансмиссия имеет минимальное значение передаточного числа 1: 4, то есть максимальная подача двигателя в три раза превышает подачу насоса. Значения передаточного числа ниже расчетного минимума можно получить путем обхода части потока, но это резко снижает эффективность.Схема мотоциклетной трансмиссии кожухо-реактивного типа представлена ​​на рисунке Рисунок 6.6 .

Патент США на устройство для гидромеханической передачи крутящего момента Патент (Патент № 4,748,810, выданный 7 июня 1988 г.)

Уровень техники

1. Область изобретения

Настоящее изобретение относится к гидромеханическому устройству передачи энергии, приспособленному для привода ведомого вала от ведущего вала с любой скоростью вращения, равной, меньшей или большей, чем у ведущего вала.Таким образом, его можно рассматривать как гидромеханический привод с регулируемой скоростью.

2. Описание предшествующего уровня техники

Уже известны преобразователи крутящего момента, приспособленные для привода ведомого вала со скоростью ведущего вала, начиная, например, с нулевой скорости (функция увеличения скорости) с использованием лопаток турбины, прикрепленных к каждому из двух валов и погруженных в трансмиссию. жидкость. Эффективность гидравлического трансмиссионного устройства такого типа очень низка из-за потерь, связанных с трением и вязкостью применяемой трансмиссионной жидкости.По этой причине после того, как два вала синхронизированы, они механически соединяются во вращении без дальнейшего воздействия гидравлической трансмиссии: это требует специального устройства управления.

Помимо их низкой эффективности, известные в настоящее время устройства для передачи гидравлического крутящего момента относительно негибки в использовании, на практике практически не существует ничего, кроме основного положения, позволяющего довести ведомый вал до скорости ведущего вала.

Целью изобретения является устранение этих недостатков путем предложения высокоэффективного гидравлического устройства.

Другой задачей изобретения является устройство передачи крутящего момента, приспособленное для привода ведомого вала в широком диапазоне скоростей, охватывающем возможные скорости ведущего вала и обеспечивающем большую гибкость использования даже в случае ограниченного изменения скоростей ведомого вала.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение состоит в гидромеханическом устройстве передачи крутящего момента, содержащем три соосных вращающихся тела, а именно ведущее тело, промежуточное тело и ведомое тело, причем указанные ведущий и ведомый тела приспособлены для соединения с соответствующими коаксиальными валами для соединения друг с другом при вращении, и систему коррелятора скоростей, адаптированную для поддержания скоростей упомянутого ведущего и ведомого тел относительно упомянутого промежуточного тела в заданном соотношении, в котором устройство упомянутое промежуточное тело содержит гидравлический контур, упомянутые ведущие и промежуточные тела содержат дополнительные средства первого насоса, определяющие первое насос, приспособленный для создания потока жидкости в упомянутом гидравлическом контуре, упомянутые промежуточные и ведомые тела содержат дополнительные средства второго насоса, определяющие второй насос, приспособленный для создания потока жидкости в упомянутом гидравлическом контуре, и, по меньшей мере, один из упомянутых первого и второго насосов является переменной объемной вместимости, при этом устройство дополнительно содержит средства управления вариациями i n указанная переменная объемная емкость.

Таким образом, устройство такого типа содержит промежуточное вращающееся тело, которое не соединено напрямую ни с ведомым валом, ни с ведущим валом, и внутри которого происходит поток жидкости со скоростью, зависящей от относительных скоростей центрального и внешнего тел. относительно него, которые, кроме того, поддерживаются в постоянном соотношении, и на мгновенном соотношении объемных мощностей насосов, которые центральный и внешний корпус определяют каждый с промежуточным корпусом.Это устройство всегда сочетает гидравлическую и механическую передачу крутящего момента в пропорциях, которые меняются в зависимости от упомянутых относительных скоростей. Его эффективность высока, потому что, например, когда ведущий и ведомый валы синхронизированы, больше не возникает гидравлического потока или вязкого трения. Устройство также обладает значительной гибкостью, поскольку в соответствии с выбранным соотношением объемных мощностей насосов, которое может быть меньше, равно или больше отношения относительных скоростей, скорость ведомого вала может изменяться либо сторона ведущего вала.

Согласно предпочтительному признаку изобретения система для корреляции скоростей ведомого и ведущего тел относительно промежуточного тела представляет собой плоскую планетарную шестерню, предпочтительно типа II, что позволяет использовать передаточные числа, сильно отличающиеся от единицы.

В соответствии с другим предпочтительным признаком изобретения каждый насос содержит лопасти, которые скользят, предпочтительно в осевом направлении, в корпусах одного из корпусов по сплошной стенке другого корпуса с периодическими колебаниями, образующими углубления.Эти непрерывные стенки в каждом насосе предпочтительно сформированы на промежуточном корпусе, в то время как соответствующие лопатки размещены в ведомом и ведущем корпусах.

Насос с регулируемой объемной производительностью предпочтительно относится к типу, описанному в патенте США No. №4,503,928 от 12 марта 1985 г., в то время как насос с фиксированной объемной производительностью преимущественно относится к типу, описанному в патенте США No. № 4 492 541 от 8 января 1985. Оба насоса могут иметь переменную объемную производительность, конечно, для увеличения допустимого диапазона соотношений между их объемными мощностями.

Система управления объемной производительностью насоса или насосов переменной объемной производительности предпочтительно представляет собой вспомогательный гидравлический контур, независимый от основного гидравлического контура, в котором протекает трансмиссионная жидкость. Это также может быть контур, привитый к основному гидравлическому контуру.

Цели, характеристики и преимущества изобретения станут очевидными из следующего описания, приведенного только в качестве неограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой схематический вид в осевом разрезе гидромеханического передаточного устройства в соответствии с изобретением.

РИС. 2 — его вид в поперечном сечении по линии II-II на фиг. 1, показывающий систему коррелятора скорости.

РИС. 3 — частичный подробный вид в перспективе, показывающий непрерывную заднюю стенку, к которой упираются лопатки первичного насоса.

РИС. 4 — аналогичный вид, показывающий сплошную заднюю поверхность из композитного материала, на которую опираются лопатки вторичного насоса.

РИС. 5 — схема гидравлического контура устройства, показанного на фиг. 1.

РИС. 6 представляет собой схематический вид в поперечном разрезе, показывающий одновременно, пунктирной линией, составные части системы коррелятора скорости и, полностью, части первичного и вторичного насосов, связанных секцией гидравлического контура, лопатки показаны так, как если бы они были подвижными в радиальном направлении для ясности и простоты.

РИС. 7 — диаграмма, показывающая корреляцию между абсолютной скоростью вращения трех концентрических вращающихся тел устройства, показанного на фиг.1.

РИС. 8 — диаграмма, показывающая корреляцию между крутящими моментами и передаваемой мощностью как функцию относительных скоростей между центральным и внешним телами.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Как схематично показано на фиг. 1 и 2, гидромеханическое устройство передачи крутящего момента в соответствии с изобретением, которое также может называться гидростатическим приводом с регулируемой скоростью, содержит группу из трех концентрических вращающихся тел 1, 2 и 3, центральный корпус 1 приспособлен для быть соединенным с первым валом 4, в данном случае с ведущим валом, внешний второй корпус 3 приспособлен для соединения со вторым валом 5, в данном случае с ведомым валом, а третий промежуточный корпус 2 расположен радиально между два других с помощью кольцевых подшипников 6.К этим корпусам прикреплены фиксированные составные части системы 7 коррелятора скорости, адаптированной для поддержания скоростей omega.3 и omega.1 корпусов 3 и 1 относительно промежуточного корпуса 2 в предварительно заданном положительном постоянном соотношении K, задаваемом Уравнение Уиллиса, помимо знака, выглядит следующим образом: ## EQU1 ## В промежуточном корпусе 2 имеется гидравлический контур 8, в котором жидкость может течь с помощью первичного насоса 9, совместно определяемого дополнительными первыми элементами насоса, несущими корпусов 1 и 2, а также вторичного насоса 10, совместно определяемого дополнительными вторыми насосными элементами, поддерживаемыми корпусами 2 и 3, по меньшей мере, одним из этих насосов, в данном случае вторичным насосом 10, имеющим переменную объемную производительность, адаптированную для управляется системой 11 управления, в данном случае гидравлической, показанной только на фиг.5 для ясности на чертежах.

Вторичный насос адаптирован для использования эталонной объемной производительности C ° II, для которой отношение объемных производительности CI и CII первичного и вторичного насосов находится в соотношении k равно K.

k = CI / C ° II = K

Центральный корпус 1 содержит центральный вал 1A, приспособленный для соединения с валом 4 и центрированный внутри вала 5 с помощью подшипника 12. Этот центральный вал закреплен, по существу, посередине в цилиндрическом блоке 1B, в котором находятся сформированные кожухи 13 для пар лопаток 14, которые могут скользить в осевом направлении и в дальнейшем именуются первичными лопатками насоса.Между лопатками данной пары расположены разделительные пружины 14А. К центральному валу 1А также прикреплено зубчатое колесо или планетарное колесо 15.

Промежуточное тело содержит с обеих осевых сторон лопаток 14 первичного насоса по существу поперечные непрерывные стенки 16, именуемые в дальнейшем первичными стенками насоса, геометрия которых показана на фиг. 3. Задняя стенка такого типа имеет циклические колебания с углублениями 17, из которых в данном случае имеется два, равномерно распределенных в окружном направлении, ограниченных прямолинейными задними частями 16А и наклонными участками или пандусами 16В, переходными с прямолинейными промежуточными частями 16С.В каждую выемку, а точнее в их наклонные аппарели 16B, выпускают два канала 8A и 8B, составляющих часть гидравлического контура 8. При относительном вращении между корпусами 1 и 2 лопатки 14 скользят своим краем к задней стенке этого контура. своего рода. Скольжение лопаток в направлении стрелки F в принципе обеспечивает всасывание жидкости через канал 8A и выпуск через канал 8B.

Таким образом, первичный насос 9 преимущественно относится к типу, обозначенному вышеупомянутой буквой U.С. Пат. № 4,492,541. Выемки в непрерывных задних стенках 16 предпочтительно равны по количеству и расположены в осевом направлении на одной линии друг с другом.

Промежуточный корпус 2 дополнительно имеет в своей наиболее удаленной в радиальном направлении части кольцевую часть 2B, ограниченную в осевом направлении двумя по существу поперечными стенками 18, именуемыми в дальнейшем вторичными стенками насоса, геометрия которых показана на фиг. 4. Что касается стенок 16, то эти стенки 18 имеют циклические колебания, в данном случае их два, равномерно распределенные по окружности и ограниченные прямолинейными задними частями 18A и наклонными участками или пандусами 18B, здесь дублированными, переходными с прямолинейными промежуточными частями 18C. .Задние панели 18A сформированы на элементах 19, которые могут перемещаться в осевом направлении в корпусах 20 в кольцевой части 2B. Эти элементы 19, которые предпочтительно соединены вместе, образуя кольцевое кольцо, содержат на обеих периферийных сторонах спинок 18A выступы 19A, которые облегчают их направление в корпусах 20. Эти выступы 19A вставлены между наклонными планками 18B, расположенными радиально внутри и радиально снаружи. , будучи менее наклонным, чем последний, относительно общей оси вращения X — X; эти выступы и эти наклонные плоскости обеспечивают непрерывную, хотя и составную переходную часть между частями 18А и 18С, на которые опираются лопатки 21.

Как и в случае задних стенок 16, каналы 8C и 8D, образующие часть гидравлического контура 8, выпускаются с каждой периферийной стороны задней стенки 18A каждой выемки, здесь через выступы 19A. Когда лопатки 21 скользят по задней стенке 18 в направлении стрелки F ‘на фиг. 4, жидкость всасывается через канал 8C и выпускается через канал 8D.

В рассматриваемом примере впускной канал 11A управляющей жидкости, являющийся частью управляющей гидравлической системы 11, выпускается в каждый корпус 20 под соответствующим элементом 19.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения две вторичные стенки 18 насоса, что устройство, показанное на фиг. 1, имеют одинаковое количество выемок, и они выровнены в осевом направлении друг относительно друга. Максимальное значение объема выемок в одной из композитных задних стенок преимущественно равно минимальному значению объема выемок в другой стенке, это общее значение соответствует вышеупомянутой справочной объемной емкости C ° C. .II.

Промежуточный корпус 2 несет на своей левой стороне на фиг.1, свободно вращающиеся валы, на каждом из которых установлены два зубчатых колеса или сателлиты 22 и 22 ‘, первое из которых входит в зацепление с зубчатым колесом 15 корпуса 1.

Внешний корпус 3 окружает кольцевую часть 2B промежуточного корпуса и содержит в осевом направлении напротив задних стенок 18 корпуса 23, в которых упомянутые выше лопатки 21, называемые в дальнейшем лопатками вторичного насоса, скользят в осевом направлении.

Таким образом, вторичный насос с регулируемой объемной производительностью преимущественно относится к типу, описанному в вышеупомянутом U.С. Пат. №4,503,928, с гидравлическим управлением.

Внешний корпус содержит с левой стороны на фиг. 1, зубчатое кольцо с внутренними зубьями или планетарное колесо 24, с которым зубчатые колеса 22 ‘входят в зацепление.

Зубчатое кольцо 24, зубчатые колеса 22 и 22 ‘и зубчатое колесо 15 образуют планетарную шестерню, точнее, планетарную шестерню типа II, приспособленную для образования вышеупомянутой системы коррелятора скорости 7. Эта планетарная шестерня защищена кожухом 25

В обоих насосах 9 и 10 лопатки 14 и 21 выступают в осевом направлении относительно плоской поперечной стенки, которая находится рядом с прямолинейными промежуточными частями соответствующих задних стенок.

Гидравлический контур на РИС. 5 содержит первую часть, расположенную внутри промежуточного корпуса 2, и вторую часть, расположенную снаружи устройства по фиг. 1, эти две части соединены вращающимися уплотнениями 26, расположенными между промежуточным корпусом 2 и валом 1A корпуса 1.

Внутри устройства находятся первичный насос I и вторичный насос II переменной производительности, соединенные гидравлическим контуром 8. Линия управления 11 также заканчивается на вторичном насосе через ограничитель 27 управляющего расхода.

Линия наддува 29 от подкачивающего насоса 30 нагнетается в гидравлический контур 8 через ограничитель 31 давления наддува и обратные клапаны наддува 28. Предохранительные клапаны 32 высокого давления также предусмотрены для ограничения повышения давления в контуре 18 по мере необходимости. .

Жидкость также подается насосами I и II через возвратную линию 33 (показана пунктирной линией) в резервуар 34 через фильтр 35.

Управляющая линия 11 питается от накопительного бака 34 насосом 36, с которым связан параллельный регулируемый ограничитель 37 калибровки, приспособленный для изменения управляющего давления и поглощения производительности этого насоса, модулируемого потоком в линии 11.Регулируя калибровку ограничителя давления 37, можно регулировать давление, прикладываемое к задней части подвижных спинок 19. По знаку разницы между этим давлением и высоким давлением в контуре 8, задаваемым клапанами 32 , объемная емкость уменьшается или увеличивается.

В альтернативном варианте, который не показан, насос 36 исключен, и линия 11 подключена к главной цепи 8.

Работа устройства по фиг.1 будет описан со ссылкой на фиг. 6, на котором для простоты показана только одна выемка для каждого насоса, причем лопатки показаны здесь, как если бы они могли скользить в радиальном направлении. Таким образом, это характерно для воображаемого поперечного сечения устройства, показанного на фиг. 1. Переменная объемная производительность вторичного насоса обозначена пунктирными линиями, которые, конечно, не имеют конструктивного значения.

Когда входной вал 4 приводится в движение с постоянной скоростью omega.1 (например, от 500 до 3000 об / мин) и объемная производительность вторичного насоса находится на своем эталонном значении, легко проверяется, что жидкость просто циркулирует между насосы I и II без передачи крутящего момента.Производительность первичного насоса имеет значение:

.

CI (Омега 1-Омега 2)

, в то время как производительность вторичного насоса имеет значение:

.

C ° II (омега-2-омега-3)

Учитывая определения C.degree..sub.sub. k и K, эти пропускные способности одинаковы.

Для этого значения объемной емкости скорость ведущего вала не влияет на скорость ведомого вала. Если последнее значение равно нулю, оно остается нулевым.

Если путем изменения давления в линии управления объемная производительность вторичного насоса увеличивается, этот насос выпускает больше жидкости, чем может пропустить первичный насос (см. Направление стрелок на фиг.6). Это приводит к увеличению давления в левом проходе на фиг. 6, и, за счет реакции на лопатки вторичного насоса, крутящий момент на внешнем корпусе 3 по часовой стрелке. Следовательно, скорость & omega; 3 последнего приближается к & omega; 1 корпуса 1. Диаграмма на фиг. 7 показывает, что для постоянного значения .omega.1 увеличение значения .omega.3 приводит к увеличению значения .omega.2 из-за планетарной передачи. Это явление повторяется до тех пор, пока не будет достигнута синхронность.

Состояние синхронизма является стабильным, поскольку, если после ложного увеличения момента сопротивления, приложенного к валу 5, его скорость на мгновение уменьшится, он самопроизвольно вернется к синхронизму. С другой стороны, если скорость вала 5 внезапно увеличится и, таким образом, станет больше, чем скорость промежуточного тела, направление потока жидкости изменится на обратное; поскольку объемная производительность вторичного насоса все еще будет больше, чем его эталонное значение, будет видно, что в силу симметрии с тем, что было описано ранее, высокое давление приведет к правому проходу на фиг.6, через который тормозной момент будет создаваться реакцией на лопатки 21.

С другой стороны, можно выйти за пределы условия синхронизма, если сразу .omega.3 становится больше, чем .omega.1, объемная производительность вторичного насоса снижается ниже своего эталонного значения за счет работы схемы управления. ; вышеупомянутые явления будут обращены вспять, и .omega.3 будет иметь тенденцию отходить от .omega.1, увеличиваясь. Точно так же, если .omega.3 меньше.omega.1 он будет стремиться к нулю и принимать отрицательное значение, чтобы разрешить состояние «обратного хода».

Значение .omega.3 можно стабилизировать до любого значения, отличного от .omega.1, путем периодического переключения управляющего давления между двумя значениями, соответственно, в результате чего объемная производительность вторичного насоса падает ниже и выше его эталонного значения.

РИС. 7 показаны корреляционные графики, соответствующие пяти основным условиям передачи крутящего момента для постоянной скорости движения.омега.1 (начиная снизу): обратный ход — остановлен — пониженная передача — прямой привод — повышенная передача. Устройство в соответствии с изобретением позволяет легко переходить из одного состояния в другое (трогание в любом направлении, ускорение, замедление и т. Д.).

РИС. 8 показывает, что передаваемая мощность (верхняя часть диаграммы) имеет плато, когда скорость ведомого вала увеличивается, а затем уменьшается. Нижняя часть показывает, что для передаваемой мощности, предполагаемой постоянной, вклад компонента механической передачи увеличивается (линия M), в то время как вклад компонента гидравлической передачи уменьшается (линия H), когда скорость ведомого вала приближается к скорости ведущего вала.В отличие от трансмиссионных устройств предшествующего уровня техники, следовательно, происходит постепенное переключение с режима преимущественно гидравлической трансмиссии на принципиально механический режим трансмиссии.

Также следует отметить, что при достижении синхронизма нет дальнейшего потока жидкости в первичном и вторичном насосах, и устройство ведет себя как простой трансмиссионный вал: отсутствуют потери на вязкое трение или механическое трение (из-за лопаток, зубья, подшипники планетарной передачи и т. д.), что позволяет добиться высокого КПД.

Следует понимать, что вышеприведенное описание дано только в качестве неограничивающего примера и что многочисленные варианты могут быть предложены специалистами в данной области без отклонения от объема изобретения, в частности, в отношении выбора насос переменной объемной производительности (первичный или вторичный), особая конструкция различных насосов (в частности, насос фиксированной объемной производительности, если таковой имеется, может быть типа с радиально перемещаемыми лопатками или любого другого типа), подробный проект гидравлических контуров или выбранного типа планетарной передачи (тип I, III или IV) или конструкции любой альтернативной системы коррелятора скорости.

Роли центрального и внешнего корпуса могут меняться местами. В более общем плане устройство в соответствии с изобретением содержит три соосных тела, которые могут иметь любое относительное расположение, но одно из них является приводным телом, другое — ведомым телом, а третье обеспечивает механический посредник между двумя другими.

Комплексное управление гидромеханической регулируемой трансмиссией

Гидромеханическая регулируемая трансмиссия (HMT) имеет преимущества непрерывного изменения и высокой эффективности.Так что это одна из идеальных трансмиссий для тяжелых автомобилей. Процесс непрерывного изменения скорости включает регулирование скорости в диапазоне и сдвиг диапазона. В данной статье предлагается интегрированная стратегия управления HMT. Получен алгоритм стратегии управления скоростью асимметричной насыщенной инкрементальной пропорциональной интегральной производной (ПИД) в условиях диапазона и сдвига диапазона. В этой статье представлена ​​логика переключения диапазонов и стратегии управления переключением диапазонов. Модель контроллера строится в Matlab Simulink и симулируется с моделью транспортного средства, оснащенного двухдиапазонным HMT.Создан прототип HMT-платформы аппаратного моделирования (HILS) для интегрированной стратегии управления. Результаты HILS показывают, что процесс переключения диапазона плавный и колебаний скорости не происходит. На стадии стабилизации дроссельной заслонки частота вращения двигателя регулируется до близкой к оптимальной, а правила ее изменения соответствуют результатам моделирования. Стратегия интегрированного контроля разумна.

1. Введение

С развитием автомобильной промышленности заказчики повышают требования к комфорту и топливной экономичности.Передачи важны для удовлетворения требований [1, 2].

Основные характеристики и характеристики передаточного числа HMT показаны на рисунке 1. Входная мощность делится на две части: гидравлическую мощность и механическую мощность в блоке разделения мощности. Гидравлическая трансмиссия включает в себя гидравлический насос переменного рабочего объема и двигатель постоянного рабочего объема. Изменяя рабочий объем насоса, скорость двигателя постоянно изменяется от минимальной (отрицательной) до максимальной (положительной), что определяется как ход.Каждый ход соответствует рабочему режиму механической трансмиссии, который определяется как диапазон. Наконец, два потока мощности сходятся в непрерывно регулируемый поток мощности в блоке слияния.


(a) Основы HMT
(b) Характеристики передаточного числа
(a) Основы HMT
(b) Характеристики передаточного числа

HMT — новая бесступенчатая трансмиссия. Это заставляет двигатель работать в высокоэффективной области, поэтому он имеет преимущество высокой эффективности.И он мог передавать большую нагрузку, чем бесступенчатая трансмиссия ременного типа (CVT). Следовательно, HMT — одна из идеальных трансмиссий для тяжелых грузовиков [3]. И его успешно применяли на большегрузных автомобилях [4–6].

На основе большого количества исследовательских работ по проектированию и моделированию HMT был разработан ряд методов проектирования и анализа. Линарес и др. [5] объяснил основы всех типов трансмиссии CVT и описал конструктивные параметры и основы системы разделения мощности.Макор и Россетти [7] оптимизировали конструкцию HMT и получили хорошую сходимость по скорости и высокий средний КПД. Чтобы разработать систему управления HMT, Чжан и Чжуо [8] построили модель HMT, используя принцип динамики. Choi et al. [9] провели тренажер трактора с ГМТ в режимах работы и движения. И скорость трактора, и частота вращения двигателя могли поддерживаться на желаемых значениях. По сравнению с технологиями проектирования и анализа HMT, контроль HMT все еще находится на ранней стадии разработки.

Процесс изменения скорости состоит из регулирования скорости по диапазону и смещения диапазона. Следовательно, необходимо регулировать скорость в диапазоне, время переключения диапазона и методы переключения. Много исследований было посвящено регулированию скорости в диапазоне и компонентах управления. Юань и др. [10] и Wei et al. [11] разработал ПИД-регулятор с переменным параметром и изучил систему управления скоростью на HMT. В их исследованиях могло быть реализовано отслеживание соотношения скоростей цели. Но их исследования были сосредоточены только на регулировании передаточного числа по дальности.Hu et al. [12] исследовали возможность переключения без отключения электроэнергии. Чжан и Чжуо [13] представили метод изменения скорости и сдвига диапазона для достижения самого широкого диапазона скоростей и избежания повторяющегося переключения. Savaresi et al. [14] разработали систему управления, включающую сервоконтроллер на клапане, сервоконтроллер на гидравлическом передаточном числе и синхронизатор. Но улучшение характеристик трактора было достигнуто только за счет замены нынешних насосов / двигателей и датчиков скорости. Tanelli et al. [15] разработали систему управления для трактора, оснащенного HMT, включающую управление переключением одного и двух диапазонов сцепления, а также улучшенное качество переключения.В статье представлен комплексный метод управления HMT. Модель контроллера создается в Matlab Simulink и симулируется с моделью транспортного средства, оснащенного HMT. Проведен тест HILS HMT.

2. Стратегия интегрированного управления HMT

Двухдиапазонный HMT показан на рисунке 2 и проиллюстрирован для иллюстрации метода управления. Двухдиапазонный HMT включает в себя три планетарных редуктора (, и), два тормоза (), один насос переменного рабочего объема () и один двигатель постоянного рабочего объема ().На рисунке 2 это входная скорость HMT и выходная скорость HMT. Когда тормоз включен, а тормоз отпущен, планетарный ряд работает, а HMT работает в гидравлическом диапазоне (). Когда тормоз включен и тормоз отпущен, планетарный редуктор включается и работает, а HMT работает в гидромеханическом диапазоне (HM).


Скоростные характеристики HMT состоят из нескольких связанных бесступенчато регулируемых диапазонов. Следовательно, интегрированная стратегия управления должна включать управление скоростью в диапазоне, логику переключения диапазона, условия переключения диапазона и стратегии управления переключением.

Скорость HMT регулируется в зависимости от скорости автомобиля и открытия дроссельной заслонки. HMT заставляет двигатель и транспортное средство работать различными способами в соответствии с выбранным режимом для достижения ожидаемых характеристик.

3. Стратегия управления скоростью в диапазоне

Стратегия управления скоростью в диапазоне изменяет управляющий ток гидравлического насоса в соответствии с разницей между частотой вращения двигателя и идеальной скоростью. Стратегия регулирования скорости в диапазоне изучалась в течение многих лет, в основном в области ПИД-регулирования, управления отслеживанием передаточного числа и так далее [10–13].

В определенных дорожных условиях ускорение автомобиля с HMT ограничено крутящим моментом двигателя и максимальным крутящим моментом двигателя. Максимальный крутящий момент двигателя определяется максимальным давлением при условии, что двигатель выбран.

Когда ошибка между фактической скоростью двигателя и целевой скоростью больше во время ускорения транспортного средства, градиент диапазона управляющего тока насоса переменного рабочего объема увеличивается в соответствии с алгоритмом PID. И градиент скорости вращения двигателя и сопротивление ускорению транспортного средства увеличиваются, из-за чего гидравлический блок теряет способность ускорять транспортное средство после того, как давление поднимается до максимального давления.Следовательно, когда автомобиль ускоряется, необходимо установить верхний предел насыщения. Когда транспортное средство быстро замедляется, передаточное число HMT должно быстро уменьшаться. Таким образом, нижний предел насыщения при замедлении транспортного средства должен быть больше, чем при ускорении транспортного средства. То есть пределы насыщения асимметричны. В этой статье предлагается стратегия инкрементального ПИД-регулирования скорости асимметричного насыщения HMT в диапазоне, и выводятся общие алгоритмы в каждом диапазоне.

3.1. Универсальный алгоритм инкрементного ПИД-регулятора

Контроллер HMT относится к цифровому блоку управления ПИД-регулятором, и его приращение где-то означает приращение при и означает ошибку при; ,, — коэффициенты соответственно, где,,; относится к коэффициенту масштабирования и относится к интегральному коэффициенту; относится к производному коэффициенту,; означает производную постоянную времени, означает интегральную постоянную времени и означает период выборки.

Результат — где сумма).

3.2. Стратегия инкрементального ПИД-регулирования с асимметричным насыщением в диапазоне

Ошибка контроллера HMT находится где и — это частота вращения двигателя и идеальная частота вращения, соответственно.

Уравнение (2) можно было бы выразить следующим образом, если вместо и использовать ток насоса и приращение: где «» определяется рабочими диапазонами HMT. В диапазонах прямой пропорциональности, если передаточное число берется, знак плюс; в противном случае принимается знак минус. В диапазонах обратной пропорции, если передаточное число, берется знак минус; в противном случае используется знак плюса.В двухдиапазонном HMT диапазон H является прямо пропорциональным диапазоном. В положительной половине диапазона первая «±» в (4) принимает знак «плюс». А в отрицательной половине диапазона, вторая принимает знак минус. Диапазон HM — это диапазон обратной пропорции. Точно так же первый «±» в (4) принимает знак минус, а второй — знак плюс. относится к току накачки при. и — верхний и нижний пределы тока накачки. В двухдиапазонном HMT гидравлический насос с регулируемым рабочим объемом представляет собой аксиально-поршневой насос Sauer Danfoss серии 90, где и mA (предназначен для устранения нулевой мертвой зоны механизма управления рабочим объемом).и являются асимметричными насыщенными верхним и нижним пределами градиента управляющего тока, которые зависят от рабочего объема насоса / двигателя, передаточного отношения, сопротивления транспортного средства и так далее.

На рисунке 2 выходная скорость HMT является функцией скорости двигателя. И подходящие параметры ПИД, и в (5) для каждого диапазона должны быть выбраны путем большого количества моделирования и экспериментов, чтобы уменьшить колебания скорости двигателя. В результате теоретических расчетов и моделирования параметры ПИД-регулятора следующие:,, в диапазоне,,, в диапазоне HM, мА и мА.

4. Логика сдвига диапазона

Логика сдвига диапазона — это порядок диапазонов. Для реализации бесступенчатой ​​трансмиссии элементы переключения диапазона HMT, такие как тормоза, должны управляться последовательно, и HMT может работать в последовательном диапазоне. Логика сдвига диапазона двухдиапазонного HMT показана в таблице 1.


Диапазон Тормоз
Зацепление Расцепление
Диапазон HM Расцепление Зацепление

5.Условия сдвига диапазона

Сдвиг диапазона относится к процессу перехода между двумя соседними диапазонами. Чтобы улучшить качество переключения, условия переключения следующие: (1) Конечная выходная скорость HMT в текущем диапазоне должна быть равна исходной точке целевого диапазона. В каждом диапазоне применяется управление с обратной связью для управления скоростью двигателя. Идеальное время переключения достигается в соответствии с частотой вращения двигателя и частотой вращения двигателя. Целевая скорость двигателя достигается в идеальной точке переключения, где скорости ведущего и ведомого дисков целевого тормоза равны.В двухдиапазонном HMT вычисляется идеальная скорость от диапазона H до диапазона HM: где,, и — числа зубьев шестерен от входного вала до, соответственно; ,, и являются характеристическими параметрами трех планетарных передач. (2) Отклонение частоты вращения двигателя (абсолютное значение) должно быть больше минимального установленного значения. Во избежание повторения переключения необходимо установить минимальное отклонение частоты вращения двигателя. Только тогда, когда отклонение частоты вращения двигателя больше, чем оно может быть разрешено, переключение диапазона может быть разрешено. (3) Условие переключения на более высокую передачу должно быть выполнено.В зависимости от дорожной обстановки водитель выбирает больший диапазон с помощью переключателя диапазонов, чтобы ограничить скорость автомобиля. Только тогда, когда переключателем диапазона разрешено переключение на более высокую передачу, будет выполнено переключение на более высокий диапазон.

Подводя итог, условия переключения с диапазона H на диапазон HM равны

Условия переключения с диапазона HM на диапазон находятся где установленное значение переключателя диапазонов. Если, выходная скорость HMT равна 0; если, HMT может работать только в диапазоне; и когда HMT может работать в диапазоне HM.- минимальное отклонение частоты вращения двигателя.

6. Стратегии переключения диапазона

В процессе переключения диапазона тормоз текущего диапазона отпускается, и включается тормоз целевого диапазона. Последовательность переключения тормоза определяется логикой сдвига диапазона, а время начала сдвига диапазона определяется условиями сдвига диапазона.

Направление вращения двигателя постоянно во время сдвига диапазона. Но изменение направления крутящего момента двигателя приводит к замене контуров высокого и низкого давления.Между тем, поток мощности в гидравлической системе меняется на противоположный. Скорость двигателя колеблется из-за резкого изменения давления и объемного КПД гидроагрегата. При этом резко меняются скоростные характеристики HMT и изменяются силовые характеристики, что приводит к появлению шума и вибрации.

Именно стратегии переключения диапазонов отвечают за идеальное включение и выключение тормозов, чтобы уменьшить время переключения и ударные нагрузки, а также минимизировать колебания входной и выходной скорости [10].Стратегии сдвига диапазона относятся к параметрам управления и их управляющим сигналам, включая изменение, время начала и время остановки. Стратегии смены диапазона в этой работе включают следующее: (1) Время перекрытия между двумя тормозами. относится ко времени начала включения встречного тормоза и относится ко времени начала отпускания выходящего тормоза. Время перекрытия между тормозами равно (2) Масляный буфер во время отпускания тормоза. На него влияют время начала, время окончания, максимальная ширина импульса и изменение ширины импульса сигнала пропорционального предохранительного клапана.(3) Регулировка рабочего объема насоса. Он определяется временем начала, временем окончания и изменением тока смещения.

Указанные выше время начала и время окончания являются приращениями времени относительно времени начала сдвига диапазона.

Время и изменение управляющих переменных стратегий переключения диапазонов должны определяться посредством ряда моделирования и экспериментов и связаны со следующими факторами: (1) Схема механической трансмиссии. Из-за совпадения зубцов в конструкции механической трансмиссии фактическое передаточное число каждого диапазона не может быть равным идеальному передаточному отношению HMT, которое тесно связано с изменением тока смещения.(2) Характеристики отклика и объемный КПД замкнутого гидравлического контура. Изменение тока смещения может быть достигнуто только при сдвиге диапазона и может вызвать удар, если его синхронизация неверна. То есть ток смещения может изменяться после выключения отходящего тормоза. Его время начала больше нуля, а время окончания связано с характеристиками отклика замкнутого гидравлического контура. На изменение тока смещения влияет объемный КПД замкнутого гидравлического контура.(3) Параметры тормоза. На время перекрытия влияют диаметр гидроцилиндра и ход выходящего и встречного тормозов. На процесс изменения ширины импульса и максимальную длительность импульса пропорционального предохранительного клапана влияют коэффициент крутящего момента фрикционного диска, жесткость и начальное смещение возвратной пружины в выходном тормозе. Диаметр и длина гидравлического контура управления тормозом также влияют на управляющие сигналы.

Хотя стратегии сдвига диапазона различаются для разных схем HMT, существует несколько универсальных правил, а именно: (1) В процессе переключения с диапазона H на диапазон HM изменение тока смещения является отрицательным, в то время как в процессе переключения с диапазона HM на более низкую передачу Диапазон H, положительный.(2),, и определяются временем запаздывания механизма управления гидронасосом переменной производительности и временем заполнения тормоза маслом. Если, то. Если, то и. Если, то и; немного меньше. (3) Минимальное давление масла для амортизации давления масла должно быть больше минимального давления масла для перемещения поршня тормоза.

Согласно результатам моделирования, стратегии сдвига диапазона из диапазона в диапазон HM следующие:,, и; мА; , как показано на рисунке 3. Управляющие сигналы от диапазона HM к диапазону такие же, как и при переключении на повышенную передачу по значению и времени, за исключением мА.


7. Моделирование стратегий управления

В соответствии со стратегиями управления модель контроллера построена в Matlab Simulink (рис. 4) и смоделирована с моделью транспортного средства, оснащенного двухдиапазонным HMT. Модель автомобиля построена на MSC Easy5 [16]. Результаты показаны на Рисунке 5.


Когда коэффициент сопротивления качению равен 0,02, открытие дроссельной заслонки показано на Рисунке 5 (a). Управляющие сигналы и скорости показаны на рисунках 5 (b), 5 (c) и 5 ​​(d).

Перед открытием дроссельной заслонки двигателя (раньше) тормоз включается, а другой отключается. Двигатель на холостом ходу, HMT в нейтральном диапазоне, а автомобиль припаркован. При открытии дроссельной заслонки () сигнал управления начинает усиливаться, HMT переходит на диапазон, и автомобиль трогается с места.

Во время, условия сдвига диапазона HMT удовлетворяются от диапазона к диапазону HM, и контроллер начинает запускать стратегии сдвига диапазона (показанные на рисунке 3). Во время переключения диапазона () сигнал торможения уменьшается, а сигнал торможения постепенно увеличивается.Ток смещения уменьшается на 14 мА (), а частота вращения двигателя немного колеблется. После сдвига диапазона HMT переходит в диапазон HM. При уменьшении рабочего объема гидронасоса автомобиль ускоряется в отрицательной половине диапазона HM. Во время HMT проходит нулевую точку в положительную половину диапазона HM, в которой смещение равно нулю. В положительной половине диапазона HM, когда рабочий объем гидравлического насоса увеличивается в обратном направлении, автомобиль ускоряется.

При уменьшении дроссельной заслонки и уменьшении целевой скорости двигателя ток смещения увеличивается в обратном направлении до тех пор, пока фактическая частота вращения двигателя не станет ниже ее целевой скорости.В момент времени скорость автомобиля начинает снижаться. В момент, когда дроссельная заслонка двигателя закрывается, целевая частота вращения двигателя изменяется, и ток смещения сильно изменяется. В момент, HMT возвращается к положительной половине диапазона HM, и автомобиль непрерывно замедляется. В момент, когда HMT входит в смещение диапазона от диапазона HM к диапазону H, управляющий сигнал тормоза постепенно уменьшается с увеличением управляющего сигнала торможения. Ток смещения увеличивается на 14 мА (), частота вращения двигателя также немного колеблется, и HMT переходит в диапазон H.В момент времени HMT возвращается в нейтральный диапазон.

На Рисунке 5 управляющий ток гидравлического насоса не колеблется в пределах диапазона. Повторяющегося сдвига нет. Двигатель падает до холостого хода после того, как HMT возвращается в нейтральное положение.

Идеальная и фактическая частота вращения двигателя показаны на Рисунке 5 (c). Пуск ракеты-носителя занимает 1,2 с (от 5 до 6,2 с). После запуска транспортного средства, очевидно, больше, чем. От s, поскольку нагрузка на двигатель больше, быстро падает до немного выше.После этого держится около, а максимальная разница составляет 44 об / мин (за исключением нулевых точек гидронасоса и переключения диапазонов). падает до менее чем после закрытия дроссельной заслонки. быстро снижается до. Из-за инерции автомобиля фактическая частота вращения двигателя сохраняется в течение некоторого времени (около 10,1 с) с регулировкой HMT. Когда скорость автомобиля приблизительно равна нулю, двигатель быстро переходит на холостой ход.

Скорость автомобиля показана на Рисунке 5 (d). При трогании с места, ускорении, замедлении и остановке автомобиля колебания скорости не происходят ни при смене диапазона, ни в нулевых точках.

8. Аппаратное обеспечение в моделировании контура

HILS HMT — это метод тестирования, основанный на системе компьютерного моделирования. В тесте HILS объект HMT заменяет модель HMT в схеме моделирования. И он напрямую управляется контроллером через устройства ввода / вывода и схему интерфейса.

Благодаря тому, что объект HMT подключен к схеме моделирования, этот тест может дополнительно подтвердить надежность результатов моделирования. Этот метод позволяет проверить правильность стратегии управления на основе компьютерного моделирования HMT и точно настроить параметры управления.Он также может проверить правильность имитационной модели HMT. Это особенно эффективно для использования модели серого ящика для описания HMT, который трудно описать математической моделью.

На основе испытательного стенда динамического моделирования мощностью 330 кВт исходные объекты нагрузки приводят в движение и нагружают HMT в соответствии с динамическими характеристиками двигателя и транспортного средства посредством модели вождения в реальном времени. В этой системе HMT является материальным объектом, а все остальные части являются моделями или управляются моделями.Система HILS показана на Рисунке 6. И некоторые объекты теста HILS показаны на Рисунке 7.


Программное обеспечение HILS HMT состоит из модели контроллера HMT, модели двигателя, моделей автомобилей в реальном времени, и целевые окна в реальном времени. Под управлением модели двигателя в реальном времени компонент нагрузки 2 испытательного стенда динамического моделирования, который работает в соответствии с характеристиками двигателя, обеспечивает питание HMT. Под управлением модели транспортного средства в реальном времени компонент нагрузки 1 загружает HMT в соответствии с характеристиками движения транспортного средства.Модель контроллера осуществляет управление HMT в реальном времени в соответствии со стратегиями управления. HMT регулирует передаточное число в соответствии с изменением условий работы автомобиля, что позволяет двигателю работать примерно с оптимальной скоростью (наилучшая экономия топлива или лучшая производительность).

Входными данными модели двигателя в реальном времени является крутящий момент нагрузки, а выходными данными — частота вращения двигателя. На испытательном стенде динамического моделирования компонент нагрузки 2, моделирующий двигатель, находится под управлением режима постоянной скорости.Детектор скорости и крутящего момента 2 передает крутящий момент нагрузки обратно на компьютер моделирования. Результат расчета модели двигателя в реальном времени передается компоненту нагрузки 2.

Модель двигателя в реальном времени может быть описана следующим образом: где — инерция смоделированного двигателя, — статический выходной крутящий момент смоделированного двигателя, — крутящий момент нагрузки по обратной связи. датчика крутящего момента скорости, является выходной скоростью компонента нагрузки 2, является управляющим напряжением контроллера компонента нагрузки 2, и является коэффициентом линейного преобразования управляющего напряжения компонента нагрузки 2.

В компьютерной имитационной модели входными и выходными данными модели транспортного средства являются выходная скорость и крутящий момент нагрузки HMT, соответственно. На испытательном стенде динамического моделирования составляющая нагрузки 1, моделирующая транспортное средство, находится под управлением режима постоянного крутящего момента. Чтобы обеспечить соответствие входных и выходных данных расчетам в имитационной модели, необходимо ввести «виртуальную ось» в модель транспортного средства в реальном времени.

Выходной крутящий момент модели транспортного средства в реальном времени: где — жесткость на кручение виртуальной оси, — это демпфирование виртуальной оси, — это выходной крутящий момент модели транспортного средства в реальном времени, — это сигнал скорости обратной связи датчика скорости, — угловая скорость эквивалентной инерции транспортного средства, — управляющее напряжение контроллера компонента нагрузки 1, и — коэффициент линейного преобразования управляющего напряжения компонента нагрузки 1.

Под нагрузкой компонент 1, работающий без нагрузки в ручном режиме управления, результаты теста сдвига диапазона HMT показаны на рисунке 8. Рисунки показывают, что процесс переключения диапазона плавный и колебаний скорости не происходит. Это показывает, что стратегия управления сдвигом диапазона, определяемым скоростью двигателя, является разумной. Когда нагрузка увеличивается, выходная скорость явно колеблется в процессе сдвига диапазона. В нем говорится, что стратегии управления сдвигом диапазона необходимы.

Когда компоненты нагрузки 1 и 2 управляются автоматически, кривая дроссельной заслонки двигателя показана на рисунке 9 (a), а отклики HMT показаны на рисунке 9 (b).Основные показатели эффективности показаны на рисунках 9 (c) и 9 (d). Как показано на рисунке 9, при изменении дроссельной заслонки двигателя передаточное число HMT изменяется под управлением модели контроллера. На стадии стабилизации дроссельной заслонки частота вращения двигателя регулируется до близкой к оптимальной, а правила ее изменения соответствуют результатам моделирования. Благодаря регулировке характеристик двигателя и инерции автомобиля двигатель может работать на максимальной скорости в течение длительного времени.

9. Выводы

(1) Предлагается интегрированная стратегия управления HMT.Получен алгоритм стратегии асимметричного насыщенного инкрементального ПИД-регулирования скорости в условиях диапазона и сдвига диапазона. В этой статье представлена ​​логика переключения диапазонов и стратегии управления переключением диапазонов. (2) Модель контроллера построена в Matlab Simulink и смоделирована с моделью транспортного средства, оснащенного двухдиапазонным HMT. Результаты моделирования показывают, что под управлением предложенных стратегий двигатель работает со скоростью, близкой к идеальной, и транспортное средство соответствует требованиям вождения с изменением дроссельной заслонки.(3) Выполняется HILS-тест HMT. Результаты испытаний показывают, что процесс переключения диапазона плавный и колебаний скорости не происходит. На стадии стабилизации дроссельной заслонки частота вращения двигателя регулируется до близкой к оптимальной скорости, а правила ее изменения соответствуют результатам моделирования. (4) Результаты демонстрируют, что модель HMT верна, а стратегия управления разумна. Система HILS работает надежно и соответствует требованиям исследования динамических характеристик HMT.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарности

Эта работа поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 51175449) и Программой научных исследований высшего образования провинции Хэбэй (грант № Z2015081).

4 типа передачи энергии — механическая, электрическая, гидравлическая и пневматическая (за и против)

Метод передачи — это инженерный метод, который соответствует силовой машине и рабочей части машины с точки зрения конфигурации энергии, скорости движения и форма движения.

Из четырех основных типов трансмиссий (механических, электрических, гидравлических и пневматических), которые используются в настоящее время, ни одна из трансмиссий не идеальна.

Сегодня я поделюсь с вами преимуществами и недостатками четырех методов передачи.

Механическая коробка передач

01 Зубчатая передача

Зубчатая трансмиссия — наиболее широко используемая форма трансмиссии в механических трансмиссиях.

Его трансмиссия более точная, высокая эффективность, компактная конструкция, надежная работа и длительный срок службы.

Зубчатые передачи можно разделить на множество различных типов в соответствии с различными стандартами.

Плюсы :

  • Компактная конструкция, подходит для передачи на короткие расстояния;
  • Широкий диапазон применимых периферийных скоростей и мощностей;
  • Передаточное отношение точное, стабильное и эффективное;
  • Высокая надежность и долгий срок службы;
  • Он может реализовать передачу между параллельной осью, пересекающейся осью под любым углом и смещенной осью под любым углом.

Минусы :

  • Высокая точность изготовления и монтажа и высокая стоимость;
  • Не подходит для передачи между двумя осями на большое расстояние;
  • Без защиты от перегрузки.

02 Турбо Вихревой Привод

Подходит для движения и мощности между двумя осями с вертикальными и непересекающимися пространствами.

Плюсы :

  • Большое передаточное число;
  • Конструкция компактная.

Минусы :

  • Большая осевая сила
  • Легко нагревается
  • Низкий КПД
  • Только односторонняя трансмиссия.

Основные параметры турбинного привода:

  • Модуль упругости
  • Угол давления
  • Делительный круг червячной передачи
  • Делительный круг червячный
  • Ход поршня
  • Номер червячной передачи
  • Количество червячных головок
  • Передаточное число

03 Ременная передача

Ременный привод — это механическая передача, в которой используется гибкий ремень, натянутый на шкив для передачи движения или мощности.

Ременный привод обычно состоит из ведущего колеса, ведомого колеса и бесконечного ремня, натянутого на два колеса.

1) Для случая, когда направление параллельного вращения двух осей одинаково, это называется концепцией открывающего движения, межосевого расстояния и угла охвата.

2) Тип ремня можно разделить на три категории в зависимости от формы поперечного сечения: плоский ремень, клиновой ремень и специальный ремень.

3) В фокусе приложения:

  • расчет передаточного числа;
  • расчет напряжений ремня;
  • Допустимая мощность одинарного клинового ремня.

Плюсы и минусы ременной передачи :

Плюсов:

  • Применимый к трансмиссии с большим межосевым расстоянием между двумя валами, ремень имеет хорошую гибкость, может смягчать удары и поглощать вибрацию;
  • Скольжение при перегрузке для предотвращения повреждения других деталей;
  • Простая конструкция и невысокая стоимость.

Минусы:

  • Внешние размеры трансмиссии большие;
  • Требуется натяжное устройство;
  • Из-за проскальзывания фиксированное передаточное число не может быть гарантировано;
  • Ремень имеет короткий срок службы;
  • КПД трансмиссии низкий.

04 Цепной привод

Цепной привод — это метод передачи, при котором движение и мощность ведущей звездочки, имеющей особую форму зуба, передаются через цепь на ведомую звездочку, имеющую особую форму зуба.

В том числе:

  • активная цепь
  • приводная цепь
  • круговая цепь

Плюсы:

Цепные передачи имеют много преимуществ по сравнению с ременными передачами,

  • Явление неупругого скольжения и скольжения, точное среднее передаточное число, надежная работа и высокая эффективность;
  • Мощность передачи велика, устойчивость к перегрузкам высока, а размер передачи при тех же рабочих условиях невелик;
  • Требуемое натяжение небольшое, а давление, действующее на вал, небольшое;
  • Он может работать в суровых условиях окружающей среды, таких как высокие температуры, влажность, пыль и загрязнения.

По сравнению с зубчатой ​​передачей, цепной привод:

  • Низкие требования к производству и установке;
  • Когда межосевое расстояние велико, структура передачи проста;
  • Мгновенная скорость цепи и мгновенное передаточное число непостоянны, и трансмиссия менее стабильна.

Минусы:

Основными недостатками цепного привода являются:

  • Может использоваться только для передачи между двумя параллельными валами
  • Высокая стоимость
  • Легко изнашивается, легко растягивается, плохая устойчивость передачи
  • При эксплуатации возникают дополнительные динамические нагрузки, вибрация, удары и шум.
  • Не следует использовать в быстром реверсивном приводе.

05 Колесный поезд

Трансмиссия, состоящая более чем из двух шестерен, называется колесной передачей.

В зависимости от того, есть ли движение оси в колесной передаче, зубчатую передачу можно разделить на обычную зубчатую передачу и планетарную зубчатую передачу.

Зубчатая передача, имеющая осевое движение в колесной передаче, называется планетарной передачей.

1) Колесный поезд делится на два типа: поезд с фиксированной осью и планетарный поезд.

2) Отношение угловой скорости (или скорости вращения) входного вала к выходному валу в цепи называется передаточным числом передачи. Он равен отношению произведения количества зубьев всех ведомых шестерен в каждой паре зацепляющих шестерен на количество зубьев всех ведущих шестерен.

3) В планетарной зубчатой ​​передаче шестерня, положение оси которой изменяется, то есть шестерня, которая одновременно вращается и вращается, называется планетарной передачей, а шестерня с фиксированным осевым положением называется центральным колесом или солнцем. механизм.

4) Передаточное число планетарной зубчатой ​​передачи нельзя вычислить напрямую методом решения фиксированного передаточного числа осевой передачи. Метод относительного движения (или метод инверсии) должен использоваться для преобразования планетарной зубчатой ​​передачи в гипотетическую неподвижную ось с использованием принципа относительного движения.

Характеристики колесного поезда:

  • Подходит для передачи между двумя осями, которые находятся далеко друг от друга;
  • Может использоваться как трансмиссия для трансмиссии с регулируемой скоростью;
  • Может быть получено большее передаточное число;
  • Добейтесь синтеза и разложения движения.

Электропривод

Электрический привод относится к использованию электродвигателей для преобразования электрической энергии в механическую, для привода различных типов производственного оборудования, транспортных средств и предметов, которые необходимо перемещать в жизни.

Высокая точность: Серводвигатель используется в качестве источника питания, а шарико-винтовая передача и зубчатый ремень состоят из простого и эффективного передаточного механизма. Погрешность повторяемости 0,01%.Листогибочный пресс использует этот метод трансмиссии.

Энергосбережение: Энергия, выделяющаяся на этапе замедления рабочего цикла, может быть преобразована в электрическую энергию для повторного использования, что снижает эксплуатационные расходы, а подключенное электрическое оборудование составляет только 25% силового оборудования, необходимого для гидравлического привода.

Точное управление: Точное управление в соответствии с заданными параметрами, с поддержкой высокоточных датчиков, измерительных устройств, компьютерных технологий, может значительно превзойти точность управления, которая может быть достигнута другими методами управления.

Охрана окружающей среды: Благодаря сокращению энергопотребления и оптимизации производительности уменьшается источник загрязнения и снижается шум, что обеспечивает лучшую гарантию защиты окружающей среды на предприятии.

Снижение шума: Уровень шума при работе составляет менее 70 децибел, что составляет примерно 2/3 уровня шума литьевой машины с гидравлическим приводом.

Экономия затрат: Стоимость гидравлического масла и вызванные проблемы устранены.Нет жесткой или мягкой трубы, нет необходимости охлаждать гидравлическое масло, а стоимость охлаждающей воды значительно снижается.

Пневматическая трансмиссия использует сжатый газ в качестве рабочего тела, а гидравлическая передача энергии или информации посредством давления газа.

Плюсов:

  • С воздухом в качестве рабочего тела, рабочее тело относительно легко получить, а использованный воздух выбрасывается в атмосферу, что удобно в обращении, и нет необходимости предоставлять восстановленный топливный бак и трубопровод по сравнению с гидравлическая трансмиссия.
  • Поскольку вязкость воздуха очень мала (около одной десятитысячной вязкости гидравлического масла), его потери также невелики, поэтому удобно сосредоточить поставки газа и транспортировку на большие расстояния. Внешние утечки не так сильно загрязняют окружающую среду, как гидравлические приводы.
  • По сравнению с гидравлической трансмиссией, пневматическая трансмиссия отличается быстрым действием, быстрым откликом, простым обслуживанием, чистой рабочей средой и отсутствием ее ухудшения.
  • Рабочая среда хорошо адаптируется, особенно к суровой рабочей среде, такой как легковоспламеняющиеся, взрывоопасные, пыльные, сильные магнитные поля, радиация, вибрация и т. Д., превосходит гидравлическое, электронное и электрическое управление.
  • Низкая стоимость, автоматическая защита от перегрузки.

Минусы:

  • Из-за сжимаемости воздуха рабочая скорость менее стабильна. Однако использование устройства газожидкостной связи дает удовлетворительные результаты.
  • Из-за низкого рабочего давления (обычно 0,31 МПа) и из-за того, что размер конструкции не должен быть слишком большим, общая выходная сила не должна превышать 10 ~ 40 кН.
  • Шум большой, и глушитель добавлен на время высокоскоростного выхлопа.
  • Скорость передачи газового сигнала в пневматическом устройстве ниже, чем скорость электронов и света в пределах скорости звука. Следовательно, пневматическая система управления не должна использоваться в сложных схемах со слишком большим количеством компонентных ступеней.

Гидравлическая трансмиссия

Гидравлическая трансмиссия — это метод трансмиссии, в котором в качестве рабочего тела используется жидкость для передачи энергии и управления.

Плюсов:

  • Со структурной точки зрения, выходная мощность на единицу веса и выходная мощность на единицу размера сжимаются под действием силы в четырех типах режимов передачи и имеют большое отношение момента и инерции. Объем гидравлической трансмиссии невелик при передаче одинаковой мощности. Легкий вес, низкая инерция, компактная конструкция и гибкая компоновка.
  • С точки зрения производительности, скорость, крутящий момент, мощность можно плавно регулировать, быстрая реакция, быстрое переключение и переключение, широкий диапазон скоростей, диапазон скоростей от 100: 1 до 2000: 1; быстрое действие, управление и регулировка относительно просты, работа удобна и трудозатратна, а также удобно взаимодействовать с электрическим управлением и соединением с центральным процессором (компьютером) для облегчения автоматизации.
  • С точки зрения использования и обслуживания компоненты обладают хорошими самосмазывающимися свойствами, легко достигаются защиты от перегрузки и поддержания давления, безопасны и надежны; компоненты легко добиться сериализации, стандартизации и обобщения.
  • Все оборудование с гидравлической техникой безопасно и надежно.
  • Экономия: пластичность и вариативность гидравлической технологии очень сильны, что может повысить гибкость гибкого производства, а также легко изменить и отрегулировать производственный процесс.Гидравлические компоненты относительно недороги в производстве и обладают относительно высокой адаптируемостью.
  • Простая комбинация гидравлической технологии с новыми технологиями, такими как микрокомпьютерное управление, составляет интеграцию «машина-электрическая-гидравлическая-световая», которая стала тенденцией мирового развития и легко реализуется в цифровом формате.

У всего есть две стороны, есть достоинства и недостатки. Гидравлические приводы не исключение:

Минусы:

  • Гидравлическая трансмиссия неизбежно протекает из-за относительной подвижной поверхности, и масло не является абсолютно несжимаемым.Кроме того, гидравлическая трансмиссия не может получить строгое передаточное отношение и, следовательно, не может использоваться в цепи трансмиссии станков, таких как резьбовые шестерни.
  • Имеются потери, такие как общие потери, локальные потери и утечки во время потока масла, а эффективность передачи низкая, что не подходит для передачи на большие расстояния.
  • В условиях высоких и низких температур гидравлическая трансмиссия испытывает определенные трудности.
  • Для предотвращения утечки масла и соответствия определенным требованиям к производительности гидравлические компоненты производятся с высокими требованиями к точности, что создает определенные трудности при использовании и техническом обслуживании.
  • Проверить наличие неисправностей сложно, особенно в агрегатах, где гидравлическая техника не пользуется популярностью. Это противоречие часто препятствует дальнейшему продвижению и применению гидравлической техники. Техническое обслуживание гидравлического оборудования требует определенного опыта, а обучение гидротехников требует более длительного периода времени.

Разработка гидромеханической трансмиссии (ГМТ) для бульдозеров

Образец цитирования: Mitsuya, H., Otani, K., Ishino, T., Maruyama, R. et al., «Development of Hydromechanical Transmission (HMT) for Bulldozers,» SAE Technical Paper 941722, 1994, https://doi.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *