Bei hydrostatischen stufenlosen Getrieben wird das Drehmoment und die Leistung vom Antriebsglied (Pumpe) zum Abtriebsglied (Hydraulikmotor) durch Flüssigkeit durch Rohrleitungen übertragen. Die Leistung N, kW, des Flüssigkeitsdurchflusses wird durch das Produkt der Förderhöhe H, m, durch die Durchflussmenge Q, m3 / s bestimmt:
N = HQpg / 1000,
wobei p die Dichte der Flüssigkeit ist.
Hydrostatische Getriebe haben keinen internen Automatismus; ein ACS ist erforderlich, um die Übersetzung zu ändern. Das hydrostatische Getriebe benötigt jedoch keinen Umkehrmechanismus. Der Rückwärtslauf wird durch eine Änderung des Anschlusses der Pumpe an Druck- und Rücklaufleitung erreicht, wodurch die Motorwelle in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird. Bei einer drehzahlgeregelten Pumpe ist keine Startkupplung erforderlich.
Hydrostatische Getriebe (sowie Kraftübertragungen) haben im Vergleich zu reibschlüssigen und hydrodynamischen Getrieben viel breitere Gestaltungsmöglichkeiten. Sie können Teil eines kombinierten hydromechanischen Getriebes in Reihen- oder Parallelschaltung mit einem mechanischen Getriebe sein. Außerdem können sie Teil eines kombinierten hydromechanischen Getriebes sein, wenn der Hydromotor vor dem Hauptgetriebe eingebaut ist - Abb. a (die Antriebsachse mit Hauptgetriebe, Differential, Halbachsen bleibt erhalten) oder Hydromotoren sind in zwei oder allen Rädern eingebaut - Abb. a (sie werden durch Getriebe ergänzt, die die Funktionen des Hauptgetriebes übernehmen). In jedem Fall ist das Hydrauliksystem geschlossen und eine Ladepumpe ist darin enthalten, um den Überdruck in der Rücklaufleitung aufrechtzuerhalten. Aufgrund von Energieverlusten in Rohrleitungen wird in der Regel der Einsatz eines hydrostatischen Getriebes mit einem maximalen Abstand zwischen Pumpe und Hydromotor von 15 ... 20 m als sinnvoll erachtet.
Reis. Getriebeschemata für Fahrzeuge mit hydrostatischem oder elektrischem Getriebe:
a - bei Verwendung von Motorrädern; b - bei Verwendung einer Antriebsachse; H - Pumpe; GM - Hydraulikmotor; Г - Generator; EM - Elektromotor
Hydrostatische Getriebe werden derzeit bei kleinen Amphibienfahrzeugen, zum Beispiel "Jigger" und "Mule", bei Fahrzeugen mit aktiven Sattelaufliegern, bei Kleinserien von schweren (zul.
Der breite Einsatz von hydrostatischen Getrieben wird vor allem durch die hohen Kosten und den nicht ausreichend hohen Wirkungsgrad (ca. 80 ... 85 %) gebremst.
Reis. Hydromachines Schemata eines volumetrischen hydraulischen Antriebs:
a - Radialkolben; b - Axialkolben; e - Exzentrizität; y - Blockneigungswinkel
Von der ganzen Vielfalt der volumetrischen Hydraulikmaschinen: Schnecken-, Zahnrad-, Schaufel- (Schaufel-), Kolben - für hydrostatische Getriebe von Kraftfahrzeugen werden hauptsächlich Hydraulikmaschinen mit Radialkolben (Abb. A) und Axialkolben (Abb. B) verwendet. Sie ermöglichen den Einsatz hoher Arbeitsdrücke (40 ... 50 MPa) und sind regulierbar. Die Änderung der Zufuhr (Durchflussmenge) der Flüssigkeit erfolgt bei Radialkolben-Hydraulikmaschinen durch Änderung der Exzentrizität e, bei Axialkolben - dem Winkel y.
Verluste in volumetrischen hydraulischen Maschinen werden in volumetrische (Leckagen) und mechanische Verluste unterteilt, letztere beinhalten hydraulische Verluste. Verluste in der Rohrleitung werden in Reibungsverluste (sie sind proportional zur Länge der Rohrleitung und dem Quadrat der Fluidgeschwindigkeit bei turbulenter Strömung) und lokal (Ausdehnung, Kontraktion, Strömungsdrehung) unterteilt.
Hydrostatische Getriebe, die nach einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf hergestellt werden, werden häufig in Fahrantrieben von Sondermaschinen verwendet. Grundsätzlich sind dies Maschinen, bei denen die Bewegung eine der Hauptfunktionen ist, zum Beispiel Frontlader, Bulldozer, Baggerlader, landwirtschaftliche Mähdrescher,
Forstspediteure und Harvester.
In den Hydrauliksystemen solcher Maschinen erfolgt die Regulierung des Arbeitsfluidstroms in einem weiten Bereich sowohl durch die Pumpe als auch durch den Hydromotor. Geschlossene Hydraulikkreisläufe werden oft verwendet, um die Arbeitskörper der Drehbewegung anzutreiben: Betonmischer, Bohrgeräte, Winden usw.
Betrachten wir einen typischen strukturellen Hydraulikkreislauf der Maschine und wählen Sie die Kontur der hydrostatischen Übertragung des Hubs darin. Es gibt viele Konstruktionen von geschlossenen hydrostatischen Getrieben, bei denen das Hydrauliksystem eine Verstellpumpe, normalerweise eine Taumelscheibe, und einen einstellbaren Hydraulikmotor umfasst.
Als Hydromotoren werden hauptsächlich Radialkolben- oder Axialkolbenmotoren mit geneigtem Zylinderblock verwendet. Bei kleinen Geräten werden häufig Axialkolben-Hydraulikmotoren mit Schrägscheibe mit konstantem Arbeitsvolumen und Gerotor-Hydraulikmaschinen eingesetzt.
Die Pumpenverdrängung wird durch ein proportionales hydraulisches oder elektrohydraulisches Vorsteuersystem oder eine direkte Servosteuerung gesteuert. Um die Parameter des Hydraulikmotors in Abhängigkeit von der Wirkung einer externen Last in der Pumpensteuerung automatisch zu ändern
Regler verwendet werden.
So ermöglicht beispielsweise der Leistungsregler in hydrostatischen Fahrgetrieben, dass die Maschine bei zunehmendem Bewegungswiderstand ohne Eingriff des Bedieners langsamer wird oder sogar ganz anhält, ohne dass der Motor abgewürgt wird.
Der Druckregler sorgt für ein konstantes Drehmoment des Arbeitskörpers in allen Betriebsarten (z. B. die Schnittkraft einer rotierenden Mühle, Schnecke, Bohrständerfräse usw.). In allen Pumpen- und Hydraulikmotor-Steuerungskaskaden überschreitet der Steuerdruck 2,0-3,0 MPa (20-30 bar) nicht.
Reis. 1. Typisches Schema des hydrostatischen Getriebes von Sonderausrüstungen
In Abb. 1 zeigt einen gängigen Aufbau eines hydrostatischen Getriebes eines Maschinenfahrwerks. Die Vorsteuerhydraulik (Pumpensteuerung) enthält ein vom Gaspedal gesteuertes Proportionalventil. Tatsächlich handelt es sich um ein mechanisch betätigtes Druckreduzierventil.
Es wird von einer Hilfspumpe für das Leckagenachfüllsystem (Make-up) angetrieben. Abhängig vom Grad des Niederdrückens des Pedals regelt das Proportionalventil die Menge des in den Zylinder (in der realen Ausführung - den Kolben) eintretenden Vorsteuerstroms, um die Neigung der Unterlegscheibe zu steuern.
Der Steuerdruck überwindet den Widerstand der Zylinderfeder und dreht die Unterlegscheibe, wodurch sich das Fördervolumen der Pumpe ändert. Somit ändert der Bediener die Geschwindigkeit der Maschine. Umkehrung des Kraftflusses im Hydrauliksystem, d.h. Die Änderung der Bewegungsrichtung der Maschine erfolgt durch den Magneten "A".
Das Magnetventil "B" steuert den Regler des Hydromotors, der seine maximale oder minimale Verdrängung einstellt. Im Transportmodus der Maschine wird das minimale Arbeitsvolumen des Hydromotors eingestellt, wodurch er die maximale Rotationsfrequenz der Welle entwickelt.
In der Zeit, in der die Maschine energietechnische Arbeiten ausführt, wird das maximale Arbeitsvolumen des Hydromotors eingestellt. In diesem Fall entwickelt er bei minimaler Wellendrehzahl ein maximales Drehmoment.
Bei Erreichen des maximalen Druckniveaus im Leistungskreis von 28,5 MPa reduziert die Regelkaskade automatisch den Neigungswinkel der Waschanlage auf 0° und schützt die Pumpe und das gesamte Hydrauliksystem vor Überlastung. Viele mobile Arbeitsmaschinen mit hydrostatischem Getriebe stellen hohe Anforderungen.
Sie müssen im Transportmodus eine hohe Geschwindigkeit (bis zu 40 km / h) haben und große Widerstandskräfte bei energietechnischen Operationen überwinden, d.h. maximale Zugkraft entwickeln. Beispiele sind Radlader, Land- und Forstmaschinen.
Die hydrostatischen Fahrgetriebe dieser Maschinen verwenden variable Kippblock-Hydraulikmotoren. In der Regel ist diese Regelung Relais, d.h. bietet zwei Positionen: maximale oder minimale Verdrängung des Hydraulikmotors.
Es gibt jedoch hydrostatische Getriebe, die eine proportionale Steuerung des Schluckvolumens des Hydromotors erfordern. Bei maximaler Verdrängung wird Drehmoment bei hohem Hydraulikdruck erzeugt.
Reis. 2. Schema der Kraftwirkung im Hydromotor bei maximalem Arbeitsvolumen
In Abb. 2 zeigt ein Diagramm der Kräftewirkung im Hydromotor bei maximalem Arbeitsvolumen. Die hydraulische Kraft Fg wird in axiales Fо und radiales Fр zerlegt. Die Radialkraft Fр erzeugt ein Drehmoment.
Je größer also der Winkel α (Kippwinkel des Zylinderblocks) ist, desto höher ist die Kraft Fр (Drehmoment). Die Schulter der Kraft Fр, die dem Abstand von der Drehachse der Welle bis zum Kontaktpunkt des Kolbens im Käfig des Hydromotors entspricht, bleibt konstant.
Reis. 3. Schema der Kraftwirkung im Hydromotor beim Verfahren auf das minimale Arbeitsvolumen
Wenn der Kippwinkel des Zylinderblocks kleiner wird (Winkel α), d.h. das Arbeitsvolumen des Hydromotors tendiert zu seinem minimalen Wert, der Kraft Fр, und folglich nimmt auch das Drehmoment an der Welle des Hydromotors ab. Das Wirkungsschema der Kräfte in diesem Fall ist in Abb. 3.
Aus dem Vergleich von Vektordiagrammen für jeden Neigungswinkel des Hydromotor-Zylinderblocks ist die Art der Drehmomentänderung deutlich erkennbar. Eine solche Steuerung des Arbeitsvolumens des Hydromotors wird häufig bei hydraulischen Antrieben verschiedener Maschinen und Geräte verwendet.
Reis. 4. Schema der typischen Steuerung des Hydraulikmotors der Motorwinde
In Abb. 4 zeigt ein Diagramm einer typischen Steuerung eines hydraulischen Motors einer Kraftwinde. Hier sind die Kanäle A und B die Arbeitsanschlüsse des Hydromotors.
Je nach Bewegungsrichtung des Kraftflusses des Arbeitsmediums ist in ihnen eine Direkt- oder Rückwärtsdrehung vorgesehen. In der gezeigten Position hat der Motor ein maximales Schluckvolumen. Das Arbeitsvolumen des Hydromotors ändert sich, wenn an seinem Anschluss X ein Steuersignal anliegt.
Der Vorsteuerstrom des Arbeitsfluids, der durch das Steuerventil strömt, wirkt auf den Verdrängerkolben des Zylinderblocks, der bei hoher Drehzahl den Wert des Arbeitsvolumens des Hydromotors schnell ändert.
Reis. 5. Charakteristik der Hydraulikmotorsteuerung
Die Grafik in Abb. Fig. 5 zeigt die Ansteuerkennlinie des Hydromotors, sie hat eine lineare Umkehrfunktion. Bei komplexen Maschinen werden häufig separate Hydraulikkreise zum Antrieb der Arbeitsteile verwendet.
Gleichzeitig werden einige von ihnen nach einem offenen hydraulischen Schema hergestellt, während andere den Einsatz von hydrostatischen Getrieben erfordern. Ein Beispiel ist ein volldrehender Schaufelbagger. In ihm werden die Rotation des Drehtellers und die Bewegung der Maschine durch Hydraulikmotoren mit
Gruppe von Ventilen.
Konstruktiv ist die Ventilbox direkt am Hydromotor montiert. Die Energieversorgung des hydrostatischen Getriebekreises von einer auf einen offenen Hydraulikkreis wirkenden Hydraulikpumpe erfolgt über ein Hydraulikventil.
Reis. 6. Schema eines hydrostatischen Getriebekreislaufs, der von einem offenen Hydrauliksystem gespeist wird
Es liefert den Kraftfluss des Arbeitsfluids in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung an den hydrostatischen Getriebekreislauf. Ein Diagramm eines solchen Hydraulikkreislaufs ist in Abb. 6 dargestellt.
Die Änderung des Arbeitsvolumens des Hydromotors erfolgt hier durch einen von einem Vorsteuerschieber gesteuerten Stößel. Der Pilotkolben kann entweder durch ein externes Steuersignal, das über Kanal X übertragen wird, oder ein internes Steuersignal vom ODER-Wahlventil beaufschlagt werden.
Sobald der Kraftfluss des Arbeitsmediums in die Druckleitung des Hydraulikkreises eingespeist wird, öffnet das Umschaltventil „ODER“ den Zugang zum Steuersignal zum Ende des Vorsteuerkolbens und leitet durch Öffnen der Arbeitsfenster a Teil des Fluids zum Kolben des Zylinderblockantriebs.
Je nach Druck in der Druckleitung ändert sich das Schluckvolumen des Hydromotors von der Grundstellung in Richtung abnehmend (hohe Drehzahl / niedriges Drehmoment) oder ansteigend (niedrige Drehzahl / hohes Drehmoment). Auf diese Weise erfolgt die Kontrolle
Bewegung.
Wird der Steuerschieber des Kraftventils in die entgegengesetzte Position bewegt, ändert sich die Kraftflussrichtung. Das ODER-Wahlventil bewegt sich in eine andere Position und sendet ein Steuersignal von einer anderen Leitung im Hydraulikkreis an den Vorsteuerkolben. Die Regelung des Hydromotors erfolgt in gleicher Weise.
Neben den Steuerungskomponenten enthält dieser Hydraulikkreislauf zwei kombinierte (Anti-Kavitations- und Anti-Shock)-Ventile, die für einen Spitzendruck von 28,0 MPa ausgelegt sind, und ein Belüftungssystem für das Arbeitsmedium, das für seine forcierte Kühlung ausgelegt ist.
Der Artikel befasst sich mit der Entwicklung des Getriebes von Raupenbaggern der Schubklasse 10 ... 15 t auf eine Raupe.
Zuerst eine kleine Geschichte. Der Begriff "Bulldozer" entstand Ende des 19. Jahrhunderts. und bedeutete eine mächtige Kraft, die alle Barrieren überwindet. Dieses Konzept wurde in den 1930er Jahren den Raupenschleppern zugeschrieben, die im übertragenen Sinne die Kraft eines Kettenfahrzeugs mit einem davor befestigten Metallschild charakterisierten, das den Boden bewegte. Als Basis diente ursprünglich ein Ackerschlepper mit dem Hauptmerkmal - einer Raupenkette, die maximale Bodenhaftung bietet. Eine Raupe wird als endlose Schiene definiert. Russische Wissenschaftler hatten etwas mit seiner Erfindung zu tun, wie mit allen wichtigen grundlegenden Entdeckungen. Eines der ersten Patente wurde um 1885 in Russland angemeldet.
Eine der Eigenschaften der Raupenkette ist die Möglichkeit zum Wenden, indem eine der Raupen deaktiviert, blockiert oder in eine Gegenschiene verwandelt wird. In Abb. 1 zeigt ein typisches mechanisches Getriebeschema, das bei den ersten Raupen-Bulldozern verwendet wurde und noch heute verwendet wird.
Die Vorteile dieses Schemas
- Einfachheit des Gerätedesigns, Effizienz mehr als 95 %, niedrige Kosten und minimaler Zeitaufwand für Reparaturen. |
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Während der Zeit des schnellen Wachstums der Weltwirtschaft 1955-1965. und der Entwicklung von Bearbeitungstechnologien und der chemischen Industrie parallel dazu haben mehrere Hersteller von Raupenbaggern hydromechanische Getriebe (HMT) eingesetzt. Es wurde auf Basis eines Drehmomentwandlers (GTR) gebaut, der sich zu dieser Zeit bei Diesellokomotiven durchgesetzt hatte. HMT auf Bulldozern war vor allem in der schweren Klasse gefragt: mehr als 15 Tonnen Schub, und zeichnet sich durch die Fähigkeit aus, das maximale Moment bei Nullgeschwindigkeit zu erreichen, dh mit der maximalen Haftung der Raupe am Boden und der maximalen Widerstand der bewegten Bodenmasse. Der einzige und kritische Nachteil neben der technologischen Komplexität blieben hohe mechanische Verluste - 20 ... 25% für einen einstufigen GTE, der in der überwiegenden Mehrheit bei Raupen-Planierraupen mit HMT verwendet wird. Das hydromechanische Getriebediagramm ist in Abb. 2.
Die Vorteile dieses Schemas- maximal mögliche Traktion auf den Gleisen, einfachere Steuerung im Vergleich zu einem mechanischen Getriebe, elastische Verbindung zwischen Motor und Gleis.
Die Notwendigkeit, teure Planetengetriebe und Achsantriebe zu verwenden, wird durch die Übertragung eines höheren Drehmoments als bei einem Schaltgetriebe verursacht - bis zu zweimal. Das GMT-Schema wird derzeit von den führenden Herstellern von Raupenbaggern Komatsu und Caterpillar verwendet. Nur das Traktorenwerk Tscheljabinsk liefert einen bedeutenden Anteil an mechanischen Getrieben und produziert seit mehr als 50 Jahren eine fast unveränderte Kopie der Caterpillar der 1960er Jahre.
Der nächste technologische Schritt in der Entwicklung des Raupen-Bulldozer-Getriebes war die Verwendung des Schemas „Hydraulikpumpe (HP) – Hydromotor (GM)“ unter dem Oberbegriff „hydrostatisches Getriebe“ (GST). Der Beginn der weit verbreiteten Verwendung von GN-GM wurde vom Militär bei der Verbesserung der Antriebe von Artilleriegeschützen gelegt, wo eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit beweglicher Teile mit einer erheblichen Trägheitsmasse erforderlich war, die die Verwendung einer starren mechanischen Verbindung ausschloss.
Das Getriebe dieses Typs wird heute hauptsächlich bei Spezialgeräten der mittleren und schweren Klasse eingesetzt: Das hydrostatische Getriebe wird von allen Marktführern des Baggergerätemarktes eingesetzt. Der Einsatz von GST in Baggern ist mit der Verrichtung ihrer Hauptarbeit durch Aktuatoren mit hydraulischer Kraftübertragung verbunden. Die Verbreitung von GTS wurde auch durch die Verbesserung der Bearbeitungstechnologien und den weit verbreiteten Einsatz von synthetischen Ölen, die für vorgegebene Einsatzparameter hergestellt wurden, sowie die Entwicklung der Mikroelektronik, die die Implementierung komplexer GTS-Regelalgorithmen ermöglichte, erleichtert. Das hydrostatische Getriebediagramm ist in Abb. 3.
Die Vorteile dieses Schemas:
- hohe Effizienz - mehr als 93%;
- die maximal mögliche Traktion auf den Gleisen ist aufgrund geringerer Verluste höher als die der GMT;
- bessere Wartbarkeit durch die minimale Anzahl von Einheiten und deren Vereinheitlichung durch verschiedene Hersteller, hauptsächlich keine Produktion von fertigen Raupen-Planierraupen;
- dies gewährleistet auch die minimalen Kosten der Einheiten;
- die einfachste Steuerung mit einem Joystick, mit der Sie die Fernbedienung ohne Änderungen implementieren können, einschließlich der Verwendung von Funkkommunikation;
- Elastische Verbindung Motor-Raupe;
- kleine Gesamtabmessungen, wodurch Sie den frei gewordenen Platz für Anbaugeräte nutzen können;
- die Möglichkeit der Makroüberwachung des Zustands des gesamten Getriebes durch einen Parameter - die Temperatur des Arbeitsfluids;
- höchstmögliche Manövrierfähigkeit - Null-Wenderadius durch die Gegenbewegung der Raupen;
- Möglichkeit einer 100 %igen Zapfwelle für hydraulische Anbaugeräte von einer Standard-Hydraulikpumpe;
- die Möglichkeit billiger Software sowie technologische Modernisierung in naher Zukunft durch einen elementaren Übergang zu einem Arbeitsfluid mit neuen Eigenschaften auf Basis der Nanotechnologie.
Eine indirekte Bestätigung dieser Vorteile ist die Wahl von GST durch den führenden deutschen Hersteller von Spezialausrüstungen von Liebherr als Basis bei der Konstruktion aller Spezialausrüstungen, einschließlich Raupen-Planierraupen. Eine Tabelle mit allen Vor-, Nachteilen und Betriebsmerkmalen verschiedener Getriebetypen, darunter das "neue" für Caterpillar und das bereits 1959 vom ChTZ-Werk auf dem Bulldozer DET-250 implementierte elektromechanische Getriebe, finden Sie auf der Website www.TM10.ru der DST-Ural ".
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Natürlich machten die Leser auf die Vorlieben der Autoren des Artikels aufmerksam. Ja, wir entscheiden uns für die GTS und glauben, dass wir mit dieser Entscheidung den technologischen Rückstand der führenden Unternehmen bei der Herstellung von Spezialgeräten in Russland überwinden und uns vom östlichen Nachbarn China lösen können, das behauptet, leicht zu sein absorbieren unseren Bulldozer-Markt. Die neue TM-Planierraupe mit Getriebe auf Basis von Bosch Rexroth-Komponenten der Schubklasse 13 ... 15 t wird von DST-Ural im Juli vorgestellt. Das Arbeitsgewicht des neuen Bulldozers bleibt 23,5 Tonnen, Leistung - 240 PS. und der maximale Schub beträgt 25 Tonnen, was mit einer Verzögerung von 5% dem Analogon des Liebherr PR744 (24,5 Tonnen, 255 PS) entspricht. Erinnern wir uns noch einmal an die bestehenden Möglichkeiten des heimischen Maschinenbaus. So haben wir zum Beispiel als weltweit erste Praxis das Drehgestell-Schema auf Drehgestellen der 10. Klasse der Raupen-Planierraupen in Serie angewendet. Vorher konnten sich die Hersteller es nur in der schweren Klasse dieser Maschinen mit einem Gewicht von über 30 Tonnen leisten, wo die Preise um ein Vielfaches höher sind. Der Marktpreis des Bulldozers TM10 auf Drehgestellen mit hydrostatischem Getriebe soll nicht mehr als 4,5 Millionen Rubel betragen.