În transmisiile hidrostatice variabile continuu, cuplul și puterea de la legătura de antrenare (pompă) la legătura antrenată (motor hidraulic) sunt transmise de fluid prin conducte. Puterea N, kW, a debitului de fluid este determinată de produsul capului H, m, de debitul Q, m3 / s:
N = HQpg / 1000,
unde p este densitatea lichidului.
Transmisiile hidrostatice nu au automatism intern; este necesar un ACS pentru a modifica raportul de transmisie. Cu toate acestea, transmisia hidrostatică nu necesită un mecanism de inversare. Deplasarea inversă se realizează prin schimbarea conexiunii pompei la liniile de refulare și reîntoarcere, ceea ce face ca arborele motorului să se rotească în direcția opusă. Cu o pompă cu turație variabilă, nu este necesar un ambreiaj de pornire.
Transmisiile hidrostatice (precum și transmisiile de putere), în comparație cu cele de frecare și hidrodinamice, au posibilități de amenajare mult mai largi. Ele pot face parte dintr-o transmisie hidromecanică combinată în serie sau în conexiune paralelă cu o cutie de viteze mecanică. În plus, pot face parte dintr-o transmisie hidromecanică combinată atunci când motorul hidraulic este instalat în fața angrenajului principal - fig. a (axa de antrenare cu angrenajul principal, diferențial, semi-osii este păstrată) sau motoarele hidraulice sunt instalate pe două sau pe toate roțile - fig. a (sunt completate de cutii de viteze care îndeplinesc funcțiile angrenajului principal). În orice caz, sistemul hidraulic este închis și o pompă de încărcare este inclusă în acesta pentru a menține presiunea în exces în linia de retur. Datorită pierderilor de energie din conducte, de obicei se consideră recomandabilă utilizarea unei transmisii hidrostatice cu o distanță maximă între pompă și motorul hidraulic de 15 ... 20 m.
Orez. Scheme de transmisie pentru vehicule cu transmisii hidrostatice sau electrice:
a - atunci când se utilizează roți cu motor; b - atunci când se utilizează o axă motrice; H - pompă; GM - motor hidraulic; Г - generator; EM - motor electric
În prezent, transmisiile hidrostatice sunt utilizate pe vehicule mici amfibii, de exemplu, "Jigger" și "Mule", pe vehicule cu semiremorci active, pe serii mici de autobasculante de mare tonaj (GVW până la 50 tone) și pe autobuze experimentale urbane.
Utilizarea pe scară largă a transmisiilor hidrostatice este limitată în principal de costul ridicat și de eficiența insuficient de mare (aproximativ 80 ... 85%).
Orez. Schemele de hidromachine ale unei acționări hidraulice volumetrice:
a - piston radial; b - piston axial; e - excentricitate; y - unghiul de înclinare a blocului
Din întreaga varietate de mașini hidraulice volumetrice: șurub, angrenaj, lamă (paletă), piston - pentru transmisii hidrostatice auto, sunt utilizate în principal mașini hidraulice cu piston radial (Fig. A) și cu piston axial (Fig. B). Permit utilizarea presiunii ridicate de lucru (40 ... 50 MPa) și pot fi reglate. Modificarea alimentării (debitului) lichidului este asigurată pentru mașinile hidraulice cu piston radial prin schimbarea excentricității e, pentru pistonul axial - unghiul y.
Pierderile la mașinile hidraulice volumetrice sunt împărțite în volumetrice (scurgeri) și mecanice, acestea din urmă includ pierderi hidraulice. Pierderile din conductă sunt împărțite în pierderi de frecare (sunt proporționale cu lungimea conductei și pătratul vitezei fluidului în debit turbulent) și locale (expansiune, contracție, curgere a debitului).
Transmisiile hidrostatice, realizate conform unui circuit hidraulic închis, sunt utilizate pe scară largă în acționările de deplasare a mașinilor speciale. Practic, acestea sunt mașini în care mișcarea este una dintre funcțiile principale, de exemplu, încărcătoare frontale, buldozere, buldoexcavatoare, combine agricole,
transportatori forestieri și recoltatori.
În sistemele hidraulice ale acestor mașini, reglarea debitului fluidului de lucru se efectuează într-o gamă largă atât de pompă, cât și de motorul hidraulic. Circuitele hidraulice închise sunt adesea utilizate pentru a acționa corpurile de lucru ale mișcării rotative: betoniere, platforme de foraj, trolii etc.
Să luăm în considerare un circuit hidraulic structural tipic al mașinii și să selectăm conturul transmisiei hidrostatice a cursei din ea. Există multe modele de transmisii hidrostatice închise, în care sistemul hidraulic include o pompă cu deplasare variabilă, de obicei o placă rotativă și un motor cu deplasare variabilă.
Motoarele hidraulice sunt utilizate în principal cu piston radial sau cu piston axial cu bloc cilindric înclinat. În echipamentele de dimensiuni mici, se folosesc deseori motoare hidraulice cu piston axial cu o placă rotativă cu un volum de lucru constant și mașini hidraulice cu gerotor.
Deplasarea pompei este controlată de un sistem pilot hidraulic sau electro-hidraulic proporțional sau de un servocontrol direct. Pentru a modifica automat parametrii motorului hidraulic în funcție de acțiunea unei sarcini externe în controlul pompei
se folosesc regulatoare.
De exemplu, regulatorul de putere în transmisiile de deplasare hidrostatică permite mașinii să încetinească fără intervenția operatorului atunci când există o rezistență crescută la mișcare și chiar să o oprească complet fără a lăsa motorul să se oprească.
Regulatorul de presiune asigură un cuplu constant al corpului de lucru în toate modurile de funcționare (de exemplu, forța de tăiere a unei mori rotative, melcului, tăietorului de foraj etc.). În orice cascadă de comandă a pompei și a motorului hidraulic, presiunea pilotului nu depășește 2,0-3,0 MPa (20-30 bari).
Orez. 1. Schema tipică de transmisie hidrostatică a echipamentelor speciale
În fig. 1 prezintă un aspect comun al unei transmisii hidrostatice a unei deplasări a mașinii. Sistemul pilot (controlul pompei) include o supapă proporțională controlată de pedala de propulsie. De fapt, este o supapă de reducere a presiunii acționată mecanic.
Este alimentat de o pompă auxiliară pentru sistemul de completare a scurgerilor (machiaj). În funcție de gradul de apăsare a pedalei, supapa proporțională reglează cantitatea de debit pilot care intră în cilindru (în designul real - pistonul) pentru controlul înclinației șaibei.
Presiunea de control depășește rezistența arcului cilindrului și rotește șaiba, schimbând deplasarea pompei. Astfel, operatorul schimbă viteza mașinii. Inversarea debitului de putere în sistemul hidraulic, adică schimbarea direcției de mișcare a mașinii este efectuată de solenoidul "A".
Solenoidul "B" controlează regulatorul motorului hidraulic, care setează deplasarea sa maximă sau minimă. În modul de transport al mișcării mașinii, este stabilit volumul minim de lucru al motorului hidraulic, datorită căruia dezvoltă frecvența maximă de rotație a arborelui.
În perioada în care mașina efectuează operațiuni tehnologice de putere, este stabilit volumul maxim de lucru al motorului hidraulic. În acest caz, dezvoltă cuplul maxim la viteza minimă a arborelui.
La atingerea nivelului maxim de presiune în circuitul de putere de 28,5 MPa, cascada de control va reduce automat unghiul de înclinare a șaibei la 0 ° și va proteja pompa și întregul sistem hidraulic de suprasarcină. Multe mașini mobile cu transmisie hidrostatică au cerințe stricte.
Acestea trebuie să aibă o viteză mare (până la 40 km / h) în modul de transport și să depășească forțe mari de rezistență atunci când efectuează operațiuni tehnologice de putere, adică dezvolta o putere tractiva maxima. Exemplele includ încărcătoare pe roți, mașini agricole și forestiere.
Transmisiile hidrostatice ale acestor mașini utilizează motoare hidraulice cu bloc variabil. De regulă, această reglementare este releu, adică asigură două poziții: deplasarea maximă sau minimă a motorului hidraulic.
Cu toate acestea, există transmisii hidrostatice care necesită un control proporțional al deplasării motorului hidraulic. La deplasarea maximă, cuplul este generat la presiune hidraulică ridicată.
Orez. 2. Schema de acțiune a forțelor în motorul hidraulic la volumul maxim de lucru
În fig. 2 prezintă o diagramă a acțiunii forțelor în motorul hidraulic la volumul maxim de lucru. Forța hidraulică Fg este descompusă în F® axial și Fр radial. Forța radială Fр creează un cuplu.
Prin urmare, cu cât unghiul α (unghiul de înclinare al blocului de cilindri) este mai mare, cu atât este mai mare forța Fр (cuplul). Umărul forței Fр, egal cu distanța de la axa de rotație a arborelui până la punctul de contact al pistonului în cușca motorului hidraulic, rămâne constantă.
Orez. 3. Schema acțiunii forțelor în motorul hidraulic la deplasarea la volumul minim de lucru
Când unghiul de înclinare al blocului de cilindri scade (unghiul α), adică volumul de lucru al motorului hidraulic tinde la valoarea sa minimă, forța Fр și, în consecință, cuplul de pe arborele motorului hidraulic scade, de asemenea. Schema de acțiune a forțelor în acest caz este prezentată în Fig. 3.
Natura schimbării cuplului este clar vizibilă din comparația diagramelor vectoriale pentru fiecare unghi de înclinare a blocului cilindrului motorului hidraulic. Un astfel de control al volumului de lucru al motorului hidraulic este utilizat pe scară largă în acționările hidraulice ale diferitelor mașini și echipamente.
Orez. 4. Schema de control tipic al motorului hidraulic al troliului de putere
În fig. 4 prezintă o diagramă a unui control tipic al unui motor hidraulic cu troliu de putere. Aici, canalele A și B sunt orificiile de lucru ale motorului hidraulic.
În funcție de direcția de mișcare a fluxului de putere al fluidului de lucru, rotația directă sau inversă este prevăzută în acestea. În poziția arătată, motorul are deplasarea maximă. Volumul de lucru al motorului hidraulic se modifică atunci când un semnal de comandă este furnizat la portul său X.
Debitul pilot al fluidului de lucru, care trece prin supapa de control, acționează asupra pistonului de deplasare a blocului de cilindri, care, rotind cu viteză mare, modifică rapid valoarea volumului de lucru al motorului hidraulic.
Orez. 5. Caracteristica controlului motorului hidraulic
Graficul din Fig. 5 prezintă caracteristica de comandă a motorului hidraulic, are o funcție inversă liniară. Adesea în mașinile complexe, circuite hidraulice separate sunt utilizate pentru acționarea pieselor de lucru.
În același timp, unele dintre ele sunt realizate conform unei scheme hidraulice deschise, în timp ce altele necesită utilizarea transmisiilor hidrostatice. Un exemplu este un excavator cu lopată complet rotativă. În acesta, rotația platanului rotativ și mișcarea mașinii sunt asigurate de motoare hidraulice cu
grup de supape.
Structural, cutia supapei este instalată direct pe motorul hidraulic. Alimentarea circuitului de transmisie hidrostatică de la o pompă hidraulică care funcționează pe un circuit hidraulic deschis se realizează cu ajutorul unei supape hidraulice.
Orez. 6. Schema unui circuit de transmisie hidrostatică alimentat dintr-un sistem hidraulic deschis
Acesta asigură fluxul de putere al fluidului de lucru către circuitul de transmisie hidrostatică în direcția înainte sau înapoi. O diagramă a unui astfel de circuit hidraulic este prezentată în Fig. 6.
Aici, modificarea volumului de lucru al motorului hidraulic este efectuată de un piston controlat de o bobină pilot. Bobina pilot poate fi acționată fie printr-un semnal de control extern transmis prin canalul X, fie printr-un semnal de control intern de la supapa de selecție SAU.
De îndată ce fluxul de putere al fluidului de lucru este furnizat liniei de presiune a circuitului hidraulic, supapa selectorului „SAU” deschide accesul la semnalul de comandă la capătul bobinei pilot și, prin deschiderea geamurilor de lucru, direcționează un porțiunea fluidului către pistonul pistonului de acționare.
În funcție de presiunea din conducta de refulare, deplasarea motorului hidraulic se schimbă din poziția normală spre scăderea acestuia (turație mare / cuplu mic) sau creștere (turație mică / cuplu mare). În acest fel, se efectuează controlul
circulaţie.
Dacă bobina supapei de putere este mutată în poziția opusă, direcția fluxului de putere se va schimba. Supapa de selecție OR se va deplasa într-o poziție diferită și va trimite un semnal de control bobinei pilot de la o altă linie din circuitul hidraulic. Reglarea motorului hidraulic va fi efectuată în același mod.
În plus față de componentele de comandă, acest circuit hidraulic conține două valve combinate (anti-cavitație și anti-șoc), reglate pentru o presiune de vârf de 28,0 MPa, și un sistem de ventilație pentru fluidul de lucru, conceput pentru răcirea forțată a acestuia.
Articolul se referă la dezvoltarea transmisiei buldozerelor pe șenile de 10 ... 15 t clasa de împingere pe o omidă.
În primul rând, puțină istorie. Însăși conceptul de „buldozer” a apărut la sfârșitul secolului al XIX-lea. și a însemnat o forță puternică care depășește orice bariere. Acest concept a început să fie atribuit tractoarelor cu șenile din anii 1930, caracterizând figurativ puterea unui vehicul cu șenile cu un scut metalic fixat în față, care mișca solul. Ca bază, un tractor agricol a fost utilizat inițial cu caracteristica principală - o șenilă de omidă, care asigură o tracțiune maximă cu solul. O omidă este definită ca o șină fără sfârșit. Oamenii de știință ruși au avut legătură cu invenția sa, ca și cu toate descoperirile fundamentale cheie. Unul dintre primele brevete a fost înregistrat în Rusia în jurul anului 1885.
Una dintre caracteristicile pistei de omidă este capacitatea de a se roti dezactivând una dintre piste sau blocând-o sau transformând-o într-o pistă de contracarare. În fig. 1 prezintă o schemă tipică a unei transmisii mecanice, care a fost utilizată pe primele buldozere pe șenile și este încă în uz astăzi.
Avantajele acestei scheme
- simplitatea designului unității, eficiență peste 95%, cost redus și timp minim petrecut pentru reparații. |
 |
În perioada de creștere rapidă a economiei mondiale în 1955-1965. și dezvoltarea tehnologiilor de prelucrare și a industriei chimice în paralel, mai mulți producători de buldozere pe șenile au aplicat transmisie hidromecanică (HMT). A fost construit pe baza unui convertizor de cuplu (GTR), care până atunci se răspândise pe locomotivele diesel. HMT pe buldozere a fost solicitat în primul rând în clasa grea: mai mult de 15 tone de forță și se caracterizează prin capacitatea de a obține momentul maxim la viteză zero, adică cu aderența maximă a omidei la sol și rezistența masei solului în mișcare. Singurul și dezavantajul critic, pe lângă complexitatea tehnologică, a rămas pierderi mecanice mari - 20 ... 25% pentru un GTE cu o singură etapă, care este utilizat în majoritatea covârșitoare pe buldozere pe șenile care utilizează HMT. Diagrama transmisiei hidromecanice este prezentată în Fig. 2.
Avantajele acestei scheme- tracțiunea maximă posibilă pe șine, control mai simplu comparativ cu o transmisie mecanică, conexiune elastică între motor și cale.
Necesitatea de a folosi cutii de viteze planetare scumpe și acționări finale este cauzată de transmisia unui cuplu mai mare decât în cazul unei transmisii manuale - de până la două ori. Schema GMT este utilizată în prezent de principalii producători de buldozere pe șenile Komatsu și Caterpillar. Numai uzina de tractoare din Chelyabinsk oferă o pondere semnificativă a transmisiilor mecanice, producând o copie aproape neschimbată a Caterpillar din anii 1960 de mai bine de 50 de ani.
Următorul pas tehnologic în dezvoltarea transmisiei buldozerului pe șenile a fost utilizarea schemei „pompă hidraulică (HP) - motor hidraulic (GM)” sub termenul general „transmisie hidrostatică” (GST). Începutul utilizării pe scară largă a GN-GM a fost pus de către militari la îmbunătățirea acționărilor pistolelor de artilerie, unde era necesară o viteză mare de mișcare a pieselor în mișcare cu o masă inerțială considerabilă, care exclude utilizarea unei conexiuni mecanice rigide.
Transmisia de acest tip este astăzi utilizată în principal pe echipamente speciale din clasa medie și grea: transmisia hidrostatică este utilizată de toți liderii pieței echipamentelor excavatoare. Utilizarea GST în excavatoare este asociată cu performanța lucrărilor lor principale de către actuatori cu transmisie de putere hidraulică. Răspândirea GTS a fost, de asemenea, facilitată de îmbunătățirea tehnologiilor de prelucrare și utilizarea pe scară largă a uleiurilor sintetice produse pentru parametrii de utilizare predeterminate, precum și dezvoltarea microelectronicii, care a făcut posibilă implementarea algoritmilor de control GTS complexi. Diagrama de transmisie hidrostatică este prezentată în Fig. 3.
Avantajele acestei scheme:
- Eficiență ridicată - peste 93%;
- tracțiunea maximă posibilă pe șine este mai mare decât cea a GMT, datorită pierderilor mai mici;
- o mai bună întreținere datorită numărului minim de unități și a unificării acestora de către diferiți producători, în principal neproducând buldozere pe șenile gata făcute;
- acest lucru asigură și costul minim al unităților;
- cel mai simplu control cu un singur joystick, care vă permite să implementați telecomanda fără modificări, inclusiv folosind comunicații radio;
- motor cu legătură elastică-omidă;
- dimensiuni generale mici, care vă permit să utilizați spațiul liber pentru atașamente;
- posibilitatea monitorizării macro a stării întregii transmisii printr-un parametru - temperatura fluidului de lucru;
- manevrabilitate maximă posibilă - rază de rotire zero datorită contramotării șinelor;
- posibilitatea de a lua 100% putere pentru accesoriile hidraulice de la o pompă hidraulică standard;
- posibilitatea unui software ieftin, precum și modernizarea tehnologică în viitorul apropiat datorită unei tranziții elementare la un fluid de lucru cu noi proprietăți obținute pe baza nanotehnologiei.
O confirmare indirectă a acestor avantaje este alegerea GST de către liderul producătorilor germani de echipamente speciale de către Liebherr ca bază în proiectarea tuturor echipamentelor speciale, inclusiv buldozere pe șenile. Un tabel cu toate avantajele, dezavantajele și caracteristicile de funcționare ale diferitelor tipuri de transmisii, inclusiv „noul” pentru Caterpillar și transmisia electromecanică implementată efectiv în 1959 de uzina ChTZ pe buldozerul DET-250, este prezentată pe site-ul www. .TM10.ru al DST- Ural ".
 |
 |
Desigur, cititorii au atras atenția asupra preferințelor autorilor articolului. Da, facem alegerea noastră în favoarea GTS și credem că tocmai această decizie ne va permite să depășim decalajul tehnologic al liderilor în producția de echipamente speciale în Rusia și să ne despărțim de vecina din est - China, care pretinde că absorbi piața noastră de buldozere. Noul buldozer TM cu transmisie bazat pe componente Bosch Rexroth din clasa de tracțiune de 13 ... 15 t va fi prezentat de DST-Ural în iulie. Greutatea de lucru a noului buldozer va rămâne 23,5 tone, putere - 240 CP. iar tracțiunea maximă este de 25 de tone, ceea ce, cu un decalaj de 5%, corespunde analogului Liebherr PR744 (24,5 tone, 255 CP). Să ne reamintim încă o dată despre posibilitățile existente ale ingineriei mecanice interne. De exemplu, am fost primii din practica mondială care au aplicat schema boghiurilor pe vagoane oscilante din clasa a 10-a de buldozere pe șenile în producția de serie. Înainte de aceasta, producătorii își puteau permite doar în clasa grea a acestor mașini cu o greutate mai mare de 30 de tone, unde prețurile sunt de multe ori mai mari. Prețul de piață al buldozerului TM10 pe vagoanele oscilante cu transmisie hidrostatică este planificat să nu depășească 4,5 milioane de ruble.