Principiul de funcționare al transmisiilor hidrostatice (HST) este simplu: o pompă conectată la un motor primar creează debit pentru a antrena un motor hidraulic care este cuplat la o sarcină. Dacă volumele pompei și ale motorului sunt constante, GST acționează pur și simplu ca o cutie de viteze pentru a transfera puterea de la motorul principal la sarcină. Cu toate acestea, majoritatea transmisiilor hidrostatice folosesc pompe sau motoare cu cilindree variabilă, sau ambele, astfel încât viteza, cuplul sau puterea să poată fi controlate.
În funcție de configurație, transmisia hidrostatică poate controla sarcina în două direcții (înainte și înapoi) cu o schimbare continuă a vitezei între două maxime la o turație optimă constantă a motorului principal.
GTS oferă multe avantaje importante față de alte forme de transmisie a puterii.
În funcție de configurație, transmisia hidrostatică are următoarele avantaje:
- transmisie de putere mare cu dimensiuni reduse
- inerție scăzută
- funcționează eficient într-o gamă largă de rapoarte cuplu-viteză
- menține controlul vitezei (chiar și în timpul inversării) indiferent de sarcină, în limitele de proiectare
- menține cu precizie viteza prestabilită cu sarcinile de însoțire și de frânare
- pot transfera energie de la un motor principal în locații diferite, chiar dacă poziția și orientarea lor se schimbă
- poate menține sarcina completă fără deteriorare și cu pierderi reduse de putere.
- Viteză zero fără blocare suplimentară
- oferă un răspuns mai rapid decât transmisiile manuale sau electromecanice.
Fig. 2
Indiferent de sarcină, transmisiile hidrostatice trebuie proiectate pentru a se potrivi optim cu motorul și sarcina. Acest lucru permite motorului să funcționeze la cea mai eficientă turație și HTS să se potrivească condițiilor de funcționare. Cu cât este mai bună potrivirea între caracteristicile de intrare și de ieșire, cu atât întregul sistem este mai eficient.În cele din urmă, sistemul hidrostatic trebuie proiectat pentru a echilibra eficiența și performanța. O mașină proiectată pentru eficiență maximă (eficiență ridicată) tinde să aibă un răspuns lent, ceea ce va reduce productivitatea. Pe de altă parte, o mașină cu răspuns rapid are de obicei o eficiență mai scăzută, deoarece rezerva de putere este disponibilă în orice moment, chiar și atunci când nu este nevoie imediată de a face treaba.
Patru tipuri funcționale de transmisii hidrostatice.
Tipurile funcționale de GST diferă prin combinația dintre o pompă variabilă sau fixă și un motor, ceea ce determină caracteristicile lor de performanță.
Cea mai simplă formă de transmisie hidrostatică folosește o pompă și un motor cu cilindree fixă (Figura 3a). Deși acest GTS este ieftin, nu este folosit din cauza eficienței sale scăzute. Deoarece volumul pompei este fix, acesta trebuie dimensionat pentru a conduce motorul la viteza maximă setată la sarcină maximă. Când nu este necesară viteza maximă, o parte din fluidul pompei trece prin supapa de siguranță, transformând energia în căldură.
Fig. 3
Utilizarea unei pompe cu cilindree variabilă și a unui motor cu cilindree fixă într-o transmisie hidrostatică poate asigura o transmisie constantă a cuplului (fig. 3b). Cuplul de ieșire este constant la orice viteză, deoarece depinde doar de presiunea fluidului și de volumul motorului. Creșterea sau scăderea debitului pompei crește sau scade viteza de rotație a motorului hidraulic și, prin urmare, puterea de antrenare, în timp ce cuplul rămâne constant.
GST cu o pompă cu cilindree constantă și un motor hidraulic reglabil asigură o transmisie constantă a puterii (Fig. 3c). Deoarece cantitatea de debit care intră în motorul hidraulic este constantă, iar volumul motorului hidraulic se modifică pentru a menține viteza și cuplul, puterea transmisă este constantă. Scăderea volumului motorului crește viteza de rotație, dar scade cuplul și invers.
Cea mai versatilă transmisie hidrostatică este combinația dintre o pompă cu cilindree variabilă și un motor cu cilindree variabilă (fig. 3d). În teorie, acest circuit oferă rapoarte infinite de cuplu și viteză față de putere. Cu un motor hidraulic la volum maxim, prin variarea puterii pompei, viteza și puterea sunt controlate direct, în timp ce cuplul rămâne constant. Reducerea volumului motorului hidraulic la livrarea maximă a pompei crește viteza motorului la maxim; cuplul se modifică invers proporțional cu viteza, puterea rămâne constantă.
Curbele din fig. 3d ilustrează două intervale de ajustare. În intervalul 1, volumul motorului hidraulic este setat la maxim; volumul pompei crește de la zero la maxim. Cuplul rămâne constant pe măsură ce volumul pompei crește, dar puterea și viteza cresc.
Intervalul 2 începe când pompa atinge volumul maxim, care este menținut constant în timp ce volumul motorului scade. În acest interval, cuplul scade pe măsură ce viteza crește, dar puterea rămâne constantă. (În teorie, viteza motorului poate fi mărită la infinit, dar în termeni practici, este limitată de dinamică.)
Exemplu de aplicație
Să presupunem că 50 Nm de cuplu motor trebuie atins la 900 rpm cu o cilindree fixă HST.
Puterea necesară este determinată din:
P = T × N / 9550Unde:
P - puterea în kW
T - cuplu N * m,
N este viteza de rotație în rotații pe minut.Astfel, P = 50 * 900/9550 = 4,7 kW
Dacă luăm o pompă cu o presiune nominală
100 bar, atunci putem calcula debitul:
Unde:
Q - debitul în l/min
p - presiunea în barPrin urmare:
Q = 600 * 4,7 / 100 = 28 l / min.
Apoi alegem un motor hidraulic cu un volum de 31 cm3, care, cu un astfel de debit, va asigura o viteza de rotatie de aproximativ 900 rpm.
Verificarea formulei pentru cuplul motorului hidraulic index.pl?act=PRODUCT&id=495
Fig. 3 prezintă caracteristicile puterii / cuplului / turației pentru pompă și motor, presupunând că pompa funcționează la debit constant.Debitul pompei este maxim la turația nominală, iar pompa furnizează tot uleiul motorului hidraulic la o turație constantă a acestuia din urmă. Dar inerția sarcinii face imposibilă accelerarea instantanee la viteza maximă, astfel încât o parte din debitul pompei să fie drenată prin supapa de siguranță. (Fig. 3a ilustrează pierderea de putere în timpul accelerației.) Pe măsură ce motorul crește viteza, mai mult debit al pompei este atras în motor și mai puțin ulei scapă prin supapa de siguranță. La turația nominală, tot uleiul curge prin motor.
Cuplul este constant deoarece este determinată de setarea supapei de siguranță, care nu se modifică. Pierderea de putere la supapa de siguranță este diferența dintre puterea dezvoltată de pompă și puterea furnizată motorului hidraulic.
Zona de sub această curbă reprezintă puterea pierdută atunci când începe sau se termină mișcarea. De asemenea, arată o eficiență scăzută pentru orice viteză de lucru sub maximă. Transmisiile hidrostatice cu cilindree fixă nu sunt recomandate pentru transmisiile care necesită porniri și opriri frecvente sau în care adesea nu este necesar un cuplu complet.
Raport cuplu/viteză
În teorie, puterea maximă furnizată de o transmisie hidrostatică este determinată de debit și presiune.
Cu toate acestea, în transmisiile de putere constantă (pompă fixă și motor cu cilindree variabilă), puterea teoretică este împărțită la raportul cuplu/viteză, care determină puterea de ieșire. Cea mai mare putere transmisă este determinată la rata minimă de ieșire la care acea putere urmează să fie transmisă.
Fig. 4
De exemplu, dacă viteza minimă reprezentată de punctul A pe curba puterii din fig. 4, este jumătate din puterea maximă (și momentul forței este maxim), atunci raportul moment - viteză este 2: 1. Puterea maximă care poate fi transmisă este jumătate din maximul teoretic.
La mai puțin de jumătate din viteza maximă, cuplul rămâne constant (la valoarea sa maximă), dar puterea scade proporțional cu viteza. Viteza în punctul A este viteza critică și este determinată de dinamica componentelor transmisiei hidrostatice. Sub viteza critică, puterea scade liniar (cu cuplu constant) la zero la zero rpm. Peste viteza critică, cuplul scade pe măsură ce viteza crește, oferind putere constantă.
Proiectarea unei transmisii hidrostatice închise.
În descrierile transmisiilor hidrostatice închise din fig. 3, ne-am concentrat doar pe parametri. În practică, funcțiile suplimentare ar trebui să fie furnizate pe GTS.Componente suplimentare pe partea pompei.
Luați în considerare, de exemplu, un GST cu cuplu constant, care este cel mai frecvent utilizat în sistemele servo de direcție cu pompă variabilă și motor fix (Figura 5a). Deoarece circuitul este închis, scurgerile de la pompă și motor sunt colectate într-o linie de scurgere (Fig.5b). Fluxul de scurgere combinat curge prin răcitorul de ulei către rezervor. Se recomandă instalarea unui răcitor de ulei într-o unitate hidrostatică cu o putere mai mare de 40 CP.
Una dintre cele mai importante componente ale unei transmisii hidrostatice închise este pompa de rapel. Această pompă este de obicei încorporată în pompa principală, dar poate fi instalată separat și deservește un grup de pompe.
Indiferent de locația sa, pompa de rapel are două funcții. În primul rând, previne cavitația pompei principale prin compensarea scurgerilor de lichid din pompă și motor. În al doilea rând, asigură presiunea uleiului cerută de mecanismele de control al offsetului discului.
În fig. 5c prezintă supapa de siguranță A, care limitează presiunea pompei de rapel, care este de obicei 15-20 bar. Supapele de reținere B și C opuse una față de alta asigură conectarea conductei de aspirație a pompei de alimentare la conducta de joasă presiune.
Orez. 5
Componente suplimentare pe partea laterală a motorului hidraulic.
Un GST tipic de tip închis ar trebui să includă și două supape de siguranță (D și E în Figura 5d). Ele pot fi încorporate atât în motor, cât și în pompă. Aceste supape au funcția de a proteja sistemul de suprasolicitare, care apare atunci când au loc schimbări bruște de sarcină. Aceste supape limitează, de asemenea, presiunea maximă, permițând fluxul de la linia de înaltă presiune la linia de joasă presiune, de exemplu. îndeplinesc aceeași funcție ca o supapă de siguranță în sisteme deschise.
În plus față de supapele de siguranță, sistemul are o supapă „sau” F, care este întotdeauna comutată cu presiune, astfel încât să conecteze linia de joasă presiune la supapa de siguranță de joasă presiune G. Supapa G direcționează debitul în exces de la pompa de rapel către carcasa motorului, iar apoi acest flux prin conducta de scurgere și schimbătorul de căldură revine în rezervor. Acest lucru promovează un schimb mai intens de ulei între circuitul de lucru și rezervor, răcind mai eficient fluidul de lucru.
Controlul cavitației în transmisia hidrostatică
Rigiditatea în GST depinde de compresibilitatea fluidului și de adecvarea sistemului de componente, și anume țevi și furtunuri. Efectul acestor componente poate fi comparat cu efectul unui acumulator cu arc dacă acesta ar fi conectat la linia de descărcare printr-un T. Sub sarcină ușoară, arcul bateriei este ușor comprimat; la sarcini grele, acumulatorul suferă o compresie semnificativ mai mare și conține mai mult lichid. Acest volum suplimentar de lichid trebuie alimentat de o pompă de completare.
Factorul critic este rata de creștere a presiunii în sistem. Dacă presiunea crește prea repede, rata de creștere a volumului pe partea de înaltă presiune (compresibilitatea debitului) poate depăși capacitatea pompei de încărcare, iar cavitația are loc în pompa principală. Modelele de pompe variabile cu comenzi automate sunt probabil cele mai sensibile la cavitație. Când apare cavitația într-un astfel de sistem, presiunea scade sau dispare cu totul. Comenzile automate pot încerca să reacționeze, rezultând un sistem instabil.
Din punct de vedere matematic, rata de creștere a presiunii poate fi exprimată după cum urmează:dp/dt =FiQ cp/V
B e – modulul volumetric efectiv al sistemului, kg / cm2
V - volumul lichidului pe partea de înaltă presiune cm3
Qcp - capacitatea pompei booster în cm3/s
Să presupunem că GTS din fig. 5 este conectat printr-o țeavă de oțel de 0,6 m, diametrul 32 mm. Ignorând volumele pompei și ale motorului, V este de aproximativ 480 cm3. Pentru uleiul din țevile de oțel, modulul efectiv în vrac este de aproximativ 14060 kg / cm2. Presupunând că pompa de machiaj furnizează 2 cm3/s, viteza de creștere a presiunii este:
dp/dt= 14060 × 2/480
= 58 kg / cm2 / sec.
Acum luați în considerare efectul unui sistem de 6 m de furtun împletit cu 3 fire de 32 mm. Producătorul furtunului oferă datele B e aproximativ 5.906 kg/cm2.Prin urmare:
dp/dt= 5906 × 2/4800 = 2,4 kg / cm2 / sec.
Din aceasta rezultă că o creștere a performanței pompei de pompare duce la o scădere a probabilității de cavitație. Alternativ, dacă sarcinile bruște nu sunt frecvente, se poate adăuga un acumulator hidraulic la linia de pompare. De fapt, unii producători de GTS realizează un port pentru a conecta bateria la circuitul de pompare.
Dacă rigiditatea GST este scăzută și este echipat cu control automat, atunci transmisia ar trebui să fie întotdeauna pornită cu livrarea pompei zero. În plus, viteza mecanismului de înclinare a discului trebuie limitată pentru a preveni pornirile bruște, care, la rândul lor, pot provoca creșteri de presiune. Unii producători GTS oferă găuri de amortizare pentru netezire.
Astfel, rigiditatea și viteza sistemului de control al presiunii pot fi mai importante în determinarea performanței pompei de rapel decât pur și simplu scurgeri interne de la pompă și motoare.
______________________________________
O transmisie hidrostatică este o transmisie hidraulică în buclă închisă care antrenează una sau mai multe pompe și motoare hidraulice. Cea mai obișnuită utilizare a unei transmisii hidrostatice este de a conduce vehicule pe un șasiu pe roți sau pe șenile - unde antrenarea hidraulică este proiectată pentru a transfera energie mecanică de la motorul de antrenare la servomotor.
O transmisie hidrostatică este o transmisie hidraulică în buclă închisă care antrenează una sau mai multe pompe și motoare hidraulice. În literatura rusă și sovietică, un nume diferit este folosit pentru astfel de acționări hidraulice - transmisie hidrostatică. Cea mai obișnuită utilizare a unei transmisii hidrostatice este de a conduce vehicule pe un vehicul pe roți sau pe șenile - în cazul în care antrenarea hidraulică este proiectată pentru a transfera energie mecanică de la motorul de antrenare la axa, roata sau pinionul de antrenare al unui vehicul pe șenile, prin reglarea pompei. debit și putere de tracțiune de ieșire prin reglarea motorului hidraulic.
Transmisia hidrostatică are multe avantaje față de transmisia mecanică. Unul dintre avantaje este simplificarea trasării mecanice în jurul mașinii. Acest lucru vă permite să obțineți un câștig în fiabilitate, deoarece adesea cu o sarcină mare pe mașină, arborii cardanici nu rezistă și trebuie să reparați mașina. În condiții nordice, acest lucru se întâmplă și mai des la temperaturi scăzute. Prin simplificarea cablajului mecanic, este posibil și eliberarea spațiului pentru echipamente auxiliare. Utilizarea unei transmisii hidrostatice poate face posibilă îndepărtarea completă a arborilor și osiilor, înlocuindu-le cu o unitate de pompare și motoare hidraulice cu cutii de viteze încorporate direct în roți. Sau, într-o versiune mai simplă, motoarele hidraulice pot fi încorporate în osie.
Prima dintre schemele menționate, în care motoarele hidraulice sunt încorporate în roți, poate fi aplicabilă vehiculelor pe roți, dar varianta unei astfel de acționări hidraulice pentru vehiculele pe șenile este mai interesantă. Pentru astfel de mașini, Sauer-Danfoss a dezvoltat și un sistem de control bazat pe pompe hidraulice și motoare hidraulice seria 90, seria H1 și seria 51 -. Controlul cu microcontroler permite asigurarea unui control complex asupra mașinii pornind de la controlul motorului diesel. În timpul funcționării, sistemul asigură sincronizarea părților laterale pentru deplasarea în linie dreaptă a vehiculului și rotația laterală a vehiculului folosind volanul sau un joystick electric.
A doua schemă menționată mai sus este utilizată pentru tractoare sau alte vehicule cu roți. Aceasta este o acționare hidraulică, în care există o pompă hidraulică și un motor hidraulic încorporate în axa motoare. Pentru controlul acționării hidraulice, se poate utiliza controlul mecanic sau hidraulic, precum și cele mai avansate tehnologii de control electric folosind un controler încorporat în pompa hidraulică. Programul de control al unei astfel de acționări hidraulice poate fi și în microcontrolerul MC024 instalat separat. La fel și pentru „Dual Path” permite controlul nu numai a transmisiei hidrostatice, ci și a motorului prin intermediul magistralei CAN. Controlul electric permite o reglare și mai lină și mai precisă a vitezei de deplasare și a puterii de tracțiune a mașinii.
Dezavantajul transmisiei hidrostatice poate fi considerat ca eficiență nu mare, care este mult mai mică decât cea a unei transmisii mecanice. Cu toate acestea, în comparație cu transmisiile manuale care includ cutii de viteze, transmisiile hidrostatice sunt mai economice și mai rapide. Acest lucru se întâmplă din cauza faptului că în momentul schimbării manuale a vitezelor trebuie să eliberați și să apăsați pedala de accelerație. În acest moment motorul consumă multă putere, iar viteza mașinii se schimbă brusc. Toate acestea afectează negativ atât viteza, cât și consumul de combustibil. Într-o transmisie hidrostatică, acest proces este lin și motorul funcționează într-un mod mai economic, ceea ce crește durabilitatea întregului sistem.
Pentru transmisiile hidrostatice, Sauer-Danfoss dezvoltă mai multe serii de pompe și motoare hidraulice. Cele mai comune atât pentru echipamentele rusești, cât și pentru cele străine sunt pistonul axial reglabil. Producția lor a început în anii 90 ai secolului trecut și acum este o linie de echipamente complet depanată, care are o mulțime de avantaje față de așa-numitul GST 90, produs de multe companii interne și străine. Avantajele includ compactitatea unităților, posibilitatea realizării de unități de pompare tandem și toate opțiunile de control de la mecanic la electro-hidraulic pe baza controlului cu microcontroler al sistemului PLUS + 1.
În combinație cu pompele hidraulice din seria 90, se utilizează adesea pistonul axial cu deplasare variabilă. De asemenea, pot avea diferite metode de reglare a volumului de lucru. Controlul electric proporțional permite o reglare lină a puterii pe întreaga gamă. Controlul electric discret vă permite să lucrați în moduri de putere mică și mare, care este utilizat fie pentru diferite tipuri de sol, fie pentru conducerea pe teren plat sau deluros.
Cea mai recentă dezvoltare Sauer-Danfoss este seria H1. Schema de bază a funcționării lor este similară cu pompele hidraulice din seria 90 și, respectiv, cu motoarele din seria 51. Dar, în comparație cu acestea, designul a fost elaborat folosind cele mai noi tehnologii. Numărul de piese a fost redus, ceea ce asigură o mai mare fiabilitate, iar dimensiunile au fost reduse. Dar principala diferență față de vechea serie poate fi considerată prezența unei singure opțiuni de control - electric. Este o tendință modernă de a folosi sisteme bazate pe electronice complexe, controlere. Și seria H1 este complet proiectată pentru astfel de cerințe moderne. Unul dintre semnele acestui lucru este versiunea pompelor hidraulice cu controler integrat menționat mai sus.
Există, de asemenea, pompe hidraulice cu piston axial și motoare hidraulice din seriile 40 și 42, care sunt aplicabile în transmisia hidrostatică de putere mică, unde volumul de lucru al pompei hidraulice nu depășește 51 cm 3. Astfel de acționări hidraulice pot fi găsite în măturătoare comune mici, mini-încărcătoare, cositoare și alte echipamente de dimensiuni mici. Adesea, într-o astfel de acționare hidraulică, pot fi utilizate motoare hidraulice gerotor. Așa sunt folosite încărcătoarele Bobcat. Pentru alte echipamente sunt aplicabile motoarele hidraulice gerotor din seria OMT, OMV și pentru echipamente foarte ușoare.
Acționarea hidraulică GST-90 (Figura 1.4) include unități cu piston axial: o pompă hidraulică reglabilă cu o pompă de alimentare cu angrenaje și o supapă hidraulică; motor hidraulic nereglat complet cu o cutie de supape, un filtru fin cu un vacuometru, conducte și furtunuri, precum și un rezervor pentru fluidul de lucru.
Arbore 2 pompa hidraulica se roteste in doi rulmenti cu role. Blocul cilindrilor este așezat pe canelul arborelui 25 , în orificiile cărora se deplasează pistonii. Fiecare piston este conectat printr-o balama sferică de un călcâi, care se sprijină pe un suport situat pe placa oscilantă. 1 ... Saiba este conectata la carcasa pompei prin intermediul a doi rulmenti cu role, iar din aceasta cauza, inclinarea saibei fata de arborele pompei poate fi schimbata. Modificarea unghiului de înclinare a șaibei are loc sub acțiunea forțelor unuia dintre cei doi cilindri servo 11 , ale căror pistoane sunt conectate la șaiba 1 folosind tije.
In interiorul cilindrilor servo exista arcuri care actioneaza asupra pistoanelor si stabilesc saiba astfel incat suportul situat in acesta sa fie perpendicular pe arbore. Împreună cu blocul cilindrilor, fundul lateral se rotește, alunecând peste distribuitorul fixat pe capacul din spate. Orificiile din distribuitor și fundul inferior conectează periodic camerele de lucru ale blocului cilindric cu liniile care leagă pompa hidraulică cu motorul hidraulic.
|
Figura 1.4 - Diagrama acționării hidraulice GST-90: 1 - mașină de spălat; 2 - arbore de iesire a pompei; 3 - pompa variabila reversibila; 4 - linie de control hidraulic; 5 - maneta de control; 6 - bobină pentru controlul poziției leagănului; 7 8 - pompa de machiaj; 9 - supapă de reținere; 10 - supapa de siguranta pentru sistemul de machiaj; 11 - servocilindru; 12 - filtru; 13 - vacuometru; 14 - rezervor hidraulic; 15 - schimbător de căldură; 16 - bobină; 17 - supapa de preaplin; 18 - supapa principala de siguranta de inalta presiune; 19 - hidrolină de joasă presiune; 20 - hidrolină de înaltă presiune; 21 - linie hidraulica de drenaj; 22 - motor nereglat; 23 - arborele de iesire al motorului hidraulic; 24 - placa oscilanta a motorului hidraulic; 25 - corp cilindric; 26 - impuls de comunicare; 27 - etanșare mecanică |
Articulațiile sferice ale pistonilor și călcâiele care alunecă pe suport sunt lubrifiate sub presiune cu un fluid de lucru.
Planul interior al fiecărei unități este umplut cu un fluid de lucru și este o baie de ulei pentru mecanismele care funcționează în ea. Scurgerile de la cuplajele unității hidraulice intră și ele în această cavitate.
Pompa de alimentare este atașată la suprafața din spate a pompei hidraulice 8 tip angrenaj, al cărui arbore este conectat la arborele pompei hidraulice.
Pompa de completare aspiră fluidul de lucru din rezervor 14 și îl hrănește:
- in pompa hidraulica printr-una din supapele de retinere;
- la sistemul de control prin supapa hidraulica in cantitati limitate de duza.
Pe carcasa pompei de completare 8 există o supapă de siguranță 10 , care se deschide când presiunea dezvoltată de pompă crește.
Distribuitor hidraulic 6 servește la distribuirea fluxului de lichid în sistemul de comandă, adică la direcționarea acestuia către unul dintre cei doi cilindri servo, în funcție de schimbarea poziției manetei 5 sau lichid de blocare în cilindrul servo.
Supapa hidraulică constă dintr-un corp, o bobină cu un arc de retur situat într-o sticlă, o pârghie de comandă cu un arc de torsiune și o pârghie. 5 si doua tije 26 conectarea bobinei la brațul de comandă și placa oscilantă.
Dispozitiv cu motor hidraulic 22 similar cu dispozitivul de pompare. Principalele diferențe sunt următoarele: călcâiele pistonilor alunecă pe placa oscilătoare când arborele se rotește. 24 având un unghi de înclinare constant și, prin urmare, nu există un mecanism de rotație cu o supapă hidraulică; în locul pompei de alimentare, pe suprafața din spate a motorului hidraulic este atașată o cutie de supape. O pompă hidraulică cu motor hidraulic este conectată cu două conducte (linii „pompă hidraulică-motor hidraulic”). Pe una dintre linii, fluxul de fluid de lucru sub presiune mare se deplasează de la pompa hidraulică la motorul hidraulic, pe cealaltă, se întoarce înapoi sub presiune joasă.
În corpul supapei există două supape de înaltă presiune, o supapă de preaplin 17 și bobină 16 .
Sistemul de machiaj include o pompă de machiaj 8 cât şi invers 9 , Siguranță 10 și supape de preaplin.
Sistemul de completare este proiectat să alimenteze sistemul de control cu un fluid de lucru, să asigure o presiune minimă în liniile „pompă hidraulică-motor hidraulic”, să compenseze scurgerile din pompa hidraulică și motorul hidraulic, să amestece constant fluidul de lucru care circulă în pompa hidraulică și motorul hidraulic, cu lichidul în rezervor, și îndepărtați căldura din piese.
Supape de înaltă presiune 18 protejați antrenarea hidraulică: de suprasarcini, ocolirea fluidului de lucru din conducta de înaltă presiune în conducta de joasă presiune. Deoarece există două linii și fiecare dintre ele în timpul funcționării poate fi o linie de înaltă presiune, există și două supape de înaltă presiune. Supapa de preaplin 17 trebuie să elibereze excesul de fluid de lucru din conducta de joasă presiune, unde este alimentat în mod constant de pompa de completare.
Bobina 16 în cutia supapelor conectează supapa de preaplin la linia „pompă hidraulică-motor hidraulic” în care presiunea va fi mai mică.
Când sunt declanșate supapele sistemului de completare (siguranță și preaplin), fluidul de lucru care se scurge intră în cavitatea internă a unităților, unde, amestecat cu scurgeri, intră în schimbătorul de căldură prin conductele de scurgere. 15 și mai departe în rezervor 14 ... Datorită dispozitivului de drenaj, fluidul de lucru elimină căldura din părțile de frecare ale unităților hidraulice. O etanșare mecanică specială a arborelui împiedică scurgerea lichidului din interiorul unității. Rezervorul servește ca un rezervor pentru fluidul de lucru, are în interior un compartiment despărțitor care îl împarte în cavități de scurgere și de aspirație și este echipat cu un indicator de nivel.
Filtru fin 12 cu un vacuometru reține particulele străine. Elementul filtrant este realizat din material nețesut. Gradul de contaminare a filtrului este apreciat de citirile vacuometrului.
Motorul rotește arborele pompei hidraulice și, în consecință, blocul cilindrilor și arborele pompei de alimentare asociate acestuia. Pompa de completare aspiră fluidul de lucru din rezervor prin filtru și îl livrează către pompa hidraulică.
În absența presiunii în cilindrii servo, arcurile amplasate în aceștia fixează șaiba astfel încât planul suportului (șaibei) aflat în acesta să fie perpendicular pe axa arborelui. În acest caz, atunci când blocul cilindrilor se rotește, călcâiele pistonilor vor aluneca de-a lungul suportului fără a provoca mișcarea axială a pistonilor, iar pompa hidraulică nu va trimite fluidul de lucru în motorul hidraulic.
În timpul funcționării, un volum variabil de lichid (furnizare) furnizat pe rotație poate fi obținut dintr-o pompă hidraulică variabilă. Pentru a schimba debitul pompei hidraulice, este necesar să rotiți pârghia distribuitorului hidraulic, care este conectată cinematic la șaibă și bobină. Acesta din urmă, după ce s-a mutat, va direcționa fluidul de lucru care vine de la pompa de completare către sistemul de control într-unul dintre servocilindri, iar al doilea servocilindru se va conecta la cavitatea de scurgere. Pistonul primului servocilindru, care se află sub acțiunea presiunii fluidului de lucru, va începe să se miște, rotind șaiba, mișcând pistonul în al doilea servocilindru și comprimând arcul. Mașina de spălat, rotindu-se în poziția setată de pârghia distribuitorului hidraulic, va deplasa bobina până când revine în poziția neutră (în această poziție, evacuarea fluidului de lucru din cilindrii servo este închisă de curelele bobinei).
Când blocul cilindrilor se rotește, picioarele, alunecând de-a lungul suportului înclinat, vor face ca pistonii să se miște în direcția axială și, ca urmare, volumul camerelor formate de orificiile din blocul cilindrilor și pistonii se vor schimba. Mai mult, jumătate din camere își vor crește volumul, cealaltă jumătate va scădea. Datorită orificiilor din partea inferioară și a distribuitorului, aceste camere sunt conectate alternativ la liniile „pompă hidraulică-motor hidraulic”.
În camera, care își mărește volumul, fluidul de lucru provine dintr-o conductă de joasă presiune, unde este alimentat de o pompă de completare printr-una dintre supapele de reținere. Printr-un bloc rotativ de cilindri, fluidul de lucru din camere este transferat pe o altă linie și deplasat în ea prin piston, creând o presiune ridicată. Prin această linie, lichidul pătrunde în camerele de lucru ale motorului hidraulic, unde presiunea acestuia este transmisă către suprafețele de capăt ale pistonilor, făcându-le să se deplaseze în direcția axială și, datorită interacțiunii călcâielor pistonului cu placa oscilantă. , face ca blocul cilindrilor să se rotească. După ce a trecut de camerele de lucru ale motorului hidraulic, fluidul de lucru va ieși în linia de joasă presiune, prin care o parte din acesta se va întoarce la pompa hidraulică, iar excesul va curge prin bobină și supapa de preaplin în cavitatea interioară a motorul hidraulic. Când acţionarea hidraulică este supraîncărcată, presiunea ridicată în linia „pompa hidraulică-motor hidraulic” poate crește până când se deschide supapa de înaltă presiune, care va ocoli fluidul de lucru din linia de înaltă presiune în linia de joasă presiune, ocolind motorul hidraulic. .
Acționarea hidraulică volumetrică GST-90 vă permite să schimbați continuu raportul de transmisie: pentru fiecare rotație a arborelui, motorul hidraulic consumă 89 cm 3 din fluidul de lucru (excluzând scurgerile). Pompa hidraulică poate livra o astfel de cantitate de fluid de lucru pentru una sau mai multe rotații ale arborelui său de antrenare, în funcție de unghiul de înclinare al șaibei. Prin urmare, prin modificarea debitului pompei hidraulice, puteți modifica viteza mașinilor.
Pentru a schimba direcția de mișcare a mașinii, înclinați pur și simplu mașina de spălat în direcția opusă. Pompa hidraulică reversibilă, cu aceeași rotație a arborelui său, va inversa direcția de curgere a fluidului de lucru în liniile „pompa hidraulică-motor hidraulic” (adică linia de joasă presiune va deveni linia de înaltă presiune, iar linia de înaltă presiune va deveni linia de joasă). Prin urmare, pentru a schimba direcția de mișcare a mașinii, este necesar să rotiți pârghia supapei hidraulice în sens opus (din poziția neutră). Dacă eliminați forța din pârghia distribuitorului hidraulic, șaiba va reveni în poziția neutră sub acțiunea arcurilor, în care planul suportului situat în acesta va deveni perpendicular pe axa arborelui. Pistonurile nu se vor mișca axial. Furnizarea fluidului de lucru se va opri. Vehiculul autopropulsat se va opri. Presiunea în liniile „pompă hidraulică-motor hidraulic” va deveni aceeași.
Bobina din cutia supapelor, sub acțiunea arcurilor de centrare, va lua poziția neutră, în care supapa de preaplin nu va fi conectată la niciuna dintre linii. Tot lichidul furnizat de pompa de completare se va scurge prin supapa de siguranță în cavitatea internă a pompei hidraulice. Cu mișcarea uniformă a mașinii autopropulsate în pompa hidraulică și motorul hidraulic, este necesar doar compensarea scurgerilor, prin urmare, o parte semnificativă a fluidului de lucru furnizat de pompa de completare va fi de prisos și va avea pentru a fi eliberat prin supape. Pentru a utiliza excesul de acest fluid pentru a elimina căldura, fluidul încălzit care a trecut prin motorul hidraulic este eliberat prin supape, iar fluidul răcit este eliberat din rezervor. În acest scop, supapa de preaplin a sistemului de completare, amplasată în cutia supapelor de pe motorul hidraulic, este setată la o presiune puțin mai mică decât cea de siguranță de pe corpul pompei pompei de completare. Din acest motiv, atunci când presiunea din sistemul de completare este depășită, supapa de preaplin se va deschide și va elibera fluidul încălzit care a părăsit motorul hidraulic. Mai mult, lichidul de la supapă intră în cavitatea internă a unității, de unde este direcționat către rezervor prin conductele de scurgere prin schimbătorul de căldură.
Transmisia hidrostatică nu a fost folosită până în prezent la autoturismele pentru că este scumpă și eficiența sa este relativ scăzută. Este cel mai frecvent utilizat în mașini și vehicule speciale. În același timp, antrenarea hidrostatică are multe aplicații; este potrivit în special pentru transmisiile controlate electronic.
Principiul transmisiei hidrostatice este că o sursă de energie mecanică, cum ar fi un motor cu ardere internă, antrenează o pompă hidraulică, care furnizează ulei unui motor hidraulic de tracțiune. Ambele grupuri sunt interconectate printr-o conductă de înaltă presiune, în special una flexibilă. Acest lucru simplifică proiectarea mașinii, nu este nevoie să folosiți multe angrenaje, balamale, osii, deoarece ambele grupuri de unități pot fi amplasate independent unul de celălalt. Puterea de antrenare este determinată de volumele pompei hidraulice și ale motorului hidraulic. Schimbarea raportului de transmisie în transmisia hidrostatică este infinit variabilă, inversarea acestuia și blocarea hidraulică sunt foarte simple.
Spre deosebire de transmisia hidromecanica, unde legatura grupului de tractiune cu convertizorul de cuplu este rigida, in actionarea hidrostatica transferul fortelor se realizeaza numai prin lichid.
Ca exemplu de funcționare a ambelor transmisii, luați în considerare mutarea unei mașini cu acestea printr-un pliu în teren (baraj). La intrarea într-un baraj, apare un vehicul cu transmisie hidromecanică, în urma căruia viteza vehiculului scade cu o viteză constantă. La coborârea din vârful barajului, motorul acționează ca o frână, dar direcția de alunecare a convertizorului de cuplu se schimbă și, deoarece convertizorul de cuplu are performanțe de frânare slabe în această direcție de alunecare, vehiculul accelerează.
Într-o transmisie hidrostatică, la coborârea din vârful barajului, motorul hidraulic acționează ca o pompă, iar uleiul rămâne în conducta care leagă motorul hidraulic de pompă. Conectarea ambelor grupuri de antrenare are loc printr-un fluid presurizat, care are același grad de rigiditate ca elasticitatea arborilor, ambreiajelor și angrenajelor într-o transmisie manuală convențională. Prin urmare, mașina nu va accelera la coborârea din baraj. Transmisia hidrostatică este potrivită în special pentru vehiculele de teren.
Principiul antrenării hidrostatice este prezentat în fig. 1. Acționarea pompei hidraulice 3 de la motorul cu ardere internă se realizează prin arborele 1 și placa oscilante, iar regulatorul 2 controlează unghiul de înclinare al acestei șaibe, care modifică alimentarea cu fluid a pompei hidraulice. În cazul prezentat în fig. 1, șaiba este instalată rigid și perpendicular pe axa arborelui 1, iar în locul acesteia, carcasa pompei 3 se înclină în carcasa 4. Uleiul este alimentat de la pompa hidraulică prin conducta 6 către motorul hidraulic 5, care are un volum constant, iar de acolo se întoarce din nou prin conducta 7 la pompă.
Dacă pompa hidraulică 3 este situată coaxial cu arborele 1, atunci alimentarea cu ulei a acestora este zero și motorul hidraulic este blocat în acest caz. Dacă pompa este înclinată în jos, atunci furnizează ulei în conducta 7 și se întoarce la pompă prin conducta 6. La o viteză de rotație constantă a arborelui 1, furnizată, de exemplu, de un regulator diesel, viteza și direcția vehiculului sunt controlate doar cu un singur buton al regulatorului.
Mai multe scheme de control pot fi utilizate într-o acţionare hidrostatică:
- pompa și motorul au volume neregulate. În acest caz, vorbim despre un „arbore hidraulic”, raportul de transmisie este constant și depinde de raportul dintre volumele pompei și motorul. O astfel de transmisie este inacceptabilă pentru utilizare într-un automobil;
- pompa are o deplasare variabilă, iar motorul are un volum nereglat. Această metodă este folosită cel mai adesea în vehicule, deoarece oferă o gamă largă de control cu un design relativ simplu;
- pompa are un volum fix iar motorul are un volum variabil. Această schemă este inacceptabilă pentru conducerea unei mașini, deoarece nu poate fi utilizată pentru a frâna mașina prin transmisie;
- pompa și motorul au volume reglabile. Acest aranjament oferă cea mai bună reglementare posibilă, dar este destul de complex.
Utilizarea unei transmisii hidrostatice permite reglarea puterii de ieșire până când arborele de ieșire se oprește. În acest caz, chiar și pe o pantă abruptă, puteți opri mașina deplasând butonul de comandă în poziția zero. În acest caz, transmisia este blocată hidraulic și nu este nevoie să folosiți frânele. Pentru a muta mașina, este suficient să miști mânerul înainte sau înapoi. Dacă în transmisie sunt utilizate mai multe motoare hidraulice, atunci prin reglarea lor în consecință, este posibilă realizarea funcționării diferenţialului sau a blocării acestuia.
O transmisie hidrostatică nu are un număr de unități, de exemplu, o cutie de viteze, ambreiaj, arbori cardanici cu balamale, angrenaj principal etc. Acest lucru este benefic din punctul de vedere al reducerii greutății și costului mașinii și compensează costul destul de ridicat al echipamente hidraulice. Tot ce s-a spus, în primul rând, se referă la transporturi speciale și la mijloace tehnologice. Totodata, din punct de vedere al economisirii energiei, transmisia hidrostatica prezinta mari avantaje, de exemplu, pentru aplicatiile cu autobuze.
S-a menționat deja mai sus despre oportunitatea stocării energiei și câștigul de energie rezultat atunci când motorul funcționează cu o turație constantă în zona optimă a caracteristicilor sale și viteza sa nu se schimbă la schimbarea vitezelor sau la schimbarea vitezei vehiculului. S-a remarcat, de asemenea, că masele rotative conectate la roțile motoare ar trebui să fie cât mai mici posibil. În plus, au vorbit despre avantajele unui propulsor hibrid, atunci când puterea maximă a motorului este utilizată în timpul accelerației, precum și puterea stocată în baterie. Toate aceste avantaje pot fi realizate cu ușurință într-o acţionare hidrostatică, dacă în sistemul său este plasat un acumulator de înaltă presiune.
O diagramă a unui astfel de sistem este prezentată în Fig. 2. Acționată de motorul 1, pompa cu cilindree fixă 2 furnizează ulei la acumulatorul 3. Dacă acumulatorul este plin, regulatorul de presiune 4 trimite un impuls către regulatorul electronic 5 pentru a opri motorul. Din acumulator, uleiul sub presiune este alimentat prin dispozitivul central de comandă 6 către motorul hidraulic 7 și din acesta este descărcat în rezervorul de ulei 8, din care este preluat din nou de pompă. Bateria are un robinet 9 pentru alimentarea echipamentelor suplimentare ale vehiculului.
Într-o transmisie hidrostatică, direcția inversă a fluxului de fluid poate fi utilizată pentru a frâna vehiculul. În acest caz, motorul hidraulic preia uleiul din rezervor și îl furnizează sub presiune acumulatorului. În acest fel, energia de frânare poate fi acumulată pentru utilizarea ulterioară. Dezavantajul tuturor bateriilor este că oricare dintre ele (lichid, inerțial sau electric) are o capacitate limitată, iar dacă bateria este încărcată, nu mai poate stoca energie, iar excesul său trebuie aruncat (de exemplu, transformat în căldură) în același mod, ca într-o mașină fără stocare de energie. În cazul unei acționări hidrostatice, această problemă este rezolvată prin utilizarea unei supape de reducere a presiunii 10, care, atunci când acumulatorul este plin, ocolește uleiul în rezervor.
În autobuzele navete urbane, datorită acumulării energiei de frânare și posibilității de a încărca o baterie lichidă în timpul opririlor, motorul ar putea fi reglat la o putere mai mică și, în același timp, să se asigure că sunt respectate accelerațiile necesare la accelerarea autobuzului. O astfel de schemă de acționare face posibilă implementarea economică a mișcării în ciclul urban, descrisă anterior și prezentată în Fig. 6 din articol.
Acționarea hidrostatică poate fi combinată convenabil cu un tren de viteze convențional. Să luăm ca exemplu o transmisie de vehicul combinată. În fig. 3 prezintă o diagramă a unei astfel de transmisii de la volantul motorului 1 la cutia de viteze 2 a treptei principale. Cuplul este furnizat printr-un tren dințat drept 3 și 4 unei pompe cu piston 6 cu un volum constant. Raportul de transmisie al angrenajului cilindric corespunde treptelor de viteză IV-V ale unei cutii de viteze manuale convenționale. Când se rotește, pompa începe să furnizeze ulei motorului hidraulic de tracțiune 9 cu un volum variabil. Șaiba de comandă înclinată 7 a motorului hidraulic este conectată la capacul 8 al carcasei transmisiei, iar carcasa motorului hidraulic 9 este conectată la arborele de antrenare 5 al angrenajului principal 2.
Când mașina accelerează, spălatorul hidraulic al motorului are cel mai mare unghi de înclinare, iar uleiul pompat de pompă creează un moment mare pe arbore. În plus, cuplul reactiv al pompei acționează asupra arborelui. Pe măsură ce mașina accelerează, înclinația mașinii de spălat scade, prin urmare, cuplul de la carcasa motorului hidraulic de pe arbore scade și el, dar presiunea uleiului furnizat de pompă crește și, în consecință, momentul reactiv al acestei pompe. crește de asemenea.
Când unghiul de înclinare al șaibei este redus la 0 °, pompa este blocată hidraulic, iar transmiterea cuplului de la volant la angrenajul principal va fi efectuată numai de o pereche de viteze; antrenarea hidrostatică va fi decuplată. Acest lucru îmbunătățește eficiența întregii transmisii, deoarece motorul hidraulic și pompa sunt oprite și se rotesc în poziția blocată cu arborele, cu o eficiență egală cu unitatea. În plus, uzura și zgomotul unităților hidraulice dispar. Acest exemplu este unul dintre multele care arată posibilitățile de utilizare a unei transmisii hidrostatice. Masa și dimensiunile transmisiei hidrostatice sunt determinate de valoarea presiunii maxime a fluidului, care a ajuns acum la 50 MPa.
În transmisiile hidrostatice continuu variabile, cuplul și puterea de la legătura de antrenare (pompă) la legătura de antrenare (motor hidraulic) sunt transmise de fluid prin conducte. Puterea N, kW, a debitului de fluid este determinată de produsul înălțimii 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 schimba raportul de transmisie. Cu toate acestea, transmisia hidrostatică nu necesită un mecanism de inversare. Cursarea inversă se realizează prin schimbarea conexiunii pompei la conductele de refulare și retur, ceea ce face ca arborele motorului să se rotească în sens opus. Cu o pompă cu viteză variabilă, nu este necesar nici un ambreiaj de pornire.
Transmisiile hidrostatice (precum și transmisiile de putere), în comparație cu cele cu frecare și hidrodinamice, au posibilități mult mai largi de aranjare. Pot face parte dintr-o transmisie hidromecanica combinata in serie sau paralela cu o cutie de viteze mecanica. În plus, pot face parte dintr-o transmisie hidromecanică combinată atunci când motorul hidraulic este instalat în fața angrenajului principal - fig. a (se păstrează axa motoare cu angrenajul principal, diferenţialul, semiaxele) sau motoarele hidraulice sunt instalate pe două sau pe toate roţile - 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 el pentru a menține presiunea în exces în conducta de retur. Din cauza pierderilor de energie în conducte, se consideră de obicei recomandabil să se utilizeze o transmisie hidrostatică 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 - la utilizarea roților cu motor; b - la utilizarea unei axe motoare; H - pompă; GM - motor hidraulic; Г - generator; EM - motor electric
În prezent, transmisiile hidrostatice sunt utilizate pe vehiculele amfibii mici, de exemplu „Jigger” și „Mule”, pe vehiculele cu semiremorci active, pe serii mici de basculante grele (GVW până la 50 t) și pe autobuzele urbane experimentale.
Utilizarea pe scară largă a transmisiilor hidrostatice este limitată în principal de costul lor ridicat și de eficiența insuficient de ridicată (aproximativ 80 ... 85%).
Orez. Scheme de hidromașini 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, mașinile hidraulice cu piston radial (Fig. A) și piston axial (Fig. B) sunt utilizate în principal. Acestea permit utilizarea unei presiuni mari de lucru (40 ... 50 MPa) si pot fi reglate. Modificarea alimentării (debitului) fluidului este asigurată pentru mașinile hidraulice cu piston radial prin modificarea excentricității e, pentru pistonul axial - unghiul y.
Pierderile la mașinile hidraulice volumetrice sunt împărțite în volumetrice (scurgeri) și mecanice, acestea din urmă includ pierderile hidraulice. Pierderile în conductă se împart în pierderi prin frecare (sunt proporționale cu lungimea conductei și cu pătratul vitezei fluidului în flux turbulent) și locale (dilatare, contracție, rotire a curgerii).