În transmisiile hidrostatice continuu variabile, cuplul și puterea sunt transmise de la legătura de antrenare (pompă) la legătura de antrenare (motor hidraulic) prin lichid prin conducte. Puterea N, kW, a debitului de fluid este determinată de produsul dintre presiunea H, m și debitul Q, m3/s:
N = HQpg / 1000,
unde p este densitatea lichidului.
Transmisiile hidrostatice nu au automatitate internă; este necesar un sistem de control automat pentru a modifica raportul de viteză. Cu toate acestea, transmisia hidrostatică nu necesită un mecanism invers. Mișcarea inversă se realizează prin schimbarea conexiunii pompei la liniile de injecție și retur a fluidului, ceea ce face ca arborele motorului hidraulic să se rotească în sens opus. Cu o pompă reglabilă, nu este necesar un ambreiaj de pornire.
Transmisiile hidrostatice (precum și transmisiile electrice) au capacități de proiectare mult mai largi în comparație cu transmisiile de frecare și hidrodinamice. Ele pot face parte dintr-o cutie de viteze hidromecanica combinata atunci cand sunt conectate in serie sau paralel la 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, arborii de osie) sau motoarele hidraulice sunt instalate pe două sau pe toate roţile - fig. a (sunt completate cu cutii de viteze care îndeplinesc funcțiile angrenajului principal). În orice caz, sistemul hidraulic este închis și o pompă de alimentare este inclusă în el pentru a menține presiunea în exces în conducta de retur. Din cauza pierderilor de energie în conducte, de obicei se consideră recomandabilă utilizarea unei transmisii hidrostatice cu o distanță maximă între pompă și motor hidraulic de 15... 20 m.
Orez. Scheme de transmisie pentru mașini cu angrenaje hidrostatice sau electrice:
a - la utilizarea roților cu motor; b - la utilizarea unei axe motoare; N - pompa; GM - motor hidraulic; G - generator; EM - motor electric
În prezent, transmisiile hidrostatice sunt utilizate pe vehicule amfibii mici, cum ar fi Jiggers și Mules, pe vehicule cu semiremorci active, pe serii mici de basculante grele (greutate brută de până la 50 de tone) și pe autobuzele urbane experimentale.
Utilizarea pe scară largă a transmisiilor hidrostatice este împiedicată în principal de costul ridicat al acestora și de eficiența insuficient de ridicată (aproximativ 80...85%).
Orez. Scheme de mașini hidraulice de antrenare hidraulică volumetrică:
a - piston radial; b - piston axial; e - excentricitate; y - unghiul de înclinare a blocului
Din varietatea de mașini hidraulice volumetrice: șurub, angrenaj, lamă (paletă), piston - piston radial (Fig. a) și piston axial (Fig. b), mașinile hidraulice sunt utilizate în principal pentru transmisiile hidrostatice auto. Acestea permit utilizarea unei presiuni mari de operare (40...50 MPa) si pot fi reglabile. O modificare a alimentării (debitului) de fluid este asigurată pentru mașinile hidraulice cu piston radial prin modificarea excentricității e, iar pentru mașinile hidraulice cu piston axial - unghiul y.
Pierderile la mașinile hidraulice volumetrice sunt împărțite în volumetrice (scurgeri) și mecanice, acestea din urmă incluzând și pierderile hidraulice. Pierderile dintr-o conductă sunt împărțite în pierderi prin frecare (sunt proporționale cu lungimea conductei și cu pătratul vitezei fluidului în flux turbulent) și pierderi locale (dilatare, contracție, rotație a fluxului).
Principiul de funcționare al transmisiilor hidrostatice (HST) este simplu: o pompă conectată la motorul primar creează flux pentru a antrena un motor hidraulic, care este conectat la 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 variabile, motoare hidraulice cu cilindree variabilă sau ambele, astfel încât viteza, cuplul sau puterea să poată fi ajustate.
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 viteza optimă constantă a motorului primar.
GTS-urile oferă multe avantaje importante față de alte forme de transport de energie.
În funcție de configurație, o transmisie hidrostatică are următoarele avantaje:
- transmisie de putere mare în dimensiuni mici
- inerție scăzută
- Funcționează eficient într-o gamă largă de rapoarte cuplu-viteză
- menține controlul vitezei (chiar și în marșarier) indiferent de sarcină, în limitele de proiectare
- menține cu precizie viteza setată sub sarcini de trecere și frânare
- pot transfera energie de la un motor principal în locații diferite, chiar dacă poziția și orientarea lor se schimbă
- poate suporta sarcina completă fără deteriorare și cu pierderi reduse de putere.
- Viteză zero fără blocare suplimentară
- Oferă un răspuns mai rapid decât transmisia manuală sau electromecanică.
Fig.2
Indiferent de aplicație, transmisiile hidrostatice trebuie proiectate pentru o potrivire optimă între motor și sarcină. Acest lucru permite motorului să funcționeze la cea mai eficientă turație și GTS-ului să îndeplinească condițiile 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, un sistem hidrostatic trebuie proiectat pentru a atinge un echilibru între eficiență și performanță. O mașină proiectată pentru o eficiență maximă (eficiență ridicată) tinde să aibă un răspuns lent care reduce productivitatea. Pe de altă parte, o mașină cu răspuns rapid are de obicei o eficiență mai mică, deoarece rezervele de putere sunt disponibile în orice moment, chiar și atunci când nu este nevoie imediată de a efectua lucrarea.
Patru tipuri funcționale de transmisii hidrostatice.
Tipurile funcționale de GTS diferă prin combinația dintre o pompă și un motor reglabil sau nereglat, ceea ce determină caracteristicile lor de funcționare.
Cea mai simplă formă de transmisie hidrostatică utilizează o pompă și un motor cu volume fixe (Fig. 3a). Deși acest GTS este ieftin, nu este folosit din cauza eficienței sale scăzute. Deoarece deplasarea pompei este fixă, aceasta trebuie să fie proiectată să conducă motorul la viteza maximă stabilită la sarcină maximă. Când nu este necesară viteza maximă, o parte din fluidul de lucru din pompă trece prin supapa de siguranță, transformând energia în căldură.
Fig.3
Folosind o pompă cu cilindree variabilă și un motor hidraulic cu cilindree constantă într-o transmisie hidrostatică, poate fi transmis un cuplu constant (Fig. 3b). Cuplul de ieșire este constant la orice viteză, deoarece depinde doar de presiunea fluidului și de volumul motorului hidraulic. 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.
Un GTS cu o pompă cu volum constant 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. Reducerea volumului motorului hidraulic crește viteza de rotație, dar reduce cuplul și invers.
Cea mai versatilă transmisie hidrostatică este combinația dintre o pompă cu cilindree variabilă și un motor hidraulic cu cilindree variabilă (Figura 3d). În teorie, acest design oferă cuplu infinit și rapoarte viteză/putere. Cu un motor hidraulic la volum maxim, schimbarea puterii pompei reglează direct viteza și puterea, în timp ce cuplul rămâne constant. Reducerea volumului motorului hidraulic atunci când pompa este pompată complet crește viteza motorului la maxim; Cuplul variază invers cu viteza, puterea rămâne constantă.
Curbele din fig. Ilustrațiile 3d arată două intervale de reglare. 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. (Teoretic, viteza motorului hidraulic poate fi crescută la nesfârșit, dar din punct de vedere practic, este limitată de dinamică.)
Exemplu de aplicație
Să presupunem că un cuplu motor hidraulic de 50 N*m trebuie atins la 900 rpm cu un GTS cu volum fix.
Puterea necesară este determinată din:
P = T × N / 9550Unde:
P – puterea în kW
T – cuplul N*m,
N – viteza de rotație în rotații pe minut.Astfel, P=50*900/9550=4,7 kW
Dacă luăm o pompă cu presiunea nominală
100 bar, atunci putem calcula debitul:
Unde:
Q – debit în l/min
p – presiunea în barPrin urmare:
Q= 600*4,7/100=28 l/min.
Apoi selectăm un motor hidraulic cu un volum de 31 cm3, care, cu această alimentare, va asigura o viteză de rotație de aproximativ 900 rpm.
Verificăm folosind formula cuplului motorului hidraulic index.pl?act=PRODUCT&id=495
Figura 3 prezintă caracteristicile de putere/cuplu/viteză 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 instantanee până la viteza maximă, astfel încât o parte din debitul pompei este drenată prin supapa de siguranță. (Figura 3a ilustrează pierderea de putere în timpul accelerației.) Pe măsură ce motorul crește viteza, primește mai mult debit de la pompă și mai puțin ulei curge prin supapa de siguranță. La viteza nominală, tot uleiul trece prin motor.
Cuplul este constant deoarece determinat 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 primită de motorul hidraulic.
Aria de sub această curbă reprezintă puterea pierdută atunci când începe sau se termină mișcarea. Eficiența scăzută este evidentă și pentru orice viteză de operare sub maximă. Transmisiile hidrostatice cu cilindree fixă nu sunt recomandate pentru transmisiile care necesită porniri și opriri frecvente sau în care deseori nu este nevoie de 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 de viteza minimă de ieșire la care acea putere trebuie 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 cuplu-viteză este 2:1. Puterea maximă care poate fi transmisă este jumătate din maximul teoretic.
La turații mai mici de jumătate din maxim, 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 este redusă 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 asupra parametrilor. În practică, GTS ar trebui să ofere funcții suplimentare.Componente suplimentare pe partea pompei.
Luați în considerare, de exemplu, un GST cu cuplu constant, care este cel mai adesea folosit în sistemele de servodirecție cu o pompă variabilă și un motor hidraulic fix (Fig. 5a). Deoarece circuitul este închis, scurgerile de la pompă și motor sunt colectate într-o linie de scurgere (Fig. 5b). Debitul de scurgere combinat curge prin răcitorul de ulei în rezervor. Se recomandă instalarea unui răcitor de ulei într-o unitate hidrostatică la o putere mai mare de 40 CP.
Una dintre cele mai importante componente ale unei transmisii hidrostatice de tip închis este pompa de supraalimentare. Această pompă este de obicei încorporată în cea principală, dar poate fi instalată separat și deservește un grup de pompe.
Indiferent de locație, pompa de rapel îndeplinește 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 deplasării discului.
În fig. 5c prezintă supapa de siguranță A, care limitează presiunea pompei de rapel, care este de obicei de 15-20 bar. Supapele de reținere B și C, instalate unul față de celălalt, asigură o legătură între conducta de aspirație a pompei de încărcare și conducta de joasă presiune.
Orez. 5
Componente suplimentare pe partea motorului hidraulic.
Un GTS tipic de tip închis ar trebui să includă și două supape de siguranță (D și E în Fig. 5d). Ele pot fi încorporate atât în motor, cât și în pompă. Aceste supape îndeplinesc funcția de a proteja sistemul de suprasarcină care apare în timpul schimbărilor bruște de sarcină. Aceste supape limitează, de asemenea, presiunea maximă prin transferul debitului 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 prin 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 supraalimentare către carcasa motorului, care apoi se întoarce în rezervor prin conducta de scurgere și schimbătorul de căldură. Acest lucru promovează un schimb mai intens de ulei între circuitul de lucru și rezervor, răcind fluidul de lucru mai eficient.
Controlul cavitației în transmisiile hidrostatice
Rigiditatea în GTS depinde de compresibilitatea fluidului și de adecvarea componentelor sistemului, și anume țevi și furtunuri. Efectul acestor componente poate fi comparat cu efectul unui acumulator cu arc dacă ar fi conectat la linia de descărcare printr-un T. Sub sarcină ușoară, arcul bateriei se comprimă ușor; la sarcini grele, bateria suferă o compresie semnificativ mai mare și conține mai mult fluid. Acest volum suplimentar de fluid 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. Este posibil ca modelele cu pompe variabile și comenzi automate să fie cele mai susceptibile 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 – volumul efectiv al sistemului, kg/cm2
V – volumul de lichid pe partea de înaltă presiune cm3
Qcp – capacitatea pompei booster în cm3/sec
Să presupunem că GTS din fig. 5 este conectat printr-o țeavă de oțel de 0,6 m cu diametrul de 32 mm. Neglijând volumele pompei și ale motorului, V este de aproximativ 480 cm3. Pentru uleiul din țevile de oțel, modulul volumetric efectiv de elasticitate este de aproximativ 14060 kg/cm2. Presupunând că pompa de machiaj furnizează 2 cm3/sec, atunci rata de creștere a presiunii este:
dp/dt= 14060 × 2/480
= 58 kg/cm2/sec.
Acum luați în considerare efectul unui sistem cu o lungime de 6 m de furtun cu o împletitură cu trei fire cu un diametru 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.
De aici rezultă că creșterea performanței pompei de rapel duce la o scădere a probabilității de cavitație. Ca alternativă, dacă încărcările bruște nu sunt frecvente, puteți adăuga un acumulator hidraulic la linia de pompare. De fapt, unii producători de GTS realizează un port pentru a conecta bateria la circuitul de amplificare.
Dacă rigiditatea GTS este scăzută și este echipat cu control automat, atunci transmisia trebuie întotdeauna pornită cu debitul 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 sistemului și controlul vitezei de presiune pot fi mai importante în determinarea performanței pompei de amplificare decât pur și simplu scurgerile interne ale pompei și ale motorului.
______________________________________
Transmisia hidraulica- un set de dispozitive hidraulice care fac posibilă conectarea unei surse de energie mecanică (motor) cu dispozitivele de acționare ale mașinii (roțile mașinii, axul mașinii etc.). O transmisie hidraulică se mai numește și transmisie hidraulică. De obicei, într-o transmisie hidraulică, energia este transferată prin fluid de la o pompă la un motor hidraulic (turbină).
În videoclipul prezentat, un motor hidraulic translațional este utilizat ca legătură de ieșire. O transmisie hidrostatică folosește un motor hidraulic rotativ, dar principiul de funcționare este încă bazat pe lege. Într-o acţionare rotativă hidrostatică, fluidul de lucru este furnizat de la pompă la motor. În același timp, în funcție de volumele de lucru ale mașinilor hidraulice, cuplul și viteza de rotație a arborilor se pot modifica. Transmisia hidraulica are toate avantajele unei acționări hidraulice: putere mare transmisă, capacitatea de a implementa rapoarte mari de transmisie, implementarea controlului continuu, capacitatea de a transmite puterea elementelor în mișcare ale mașinii.
Metode de control în transmisia hidrostatică
Viteza arborelui de ieșire într-o transmisie hidraulică poate fi controlată prin modificarea volumului pompei de lucru (control volumetric) sau prin instalarea unui regulator de accelerație sau de debit (control paralel și secvenţial al accelerației). Ilustrația prezintă o transmisie hidraulică cu deplasare pozitivă în buclă închisă.
Transmisie hidraulică în buclă închisă
Transmisia hidraulica poate fi realizata prin tip închis(circuit închis), în acest caz sistemul hidraulic nu are rezervor hidraulic conectat la atmosferă.
În sistemele hidraulice de tip închis, viteza de rotație a arborelui poate fi controlată prin modificarea deplasării pompei. Ele sunt cel mai adesea folosite ca motoare de pompă în transmisiile hidrostatice.
Transmisie hidraulică cu buclă deschisă
Deschis numit sistem hidraulic conectat la un rezervor care comunica cu atmosfera, i.e. presiunea deasupra suprafeței libere a fluidului de lucru din rezervor este egală cu presiunea atmosferică. În transmisiile hidraulice de tip deschis este posibil să se implementeze controlul volumetric, paralel și secvențial al accelerației. Următoarea ilustrație prezintă o transmisie hidrostatică în buclă deschisă.
Unde se folosesc transmisiile hidrostatice?
Transmisiile hidrostatice sunt utilizate în mașini și mecanisme în care este necesar să se transmită puteri mari, să creeze un cuplu mare pe arborele de ieșire și să efectueze controlul continuu al vitezei.
Transmisiile hidrostatice sunt utilizate pe scară largăîn echipamente mobile, pentru construcții de drumuri, excavatoare, buldozere, în transportul feroviar - în locomotive diesel și mașini de cale.
Transmisie hidrodinamica
Transmisiile hidrodinamice folosesc, de asemenea, turbine pentru a transmite puterea. Fluidul de lucru din transmisiile hidraulice este furnizat de la o pompă dinamică la turbină. Cel mai adesea, o transmisie hidrodinamică folosește pompe cu pale și roți ale turbinei situate direct una față de alta, astfel încât fluidul să curgă de la roata pompei direct la roata turbinei, ocolind conductele. Astfel de dispozitive care combină o pompă și o roată de turbină se numesc cuplaje fluide și convertoare de cuplu, care, în ciuda unor elemente similare în design, au o serie de diferențe.
Cuplaj fluid
Transmisie hidrodinamică, constând din pompa si roata turbinei instalate într-un carter comun se numesc cuplaj hidraulic. Momentul pe arborele de ieșire al cuplajului hidraulic este egal cu momentul de pe arborele de intrare, adică cuplajul fluid nu permite modificarea cuplului. Într-o transmisie hidraulică, puterea poate fi transferată printr-un cuplaj hidraulic, care va asigura o funcționare lină, o creștere lină a cuplului și o reducere a sarcinilor de șoc.
Convertor de cuplu
Transmisie hidrodinamică, care include roți de pompă, turbină și reactor, plasat într-o singură carcasă se numește convertor de cuplu. Datorită reactorului, convertor de cuplu vă permite să schimbați cuplul pe arborele de ieșire.
Transmisie hidrodinamică într-o transmisie automată
Cel mai faimos exemplu de utilizare a transmisiei hidraulice este transmisie automată auto, în care poate fi instalat un cuplaj fluid sau un convertor de cuplu. Datorită eficienței mai mari a convertorului de cuplu (comparativ cu un cuplaj fluid), acesta este instalat pe majoritatea mașinilor moderne cu transmisie automată.
Transmisii hidrostatice
În primele două decenii ale industriei auto, au fost propuse o serie de transmisii hidraulice în care fluidul, sub presiune creat de o pompă acţionată de motor, curge printr-un motor hidraulic. Ca urmare a mișcării părților de lucru ale motorului hidraulic sub influența fluidului, puterea este furnizată arborelui său. Fluidul, desigur, transportă o anumită sursă de energie cinetică, totuși, deoarece părăsește motorul hidraulic cu aceeași viteză cu care intră în el, cantitatea de energie cinetică nu se modifică și, prin urmare, nu ia parte la transmiterea puterii.
Ceva mai târziu, a apărut un alt tip de transmisie hidraulică, în care ambele elemente rotative sunt plasate într-un singur carter - roata pompei, care pune fluidul în mișcare, și turbina, ale cărei pale sunt lovite de fluidul în mișcare. În astfel de transmisii, fluidul părăsește canalele dintre paletele elementului antrenat cu o viteză absolută mult mai mică decât intră în ele, iar puterea este transmisă prin fluid sub formă de energie cinetică.
Astfel, trebuie să se distingă două tipuri de transmisii hidraulice: transmisii hidrostatice sau cu deplasare pozitivă, în care energia este transferată prin presiunea fluidului care acționează asupra pistoanelor sau palelor în mișcare și transmisiile hidrodinamice, în care energia este transferată prin creșterea vitezei absolute a fluidului în roata pompei și scăderea vitezei absolute în turbină
Transmiterea mișcării sau a puterii prin presiunea fluidului a fost folosită cu mare succes într-o serie de domenii. Un exemplu de utilizare cu succes a unor astfel de angrenaje sunt sistemele hidraulice ale mașinilor-unelte moderne. Alte exemple sunt antrenările hidraulice pentru mecanismele de direcție ale navelor și controlul turnulelor de tun pe navele de război. Din punct de vedere al aplicării pe mașini, cea mai avantajoasă proprietate a transmisiei hidrostatice este capacitatea de a schimba continuu raportul de transmisie. Pentru aceasta, aveți nevoie doar de o pompă în care volumul descris de pistoane pe rotație a arborelui se poate schimba ușor în timpul funcționării. Un alt avantaj al transmisiei hidrostatice este ușurința marșarierului. În majoritatea modelelor, deplasarea controlului dincolo de poziția de viteză zero și raportul de viteză infinit provoacă rotația în direcția opusă la o viteză care crește treptat.
Utilizarea uleiului ca fluid de lucru. Tradus, termenul „hidraulic” înseamnă utilizarea apei ca fluid de lucru. Cu toate acestea, în practică, atunci când se folosește acest termen, ele înseamnă de obicei utilizarea oricărui fluid pentru a transmite mișcarea sau puterea. Transmisiile hidraulice de toate tipurile folosesc uleiuri minerale, deoarece protejează mecanismul de coroziune și, în același timp, asigură lubrifierea acestuia. În mod obișnuit, se folosesc uleiuri cu vâscozitate scăzută, deoarece pierderile interne cresc odată cu creșterea vâscozității. Cu toate acestea, cu cât vâscozitatea este mai mică, cu atât este mai dificil să previi scurgerea fluidului de lucru.
Utilizarea transmisiilor hidrostatice în automobile nu a părăsit niciodată stadiul experimental. Cu toate acestea, s-au înregistrat unele progrese în utilizarea acestor angrenaje în transportul feroviar. La o expoziție de vehicule din orașul german Seddin, desfășurată la mijlocul anilor 20, transmisiile hidraulice au fost instalate pe șapte dintre cele opt locomotive de manevră demonstrate. Aceste viteze sunt foarte ușor de controlat. Deoarece vă permit să obțineți orice raport de transmisie, motorul poate funcționa întotdeauna la numărul de rotații pe minut care corespunde celui mai mare randament.
Unul dintre dezavantajele grave care împiedică utilizarea transmisiilor hidrostatice în mașini este dependența eficienței acestora de viteză. În literatură au fost publicate date conform cărora randamentul maxim al unor astfel de angrenaje ajunge la 80%, ceea ce este destul de acceptabil. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere că eficiența maximă este întotdeauna atinsă la viteze mici de funcționare.
Dependența eficienței de viteză. În transmisiile hidrostatice, fluidul curge turbulent, iar în timpul mișcării turbulente, pierderile (generarea de căldură) sunt direct proporționale cu a treia putere de viteză, în timp ce puterea transmisă de o transmisie hidrostatică variază direct proporțional cu viteza de curgere. Prin urmare, pe măsură ce debitul crește, eficiența scade rapid. Cele mai cunoscute date despre eficiența transmisiilor hidrostatice se referă la viteze de rotație mult sub 1000 rpm (de obicei 500-700 rpm); Dacă utilizați astfel de viteze pentru a lucra cu un motor a cărui viteză normală de rotație a arborelui cotit este de peste 2000 rpm, atunci eficiența va fi inacceptabil de scăzută. Desigur, între motor și pompa de transmisie hidrostatică poate fi instalat un reductor de viteze. Cu toate acestea, acest lucru ar face transmisia încă o unitate mai complicată, iar pompa de viteză mică și motorul hidraulic ar fi inutil de grele. Un alt dezavantaj este folosirea unor presiuni mari in transmisiile hidrostatice, ajungand pana la 140 kg!cm2, la care, firesc, este foarte greu sa previi scurgerea fluidului de lucru. În plus, toate piesele expuse la astfel de presiuni trebuie să fie foarte durabile
Transmisiile hidrostatice nu s-au răspândit în mașini, nu pentru că nu li s-a acordat suficientă atenție. O serie de companii americane și europene care aveau suficiente resurse tehnice și financiare s-au angajat în crearea transmisiilor hidrostatice, în majoritatea cazurilor cu intenția de a utiliza aceste transmisii în mașini. Totuși, din știrea autorului, camioanele cu transmisii hidrostatice nu au intrat niciodată în producție. În cazurile în care companiile produc de ceva timp transmisii hidrostatice, au găsit vânzări pentru acestea în alte ramuri ale ingineriei mecanice, unde viteze mari de rotație și greutate redusă nu sunt condiții obligatorii de utilizare. Au fost propuse mai multe modele ingenioase de transmisie hidrostatică, dintre care două sunt descrise mai jos.
Transfer la Manly. Una dintre primele transmisii hidrostatice auto create în SUA este transmisia Manly. A fost inventat de Charles Manley, un angajat al pionierului aeronautic Langley și președinte al Societății Inginerilor Auto Americani. Transmisia a constat dintr-o pompă cu piston radial cu cinci cilindri cu cursă variabilă a pistonului și un motor hidraulic cu piston radial cu cinci cilindri cu cursă constantă a pistonului; pompa era conectată la motorul hidraulic prin două conducte. Când sensul de rotație s-a schimbat, conducta de refulare a devenit o conductă de aspirație și invers; când cursa pistonului pompei a scăzut la zero, motorul hidraulic a acționat ca o frână. Pentru a preveni deteriorarea mecanismului din cauza presiunii excesive, a fost folosită o supapă de siguranță care se deschidea la o presiune de 140 kg/cm2.
O secțiune longitudinală a transmisiei Manly este prezentată în Fig. 1. Pompa și motorul hidraulic au fost amplasate coaxial unul lângă altul, formând o singură unitate compactă. În stânga este o secțiune transversală a unuia dintre cilindrii pompei. Distanța dintre piston și cilindru era foarte mică, iar pistoanele nu aveau inele O. Capetele inferioare ale bielelor nu acopereau manivela, ci aveau forma unor sectoare și erau ținute pe loc de două inele situate pe ambele părți ale capului bielei. Cursa pistoanelor pompei a fost modificată folosind excentrice montate pe arborele cotit. În timpul funcționării unității, arborele cotit și excentricele au rămas staționare, iar blocul cilindrilor s-a rotit în jurul axei excentrice E. Figura arată mecanismul într-o poziție corespunzătoare cursei maxime a pistonului, egală cu suma razei manivelă și excentricitatea excentricului său; cilindrii se rotesc în jurul axei E, iar pistoanele pompei se rotesc în jurul axei P. Pentru a reduce cursa pistoanelor, excentricul se rotește în jurul axei E într-o direcție, iar manivela în jurul axei în sens opus; Datorită acestui fapt, poziția unghiulară a manivelei rămâne neschimbată, iar mecanismul de distribuție continuă să funcționeze ca înainte. Controlul se realizează folosind două roți melcate montate pe un excentric, dintre care una este reglată liber, iar cealaltă este fixă. Roata melcată de sine stătătoare este conectată la arborele cotit prin intermediul unui angrenaj montat pe arborele cotit, care se angrenează cu dinții interni ai roții melcate. Roțile melcate se îmbină cu melme conectate între ele prin două roți dințate. Astfel, viermii se rotesc întotdeauna în direcții opuse, iar transmisia a fost proiectată astfel încât mișcările unghiulare ale excentricului și ale manivelei să fie egale ca valoare absolută și opuse ca direcție. Dacă excentricul și manivela au fost rotite la un unghi de 90 °, atunci cursa pistoanelor pompei a devenit egală cu zero. Excentricul de sincronizare a fost setat la un unghi de 90° față de brațul manivelei. Un motor hidraulic diferă de o pompă doar prin faptul că nu are un mecanism de modificare a cursei pistoanelor. Atât pompa, cât și motorul hidraulic au robinete controlate de excentrice.
Orez. 1. Transmisie hidrostatică masculină:
1 - pompa; 2 - motor hidraulic.
Orez. 2. Controlul transmisiei excentric masculin.
Transmisia Manly, destinată utilizării pe un camion cu o capacitate de încărcare de 5 g cu un motor pe benzină cu o putere de 24 CP. Cu. la 1200 rpm, avea o pompă cu cilindri cu diametrul de 62,5 mm și o cursă maximă a pistonului de 38 mm. Pompa era alimentată de două motoare hidraulice (câte unul pentru fiecare roată motoare). Cu un volum de lucru al unei pompe cu cinci cilindri egal cu 604 cm3 pentru transmisie de 24 de litri. Cu. la 1200 rpm, cu cursa maximă a pistonului, era necesară o presiune de 14 kg/cm2. La testarea transmisiei Manly în laborator, s-a constatat că eficiența maximă a avut loc la 740 rpm a arborelui pompei și a fost de 90,9%. Odată cu o creștere suplimentară a vitezei de rotație, eficiența a scăzut brusc și deja la 760 rpm era de doar 81,6%.
Orez. 3. Transmisia hidrostatica Jenny.
Transfer la Jenny. Transmisia hidraulică Jenny a fost construită de mult timp de Waterbury Tool Company pentru diverse industrii; în special, a fost instalat și pe camioane, vagoane și locomotive diesel. Această transmisie constă dintr-o pompă cu piston multicilindric cu plată oscilătoare și cursă variabilă și același motor hidraulic, dar cu cursă constantă a pistoanelor. O secțiune longitudinală a unității este prezentată în Fig. 144. Diferența în proiectarea unei pompe și a unui motor hidraulic este doar că în prima înclinația șaibei oscilante se poate modifica, dar în a doua nu. Pompa și arborii motorului hidraulic ies fiecare dintr-un capăt. Fiecare arbore este susținut de un rulment simplu în carter și un rulment cu role în placa distribuitoare. La capătul interior al fiecărui arbore este atașat un bloc cilindric, care are nouă găuri pentru a forma cilindri. Axele acestor cilindri sunt paralele cu axa de rotație și se află la o distanță egală de aceasta. Pe măsură ce blocurile de cilindri se rotesc, chiulasele alunecă de-a lungul plăcii distribuitoare. Găurile din capul fiecărui cilindru comunică periodic cu una dintre cele două ferestre din placa de distribuție, realizate de-a lungul unui arc de cerc; în acest fel, se realizează alimentarea și eliberarea fluidului de lucru. Lungimea arcului fiecărei ferestre este de aproximativ 125 ° și, deoarece comunicarea cilindrului cu canalul din placă începe din momentul în care orificiul din chiulasă începe să se alinieze cu fereastra și continuă până când fereastra din placă este blocată de marginea găurii, atunci faza de deschidere este de aproximativ 180°.
Arcurile montate pe arbori servesc la presarea blocurilor de cilindri pe placa de distribuție atunci când nu se transmite nicio sarcină. La transferul sarcinii, contactul este asigurat de presiunea fluidului. Blocurile cilindrilor sunt montate pe arbori astfel incat sa poata aluneca si balansa usor pe ele. Acest lucru asigură o potrivire strânsă a blocului cilindrilor pe placa de distribuție chiar și în cazul unor inexactități de fabricație, precum și în cazul uzurii.
Distanța dintre piston și cilindru este de 0,025 mm, iar pistoanele nu au dispozitive de etanșare. Fiecare piston este conectat la un inel de balama prin intermediul unei biele cu capete sferice. Corpul bielei are o gaură longitudinală, iar în partea inferioară a fiecărui piston se face și o gaură. Astfel, capetele de biele sunt lubrifiate cu ulei din fluxul de fluid principal, iar presiunea sub care uleiul este furnizat pe suprafețele lagărelor este proporțională cu sarcina. Fiecare șaibă oscilantă este atașată de arbori prin intermediul unor articulații universale astfel încât atunci când se rotește cu arborele, planul său de rotație poate face orice unghi cu axa arborelui. Într-o pompă, unghiul de înclinare al plăcii oscilante poate varia de la 0 la 20° în orice direcție. Acest lucru se realizează folosind un mâner de control conectat la un scaun rotativ al rulmentului. Într-un motor hidraulic, scaunul rulmentului este atașat rigid de carter la un unghi de 20°.
În cazurile în care placa oscilantă face un unghi drept cu arborele, atunci când blocul cilindrilor se rotește, pistoanele nu se vor mișca în cilindri; În consecință, nu va exista aprovizionare cu petrol. Dar de îndată ce unghiul dintre șaiba oscilantă și axa arborelui este schimbat, pistoanele vor începe să se miște în cilindri. În timpul unei jumătăți de rotație, uleiul este aspirat în cilindru printr-un orificiu din placa de distribuție; În a doua jumătate a revoluției, uleiul este forțat prin orificiul de refulare din placa de distribuție.
Uleiul furnizat sub presiune motorului hidraulic determină mișcarea pistoanelor motorului hidraulic, iar forțele care acționează asupra plăcii oscilătoare prin biele determină rotirea blocului cilindri și a arborelui acestuia. În cazul în care unghiul de înclinare al șaibei basculante a pompei este egal cu unghiul de înclinare al șaibei basculante a motorului hidraulic, arborele acestuia din urmă se va roti cu aceeași viteză cu axul pompei; O reducere a vitezei de rotație a arborelui motorului hidraulic poate fi realizată prin reducerea unghiului dintre șaiba oscilantă a pompei și arbore.
Într-o transmisie construită pentru un vagon cu o putere a motorului de 150 CP, eficiența la sarcină de 25% și viteza maximă de rotație a fost de 65%, iar la sarcină maximă - 82%. Acest tip de transmisie are o greutate semnificativă; Unitatea dată ca exemplu avea o greutate specifică de 11,3 kg la 1 litru. Cu. puterea transmisă.
LA Categorie: - Ambreiaje auto
Transmisiile hidrostatice, realizate folosind un circuit hidraulic închis, și-au găsit o largă aplicație în antrenările pentru echipamente speciale. Acestea sunt în principal mașini în care mișcarea este una dintre funcțiile principale, de exemplu, încărcătoare frontale, buldozere, buldoexcavatoare, combine agricole,
transportatorii forestieri și recoltatorii.
În sistemele hidraulice ale unor astfel de mașini, debitul fluidului de lucru este controlat pe o gamă largă atât de o pompă, cât și de un motor hidraulic. Circuitele hidraulice închise sunt adesea folosite pentru a antrena corpurile de lucru cu mișcare rotativă: betoniere, instalații de foraj, trolii etc.
Să luăm în considerare o diagramă hidraulică structurală tipică a unei mașini și să evidențiem în ea conturul transmisiei hidrostatice. Există multe modele de transmisii hidrostatice închise în care sistemul hidraulic include o pompă cu cilindree variabilă, de obicei o placă oscilătoare și un motor hidraulic variabil.
Motoarele hidraulice sunt utilizate în principal cu piston radial sau piston axial cu un bloc cilindric înclinat. În echipamentele de dimensiuni mici, se folosesc adesea motoare hidraulice cu piston axial cu o placă oscilătoare cu o deplasare constantă și mașini hidraulice gerotor.
Deplasarea pompei este controlată de un sistem pilot proporțional hidraulic sau electro-hidraulic sau servocomandă directă. Pentru a modifica automat parametrii motorului hidraulic în funcție de acțiunea sarcinii externe în controlul pompei
se folosesc regulatoare.
De exemplu, regulatorul de putere din transmisiile de transmisie hidrostatică permite, fără intervenția operatorului, reducerea vitezei mașinii cu rezistență crescută la mișcare și chiar oprirea completă a acesteia, prevenind blocarea motorului.
Regulatorul de presiune asigură un cuplu constant al elementului de lucru în toate modurile de funcționare (de exemplu, forța de tăiere a unei freze rotative, a melcului, a tăietorului instalației de foraj etc.). În orice cascadă de control al pompei și al motorului hidraulic, presiunea pilot nu depășește 2,0-3,0 MPa (20-30 bar).
Orez. 1. Schema tipică a unei transmisii hidrostatice a echipamentelor speciale
În fig. Figura 1 prezintă o diagramă comună a unei transmisii hidrostatice a unei mașini. Sistemul hidraulic pilot (sistemul de control al pompei) include o supapă proporțională controlată de pedala de accelerație. De fapt, este o supapă de reducere a presiunii controlată mecanic.
Este alimentat de pompa auxiliară a sistemului de completare a scurgerilor (reîncărcare). În funcție de gradul de apăsare a pedalei, supapa proporțională reglează cantitatea de debit pilot care intră în cilindru (într-un design real, un piston) care controlează înclinarea șaibei.
Presiunea de control învinge rezistența arcului cilindrului și întoarce șaiba, modificând deplasarea pompei. În acest fel, operatorul modifică viteza mașinii. Inversați fluxul de putere în sistemul hidraulic, de ex. schimbarea direcției de mișcare a mașinii se realizează cu ajutorul solenoidului „A”.
Solenoidul „B” controlează regulatorul hidraulic al motorului, care stabilește deplasarea maximă sau minimă a acestuia. În modul de deplasare de transport al mașinii, se stabilește volumul minim de lucru al motorului hidraulic, datorită căruia dezvoltă viteza maximă de rotație a arborelui.
În timp ce mașina efectuează operațiuni tehnologice de putere, volumul maxim de lucru al motorului hidraulic este setat. În acest caz, dezvoltă cuplul maxim la viteza minimă a arborelui.
Când nivelul maxim de presiune în circuitul de putere atinge 28,5 MPa, cascada de control va reduce automat unghiul spălării la 0° și va proteja pompa și întregul sistem hidraulic de suprasarcină. Multe mașini mobile cu transmisie hidrostatică au cerințe stricte.
Ele trebuie să aibă 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, i.e. dezvolta forța maximă de tracțiune. Exemplele includ încărcătoare frontale cu roți, mașini agricole și forestiere.
Transmisiile hidrostatice ale unor astfel de mașini folosesc motoare hidraulice reglabile cu bloc cilindric înclinat. De regulă, acest regulament este releu, adică. asigură două poziții: deplasare maximă sau minimă a motorului hidraulic.
În același timp, există transmisii hidrostatice care necesită controlul proporțional al deplasării motorului hidraulic. La deplasarea maximă, cuplul este generat la presiune hidraulică ridicată.
Orez. 2. Diagrama acțiunii forțelor într-un motor hidraulic la deplasare maximă
În fig. Figura 2 prezintă o diagramă a acțiunii forțelor într-un motor hidraulic la deplasare maximă. Forța hidraulică Fg este descompusă în F® axial și Fр radial. Forța radială Fр creează un cuplu.
Prin urmare, cu cât unghiul α este mai mare (unghiul de înclinare al blocului cilindrilor), cu atât forța Fр (cuplul) este mai mare. Brațul de acțiune al forței Fр, egal cu distanța de la axa de rotație a arborelui până la punctul de contact al pistonului din cușca motorului hidraulic, rămâne constant.
Orez. 3. Diagrama acțiunii forțelor în motorul hidraulic la trecerea la volumul minim de lucru
Când unghiul de înclinare al blocului de cilindri scade (unghiul α), adică. volumul de lucru al motorului hidraulic tinde spre valoarea sa minimă, forța Fр și, prin urmare, cuplul pe arborele motorului hidraulic scade și el. Diagrama forțelor în acest caz este prezentată în Fig. 3.
Natura modificării cuplului este clar vizibilă dintr-o comparație a diagramelor vectoriale pentru fiecare unghi de înclinare al blocului cilindric al motorului hidraulic. Un astfel de control al deplasării motorului hidraulic este utilizat pe scară largă în acționările hidraulice ale diferitelor mașini și echipamente.
Orez. 4. Diagrama de control tipic al motorului hidraulic al troliului electric
În fig. Figura 4 prezintă o diagramă a unui control motor hidraulic tipic pentru troliu. Aici, canalele A și B sunt porturile de lucru ale motorului hidraulic.
În funcție de direcția de mișcare a fluxului de putere al fluidului de lucru, acestea asigură rotație directă sau inversă. În poziția prezentată, motorul hidraulic are deplasare maximă. Volumul de lucru al motorului hidraulic se modifică atunci când un semnal de control este furnizat la portul său X.
Fluxul pilot de fluid de lucru, care trece prin bobina de comandă, acționează asupra pistonului de deplasare a blocului cilindrului, care, rotind cu viteză mare, modifică rapid deplasarea motorului hidraulic.
Orez. 5. Caracteristicile controlului motorului hidraulic
Pe graficul din Fig. Figura 5 prezintă caracteristica de control al motorului hidraulic; este de natură liniară ca funcție inversă. Adesea, mașinile complexe folosesc circuite hidraulice separate pentru a conduce piesele de lucru.
Mai mult, unele dintre ele sunt realizate după un circuit hidraulic deschis, în timp ce altele necesită utilizarea transmisiilor hidrostatice. Un exemplu este un excavator cu o singură cupă cu rotație completă. În ea, rotația plăcii rotative și mișcarea mașinii sunt asigurate de motoare hidraulice cu
grup de supape.
Structural, cutia supapelor este instalată direct pe motorul hidraulic. Circuitul de transmisie hidrostatică este alimentat de o pompă hidraulică care funcționează într-un circuit hidraulic deschis folosind un distribuitor hidraulic.
Orez. 6. Schema unui circuit de transmisie hidrostatic alimentat dintr-un sistem hidraulic deschis
Furnizează un flux de putere de fluid de lucru circuitului de transmisie hidrostatică în direcția înainte sau înapoi. Schema 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 afectată atât de un semnal de control extern transmis prin canalul X, cât și de unul intern de la supapa selectivă SAU.
De îndată ce un flux de putere de fluid de lucru este furnizat la linia de refulare a circuitului hidraulic, supapa selectivă „SAU” permite semnalului de control să acceseze capătul bobinei pilot și, prin deschiderea ferestrelor de operare, direcționează o porțiune de lichid în pistonul de antrenare a blocului cilindrului.
În funcție de presiunea din conducta de refulare, deplasarea motorului hidraulic se modifică din poziția sa normală spre descreștere (viteză mare/cuplu scăzut) sau crescătoare (viteză mică/cuplu mare). În acest fel se efectuează controlul
circulaţie.
Dacă bobina supapei hidraulice de putere se deplasează în poziția opusă, direcția fluxului de putere se va schimba. Supapa de selectare SAU va lua o poziție diferită și va trimite un semnal de control către bobina pilot de la o altă linie de circuit hidraulic. Motorul hidraulic va fi reglat în același mod.
Pe lângă componentele de control, acest circuit hidraulic conține două supape combinate (anticavitație și antișoc), reglate la o presiune de vârf de 28,0 MPa, și un sistem de ventilație pentru fluidul de lucru, conceput pentru răcire forțată.