Transmisie hidrodinamică
În prezent, există două tipuri de angrenaje hidrodinamice: cuplaj hidraulic și convertizor de cuplu.
Cuplaj hidraulic - Cel mai simplu element al transmisiei hidraulice. Caracteristica sa distinctivă este că cuplul pe arborele de antrenare al cuplajului hidraulic este întotdeauna egal cu momentul pe arborele de ieșire. Proiectarea cuplajului de lichid este foarte simplă. Se compune din roți de pompă și turbină de aproximativ același design, amplasate într-un carter umplute cu ulei (Fig. 1a și 1b).
Modelul de calcul a fost testat folosind un controler dezactivat. Comparația datelor experimentale cu simularea este prezentată în figură. Simularea a permis replicarea dinamică a semnalului de intrare fără un timp de întârziere semnificativ. În următorul experiment, controlul a fost pornit și testul a fost efectuat în aceleași condiții ca cele descrise pentru primul experiment. Figura arată că sistemul este reglat automat pentru a menține o constantă de 24 V, în ciuda frecvenței de intrare. Depășirea poate fi observată cu o schimbare semnificativă a frecvenței; Cu toate acestea, tensiunea revine la valoarea de referință în interiorul și în medie 15 secunde.
Când roata pompei se rotește, uleiul, sub acțiunea unei forțe centrifuge, începe să se deplaseze de-a lungul lamelor de ghidare către periferie, obținând energie cinetică. Din roata pompei, acesta intră în roata turbinei, unde, în contact cu lamelele turbinei, îi dă o parte din energia sa, ducând-o astfel la rotire.
Aceste depășiri pot fi reduse dacă în sistem a fost adăugat un acumulator hidraulic sau alt dispozitiv de stocare a energiei. O baterie hidraulică este un dispozitiv care captează energia hidraulică prin stocarea de lichid sub presiune într-un vas; vasul sub presiune va crește presiunea, deoarece mai mult lichid este împins în el. În mod similar, energia comprimată este eliberată atunci când lichidul este evacuat din vas. Bateria conține o cameră de gaz care poate varia în volum, astfel încât atunci când lichidul presurizat se toarnă în baterie, camera de gaz este comprimată și, prin urmare, stochează energia sub formă de gaz comprimat.
Cu rotația rapidă a roții pompei, uleiul face o mișcare complexă, constând în mișcări portabile și relative. Primul se datorează rotirii uleiului împreună cu roata pompei. Al doilea este determinat de mișcarea uleiului de-a lungul roții pompei la periferie. Mișcarea relativă este cauzată de acțiunea forțelor centrifuge care apar în ulei ca rezultat al rotirii împreună cu roata pompei (Figura 2) . Ca urmare, la ieșirea roții pompei, debitul absolut al uleiului este determinat de suma vectorilor de viteze de transport și mișcări relative (Figura 3) . O parte din energia fluxului de ulei, determinată de viteza sa de transport, este livrată prin lame la roata turbinei.
Afișați o creștere de aproximativ 1% a producției de energie pe o turbină cu o capacitate de 50 kW, adăugând 60 de litri. baterie. Acestea au arătat, de asemenea, modul în care puteți ajusta puterea prin absorbția vârfurilor de tensiune și cădere prin adăugarea unei astfel de componente hidraulice. Rezultatele simulării arată o valoare de depășire mai mică atunci când frecvența se schimbă, ceea ce înseamnă că sistemul simulat nu a captat pe deplin efectele dinamice ale sistemului fizic.
În laborator, a fost construit și testat un sistem capabil să simuleze o transmisie cu turbină eoliană mică, cu o transmisie fără trepte. Noile strategii de control vor fi implementate în configurația de testare pentru a îmbunătăți intervalul de viteză a vântului și comportament dinamic. În cele din urmă, rezultatele experimentale arată că adăugarea unui dispozitiv de stocare a energiei poate fi o metodă eficientă și ieftină pentru absorbția fluctuațiilor de tensiune generate de rafalele de vânt și schimbări bruște în direcția vântului.
Convertorul de cuplu. Principiul de funcționare a unui convertizor de cuplu (transformator) este același ca un cuplaj hidraulic. Aceeași mișcare relativă și mixtă de ulei. Dar pentru a crește cuplul pe arborele de ieșire al transformatorului a fost introdus un element suplimentar - roata reactorului (reactor, uneori un stator). Reactorul este instalat între orificiul de ieșire al turbinei și intrarea pe roata pompei (Figura 4) și este proiectat pentru a direcționa fluxul de ulei care părăsește roata turbinei astfel încât viteza să coincidă cu direcția de rotație a roții pompei. În acest caz, energia uleiului care nu este consumată în roata turbinei este utilizată pentru a mări în continuare viteza de rotație a roții pompei, ceea ce duce la creșterea energiei cinetice a uleiului. Rezultatul este o creștere a cuplului pe axul roții turbinei, în comparație cu momentul aplicat roții pompei de la motor. Trebuie remarcat faptul că raportul dintre momentele de pe roțile pompei și turbionare este determinat de raportul dintre vitezele unghiulare ale acestor elemente. Creșterea maximă a cuplului are loc atunci când turbina este complet oprită. Se numește acest mod de funcționare a transformatorului o oprire. Transformatoarele moderne au un raport de transformare a cuplului de 2,0-2,5 stop. Termenul "raport de transformare" se referă la raportul cuplului dezvoltat de roata turbinei până la momentul de pe roata pompei.
Avantajele și dezavantajele unei cutii hidromecanice
Autorii declară că nu au un conflict de interese. Se bazează pe un produs auto, dintre care multe funcționează cu succes. În principiu, acesta este un convertizor de cuplu în combinație cu o cutie de viteze planetară în patru trepte. Partea inteligentă este că există un mod paralel de transfer al cuplului dintre arborele de intrare și cutia de viteze - unitatea directă și utilizarea convertizorului de cuplu în prima treaptă de viteză. Acestea sunt conectate la un reductor care este controlat pentru a permite ca mecanismul mecanic să treacă treptat de la convertizorul de cuplu când crește viteza de intrare până când convertizorul de cuplu mai puțin eficient este blocat complet de antrenare.
Apoi, pe măsură ce crește viteza roții turbinei, eficiența reactorului scade, iar cuplul pe arborele roții turbinei scade. Acest lucru este de înțeles, deoarece cu cât viteza roții turbinei este mai mare, cu atât este mai puțin efectul debitului portabil al uleiului asupra lamelor acestei roți. În momentul în care viteza turbinei este de aproximativ 85% din viteza rotorului, roata reactorului, datorită ambreiajul peste mal, pierde comunicarea cu carter și transmisia începe să se rotească liber cu fluxul fără al afecta. Ca urmare, transformatorul trece în modul de funcționare al cuplajului hidraulic, raportul de transformare fiind egal cu 1.
Acest principiu de partajare a puterii în prima treaptă permite utilizarea unui interval mai mare de pornire, care elimină treapta a doua a treptelor de viteză comparabile și, în cele din urmă, reduce numărul de deplasări cu 50%. Ultima încarnare a avut o transmisie integrată patentată, adăugată în partea din spate a cutiei de viteze. Evident, acest lucru nu este necesar în varianta mașinii, deoarece nu se așteaptă ca camioanele și autobuzele să poată rula cu viteză maximă în direcția opusă!
Aproximativ 150 dintre aceste programe au fost livrate. Scopul a fost să demonstreze că transmisia hidromecanică ar fi fiabilă, ar crește eficiența și ar reduce consumul de combustibil în comparație cu transmisiile instalate în prezent. Principalul motor al testului a fost o reducere a consumului de combustibil datorită unei transmisiuni mai eficiente și, ca urmare, sa obținut o reducere a consumului maxim de carburant cu 16%. În funcție de ciclul de lucru al unei anumite rute, acest indicator poate fi mărit.
Transformatorul are câteva proprietăți favorabile. Instalația sa are ca rezultat o schimbare ușoară a cuplului, care încarcă transmisia, ceea ce sporește durabilitatea unităților de transmisie și reduce costurile reparației. schimbare de cuplu Smooth efectul cel mai favorabil atunci când conduceți pe sol moale și drumuri alunecoase (gheață, zăpadă), deoarece, în acest caz, reducerea probabilității de defectare a solului și alunecarea roților motoare. În plus, transformatorul este un excelent amortizor al vibrațiilor torsionale ale motorului, care sunt stins cu ulei și nu trec în partea mecanică a transmisiei.
Rezumând, cu atât mai des opri și porni, iar viteza medie inferioară a trenului, cu atât mai bine consumul de combustibil este îmbunătățită. Aceasta din urmă elimină, de asemenea, necesitatea unor schimbări de ulei cu costuri reduse ale forței de muncă.
Principiul de funcționare a cutiei de viteze hidromecanice
Aceasta protejează toate componentele sistemului conectat de vibrațiile dăunătoare și, prin urmare, sporește durata de viață și disponibilitatea acestora. Trenul a fost lansat pentru prima sa linie majoră a doua zi, oferind un timp total pentru munca de proiectare în doar 14 zile pentru a reveni la serviciu.
Natura oricărei transmisii hidrodinamice este de așa natură încât există întotdeauna o alunecare în ea, adică viteza unghiulară a roții turbionare nu este niciodată egală cu viteza unghiulară a roții pompei. Bineînțeles, acest lucru duce la o scădere a consumului de combustibil al mașinii. Prin urmare, pentru a îmbunătăți caracteristicile de economie de combustibil ale automobilului în transmisiile automate, transformatorul este blocat.
Construirea unui model la scară completă a întregului sistem pentru a asigura conformitatea cu elementul finit atunci când au fost puse în faza de proiectare timpurie, acesta a contribuit la reducerea riscului de instalare. În cele 12 luni de la începerea testului, performanța a fost evaluată pentru un număr de cicluri diferite de lucru pentru a verifica performanța simulată.
Nu au existat probleme cu fiabilitatea, iar consumul de combustibil a fost în concordanță cu previziunile. Pe scurt. acest proiect a demonstrat în mod clar avantajele introducerii transmisiilor moderne și mai eficiente, ca concept al retroactivității. Evident, aceste avantaje sunt de asemenea disponibile pentru un nou ansamblu.
Metode de blocare a transformatorului. Ambreiajul de blocare vă permite să ocoliți convertizorul de cuplu și să conectați direct motorul la arborele de intrare al cutiei de viteze. Astfel, alunecarea între pompă și roata turbinei este eliminată, ceea ce duce la o creștere a consumului de combustibil al mașinii.
Un design tipic al ambreiajului de blocare a transformatorului este arătat pe figura 5 . Hub pentru plăci de presiune (Figura 6) spline se conectează la butucul roții turbinelor. Între plăcuța de presiune și butuc sunt arcuri, care acționează ca un amortizor de vibrații (Figura 6) . În procesul de blocare a pistonului pendulează în raport cu butucul, deformându un arc, care absoarbe oscilații de torsiune motor excitat. Energia mecanică trece printr-un amortizor de arc și intră în arborele de ieșire al transformatorului.
Ca urmare, numărul transmisiilor hidromecanice de pe piață crește. Conceptul de transmisie hidromecanică este conceptual simplu, cu două căi de alimentare paralele. Calea hidraulică constă dintr-o pompă și un motor, denumită aici "variator". O traiectorie mecanică este, de obicei, un arbore, posibil o unealtă sau două. Aceste căi sunt interconectate cu componentele transmisiei mecanice convenționale, cum ar fi uneltele, arborii, cuplajele și cel puțin o planetă. Există atât de multe oportunități de unificare.
În acest proiect, detaliile acestor relații constituie cea mai mare parte a proprietății intelectuale și adecvarea pentru aplicarea mașinii țintă. În tractoarele mecanice pentru o lungă perioadă de timp există transmisii hidromecanice. Ele sunt standard sau oferite ca opțiune.
Pentru a îmbunătăți performanțele ambreiajului de blocare pe suprafața interioară a carcasei transformatorului sau a plăcii de presiune, o garnitură de fricțiune (Figura 7).
Blocarea cuplajelor tuturor transformatoarelor are același tip de design al plăcii de presiune, iar pentru controlul acestora, aceleași circuite hidraulice sunt de obicei utilizate. În figuri și simplificate, este afișată una dintre opțiunile de control al cuplajului transformatorului. În starea off, uleiul este furnizat între carter și placa de presiune. Aceasta protejează ambreiajul de comutarea spontană. Uleiul, înainte de a intra în transformator, trece între disc și carcasă, apoi intră în sistemul de răcire din transformator.
Până în prezent, transmisiile hidromecanice nu erau în general disponibile în echipamentele de împrăștiere a pământului. Exemplele din figura 3 au fost anunțate și sunt disponibile acum sau vor fi prezentate în scurt timp. Trei lucruri disting acest design. În primul rând, este vorba de proiectarea variatorului și locația acestuia, de exemplu o pompă cu o viteză variabilă de deplasare, un motor cu deplasare fixă cu o axă curbă, încorporat. Deși informațiile din această nomenclatură depășesc cu mult domeniul de aplicare al acestui articol, ea descrie de obicei dacă arborele de intrare sau ieșire al transmisiei este conectat direct printr-un raport de transmisie la unul dintre arborii variatorului. Al treilea este numărul de intervale sau moduri. Acesta este numărul de relații mecanice diferite dintre tractoarele mecanice și hidraulice prin pornirea și oprirea oricăror cuplaje din sistemele cutiei de viteze. Rețineți că tipul conexiunii nu este neapărat același pentru fiecare bandă sau mod.
- În al doilea rând, tipul de aderență.
- Termenii obișnuiți sunt termenii de intrare, de ieșire și compușii.
- În cazul despicării conexiunilor, arborele variatorului nu este conectat direct.
Pentru a bloca transformatorul, supapa de control comută circuitul și presiunea este aplicată pistonului de cealaltă parte. Uleiul, care este mai devreme între piston și carcasa transformatorului, este drenat prin arborele turbinei, ceea ce asigură netezirea cuplării ambreiajului. Roata turbinei este acum conectată la arborele motorului, iar transformatorul este blocat.
Axa verticală este puterea motorului, iar axa orizontală este turația motorului. Viteza fiecărui circuit indică puterea maximă a motorului pentru această viteză a carburantului. Locusul acestor vârfuri determină cea mai bună turație a motorului pentru consumul minim de combustibil.
Luați în considerare circuitul de putere descris în figura 5. Graficul din partea de jos a figurii arată că pentru orice viteză dată a solului sunt posibile doar una sau două turații ale motorului. Este puțin probabil ca una dintre aceste viteze să atingă linia de consum minim de combustibil din fig. 4.
Uneori, controlul blocării transformatorului se realizează prin intermediul cutiei de viteze. Transmisia automată cu patru trepte AOD (Ford) are un arbore auxiliar de intrare care este conectat direct printr-un amortizor de resort pe motor (Figura 10) . În a treia și a patra treaptă de viteze, acest arbore este conectat la cutia de viteze planetară prin intermediul ambreiajului de supraalimentare. În cea de-a treia treaptă de viteză, 60% din puterea motorului este transferată mecanic și 40% prin transformator. În a treia treaptă de viteză, toate cele 100% din puterea motorului sunt transmise mecanic prin acest arbore. La treapta 1, 2 și înapoi, întreg fluxul de putere trece prin convertorul de cuplu.
Rolul transmisiei în mașină
Luați în considerare circuitul de putere din figura 6. Graficul din partea de jos a figurii arată că, la o viteză dată a terenului, este posibilă aproape orice turație a motorului și, prin urmare, poate corespunde vitezei minime a motorului prezentată în figura 4. Viteza motorului liniei din graficul din fig. . 5 sunt doar pentru referință.
Deși informațiile din acest articol nu vă pot pregăti pentru dezvoltarea transmisiei hidromecanice, acest lucru vă va permite să le recunoașteți mai ușor și avantajele potențiale ale acestora. Când funcționează la viteză mare, transmisia funcționează aproape complet în modul mecanic, ceea ce asigură o eficiență semnificativă și o viteză excelentă de mare viteză. Designul asigură o transmisie cu densitate de putere foarte mare.
Ce se poate descompune în transformator? Mai întâi de toate, ambreiajul cu roată liberă a reactorului. Există două opțiuni posibile:
- rolele ambreiajului încep să alunece din cauza uzurii și ambreiajul nu poate, în acest caz, să transfere complet la carter momentul perceput de reactor;
- rolele pot fi înțepenite și în ambreiaj nu va exista nici un mod de roată liberă, ceea ce va împiedica transformatorul să treacă la modul de funcționare al ambreiajului hidraulic.
Uneori, ambreiajul de blocare se descompune. Cel mai adesea acest lucru se datorează uzurii considerabile a căptușelii de frecare.
Punctele tari și punctele slabe ale hidromecanicii
Designul oferă un transfer de densitate foarte mare de putere. Acest transfer este conceput în jurul nevoii de mobilitate a vehiculelor existente cu restricții în constrângerile spațiale. Transmisiile noastre fără trepte hidromecanice oferă vehicule cu o viteză egală atât înainte cât și înapoi. În plus, acolo unde este necesar, acestea oferă viteze extreme de fluaj fără necesitatea unei disipări ridicate a căldurii.
Utilizarea unei transmisii pas cu pas hidromecanice fără trepte permite proiectanților autovehiculelor să utilizeze funcțiile hidraulice pentru frâne cu acțiune lentă și, de asemenea, pentru controlul motorului. Unitatea automată echilibrează performanța în comparație cu cerințele de acționare și asigură faptul că motorul rămâne economic. Prevenirea a motoarelor lor „la fața locului dulce“ ajută la reducerea uzurii cauzate de congestie tipice și lipsa de sarcină cauzate de schimbare a vitezelor, cu schimbătorul de viteze, care nu poate face față în mod rezonabil cu cererea de energie se bazează pe cerințele operatorului și mediul rural.
În toate cazurile de mai sus, repararea transformatorului este posibilă numai în centrele de service specializate.
Rar, dar se întâmplă, paletele de pompă, turbină sau roțile din reactor sunt deteriorate în transformator. În acest caz, înlocuirea transformatorului este inevitabilă.
Dispozitivul tradițional al mașinii include, ca element obligatoriu al designului său, unități cum ar fi ambreiajul și cutia de viteze. Cu toate acestea, stilul și imaginea schimbătoare a vieții moderne, cu o tendință de a oferi mai mult confort, conduc la o schimbare în aceste noduri tradiționale ale mașinilor. Ele sunt adesea înlocuite cu transmisie hidromecanică.
Transmiterea? Și acesta este motivul și de ce?
Pentru masina, transmisia va fi tot ceea ce ofera cuplul la roti din motor, inclusiv cutia de viteze si ambreiajul. Într-un vehicul clasic acest lucru a fost exact așa. Dar, așa cum am menționat deja mai sus, în mașinile moderne, ele sunt înlocuite de ACC. În acest caz, controlul mașinii este mult simplificat - nu este nevoie să folosiți ambreiajul și să comutați manual cutia de viteze. Pedala de ambreiaj este pur și simplu absent, iar comutarea este efectuată automat.
Acest lucru se datorează cutiei de viteze hidromecanice. Pentru a înțelege ce este, este mai bine să vă amintiți cele două puncte principale care apar atunci când conduceți:
- necesitatea deconectării de la motorul de transmisie atunci când se schimbă roțile dințate;
- modificați valoarea cuplului transmis de la motor la roți atunci când se modifică condițiile de drum.
Într-o mașină normală, acest lucru se întâmplă când apăsați ambreiajul și comutați mânerul cutie de viteze . Cu toate acestea, în cazul mașinilor cu transmisie automată, această acțiune este efectuată în multe cazuri de o cutie de viteze hidromecanică.
Pe dispozitivul unei cutii hidromecanice
Referindu-se la dispozitivul utilizat în compoziția cutiei de viteze hidromecanice auto, este necesar să menționăm componentele sale principale:
- hidrotransformatorul;
- mecanisme de control;
Despre convertorul de cuplu
Baza mașinii hidromecanice este un convertizor de cuplu. De fapt, în transmisia automată hidromecanică, ea are un rol similar cu ambreiajul într-o mașină convențională - transmite momentul de la motor la cutie.
Așa cum se poate vedea din figură, dispozitivul de conversie a cuplului este destul de simplu și include trei roți în formă specială:
- pompare, ceea ce face legătura dintre motor și convertizorul de cuplu;
- turbina, care este în comun cu arborele (primar) al cutiei de viteze;
- reactor proiectat pentru a întări cuplul.
Toate aceste turbine sunt închise cu un corp special și trei sferturi sunt scufundate în ulei care umple volumul intern. unitate hidromecanic funcționează în așa fel - un rotor, în care cuplul furnizat de către motor, rotativ, pe turbina direcționează fluxul de ulei pentru a le care unwinds și expune forța pe arborele de transmisie.
este circulația țițeiului pe o traiectorie complexă - de la partea exterioară a inelului de pompare până la partea exterioară a turbinei și apoi prin centrul dispozitivului înapoi la pompa unu. Consecința acestei mișcări este transmisia hidromecanică a cuplului la cutia de viteze a motorului.
O astfel de antrenare hidromecanică are o caracteristică - datorită prezenței celei de-a treia roți a reactorului, este posibilă întărirea cuplului transmis. Acest lucru se datorează amplasării sale în centrul convertorului de cuplu.
Când se efectuează transmisia hidromecanică a cuplului, debitul de ulei de pe roata turbinei este îndreptat către centrul dispozitivului și apoi revine la pompă. Cu toate acestea, în roata reactor cale dispusă și exercitând presiune flux pe ea, provocând cu răspunsul său lateral, care, acționând asupra turbinei, crește momentul transmis de la rotor.
Acest impact suplimentar, care apare atunci când transmisia hidromecanică a puterii de la motor, conduce la creșterea acestuia. Amplitudinea câștigului depinde de diferența de viteză dintre roțile hidrotransformatorului, cu cât acesta este mai mare, cu atât mai semnificativ va fi. Acest lucru este util în special la începutul mișcării, când se efectuează transmisia hidromecanică a puterii de la motorul care funcționează la turația de mers în gol până la transmisia staționară.
Un fapt foarte util este că sistemul de acționare hidraulic stabilește automat dorința raportul de transmisie între roți și motor, datorită unei modificări a capului de fluid atunci când acesta este transferat între discul cu cap și discul turbinei.
Cu toate acestea, gama de o astfel de schimbare suficient de mică, și nu există nici o posibilitate de a folosi hidromecanică transmisia de acționare și deconectării motorului, astfel încât convertorul funcționează în serie cu o cutie de viteze planetare, permite eliminarea dezavantajelor menționate.
Despre cutia planetară
În transmisia automată hidromecanică, este cel mai adesea folosit un mecanism planetar, dispozitivul căruia este clar din figura de mai jos.
În cea mai simplă versiune, cuplul este aplicat transmisiei solare 6, cu care angrenajele pinionului 3 se află în angrenare constantă, se rotesc liber pe axele lor. Acestea au un suport 4 conectat la arborele 5, sateliții 3 sunt în mod constant cuplați cu angrenajul 2, pe suprafața interioară a căruia sunt dinți.
Când angrenajul inelul 2 este inhibat, transportatorul momentul 4 curge prin arborele condus, iar când angrenajul dezinhibat, sateliții transmit timp de ea, iar arborele condus rămâne staționar.
Transmisia automată utilizează ambreiajele de fricțiune și frânele cu curea și sunt controlate folosind un sistem hidromecanic format din diferite canale, izvoare și o pompă pentru a crea presiunea uleiului.
Avantajele și dezavantajele unei cutii hidromecanice
Conform descrierii de mai sus, construcția unei cutii de viteze hidromecanice poate fi reprezentată ca o conexiune de serie a unui convertizor de cuplu, o cutie de viteze (de obicei planetară) cu ambreiaje și un sistem hidraulic de comandă.
Avantajele unor astfel de transmisii automate sunt:
- excluderea schimbărilor mecanice ale treptelor de viteză;
- asigurând transferul de putere fără întrerupere și deranjamente, în special la pornirea traficului.
Totuși, acest AKPP are dezavantajele sale. Una dintre ele - pierderea cuplului, datorită faptului că cutie automată include un convertor de cuplu.
Conform măsurătorilor efectuate, eficiența unor astfel de transmisii automate nu depășește optzeci și șase la sută, în timp ce în cazul unei cutii mecanice convenționale este de nouăzeci și opt la sută.
Cu toate acestea, aceasta este cea mai simplă versiune a transmisiei automate hidromecanice, versiuni noi și mult mai avansate ale unei astfel de cutii sunt dezvoltate și instalate pe autoturisme.
Cutia hidromecanică vă permite să eliberați șoferul de comutarea în timpul conducerii, ceea ce este deosebit de important pentru șoferii novici, pentru a crește siguranța traficului și pentru a oferi confort suplimentar.