Гидрообъемная трансмиссия - удивительное изобретение инженерной мысли, позволяющее передавать крутящий момент при помощи рабочей жидкости. Она обеспечивает плавное бесступенчатое изменение скорости и крутящего момента в широком диапазоне.
Принцип работы гидрообъемной трансмиссии
В основе работы гидрообъемной трансмиссии лежит использование энергии потока жидкости под давлением. В отличие от гидродинамической трансмиссии, где передаваемый крутящий момент зависит от скорости течения жидкости, в гидрообъемной трансмиссии этот параметр практически постоянен.
Основными элементами гидрообъемной трансмиссии являются:
- Гидронасос - преобразует механическую энергию вращения вала в энергию потока жидкости.
- Гидравлические магистрали - трубопроводы высокого давления.
- Гидромотор - преобразует энергию потока жидкости в механическую энергию вращения вала.
Работает гидрообъемная трансмиссия следующим образом: гидронасос, получая вращение от двигателя, создает поток жидкости под высоким давлением, который через магистрали передается к гидромотору. Гидромотор в свою очередь преобразует энергию потока во вращение ведущих колес.
Достоинства и недостатки
К достоинствам гидрообъемной трансмиссии относятся:
- Бесступенчатое регулирование скорости и крутящего момента
- Плавность хода
- Компактность
- Защита от перегрузок
Однако есть и недостатки:
- Более низкий КПД по сравнению с механической трансмиссией
- Высокая стоимость и сложность изготовления
- Требование чистой рабочей жидкости
Принцип работы гидрообъемной трансмиссии
Рассмотрим подробнее принцип работы гидрообъемной трансмиссии на примере трактора.
Гидронасос, установленный на коленвале двигателя, подает рабочую жидкость в замкнутый контур, образованный магистралями высокого давления. Этот контур соединяет гидронасос с одним или несколькими гидромоторами, установленными в ведущих колесах или на выходных валах трансмиссии.
Под действием давления жидкости гидромоторы начинают вращать ведущие колеса. Скорость вращения регулируется изменением рабочего объема гидронасоса с помощью системы управления.
Для компенсации возможных утечек жидкости в системе предусмотрена подпитка из бака через фильтр. Кроме того, в контуре устанавливают предохранительный клапан, ограничивающий максимальное давление на уровне, безопасном для элементов системы.
| Гидронасос | Создает поток жидкости под давлением |
| Магистрали высокого давления | Передают поток жидкости к гидромоторам |
| Гидромоторы | Преобразуют энергию потока в механическое вращение |
| Бак | Емкость для рабочей жидкости системы |
| Фильтр | Очищает рабочую жидкость |
| Клапан | Ограничивает максимальное давление в системе |
Такая схема позволяет обеспечить плавное бесступенчатое регулирование скорости вращения ведущих колес в широком диапазоне.
Области применения
Гидрообъемные трансмиссии используются на различных самоходных машинах - тракторах, бульдозерах, автокранах, самосвалах. В зависимости от назначения машины и требуемых характеристик подбирают оптимальный вариант компоновки и параметры гидросистемы.
Например, на колесных тракторах чаще применяется схема с одним гидронасосом, работающим на два или четыре гидромотора ведущих колес. Такая схема обладает хорошей маневренностью и проходимостью.
А на тяжелой гусеничной технике, требующей значительных тяговых усилий, может использоваться несколько гидронасосов и несколько гидромоторов в каждом гусеничном движителе. Это обеспечивает колоссальные крутящие моменты на ведущих звездочках.
Гидрообъемные трансмиссии также широко используются в автомобилестроении. Например, гидрообъемная трансмиссия автомобиля позволяет автоматически подключать и отключать привод на задние колеса по мере необходимости для улучшения проходимости.
Рабочие жидкости
Для работы гидрообъемной трансмиссии используются специальные гидравлические рабочие жидкости. К ним предъявляется ряд требований:
- Высокая вязкость для уменьшения внутренних утечек
- Хорошая смазывающая способность
- Стабильность характеристик в широком диапазоне температур
- Совместимость с материалами гидросистемы
- Низкая гигроскопичность
Наиболее распространены масла на минеральной и полусинтетической основе, разработанные специально для применения в гидроприводах.
Система управления
Для изменения скорости и реверса в гидрообъемных трансмиссиях используется система управления на базе гидрораспределителей.
Гидрораспределители изменяют направление и расход рабочей жидкости в контурах гидросистемы. Они приводятся в действие от педали или рычага, управляемых водителем.
Благодаря гидрораспределителям можно плавно регулировать скорость как переднего, так и заднего хода. А также осуществлять экстренное торможение гидродинамическим тормозом при перекрытии подачи жидкости к гидромоторам.
Диагностика и ремонт
Гидрообъемные трансмиссии обладают достаточно высокой ремонтопригодностью. При возникновении неисправностей можно заменить отдельные элементы, а не весь узел целиком.
Для диагностики используют стенды, имитирующие реальные нагрузки на трансмиссию. На них проверяют рабочие характеристики и герметичность гидравлических контуров при различных режимах.
При капитальном ремонте производят полную разборку гидронасосов и гидромоторов, замену изношенных деталей и восстановление регулировочных параметров.
Перспективы развития
Создание более совершенных конструкций гидромашин и рабочих жидкостей со специальными присадками позволит повысить КПД гидрообъемных трансмиссий.
Кроме того, внедрение систем автоматического управления на базе микропроцессоров расширит функциональные возможности таких трансмиссий.
Это даст толчок к еще более широкому применению гидрообъемных трансмиссий в современных машинах - от компактных городских автомобилей до giant-тягачей для перевозки сверхтяжелых грузов.
Типы гидронасосов
В гидрообъемных трансмиссиях применяются различные типы гидронасосов:
- Шестеренные
- Пластинчатые
- Аксиально-поршневые
- Радиально-поршневые
- Винтовые
Наиболее широко используются аксиально-поршневые насосы регулируемой производительности. Они обеспечивают высокое давление, компактность, надежность и долговечность.
Типы гидромоторов
В качестве гидромоторов в гидрообъемных трансмиссиях чаще всего применяют:
- Аксиально-поршневые
- Радиально-поршневые
- Шестеренные
- Винтовые
Выбор конкретного типа зависит от требуемых параметров – крутящего момента, частоты вращения, ресурса, габаритов и др.
Гидромотор-колеса
Одним из распространенных вариантов компоновки гидрообъемной трансмиссии является размещение гидромоторов непосредственно в колесах – так называемые гидромотор-колеса.
Преимущества такой схемы:
- Компактность конструкции
- Равномерное распределение массы
- Упрощение трансмиссии машины
Разрабатываются также варианты гидрообъемной трансмиссии автомобиля по схеме гидромотор-колес для каждого из колес.
Компоновки трансмиссий
В зависимости от компоновки различают гидрообъемные трансмиссии:
- Моноблочные
- Раздельные
- Секционные
- Комбинированные
Выбор варианта зависит от конструкции машины, требуемых характеристик и условий эксплуатации.
Перспективные разработки
Ведутся работы по созданию гибридных силовых установок, сочетающих гидрообъемную и электрическую трансмиссии. Предполагается, что такие гибридные приводы позволят существенно повысить энергоэффективность и динамику машин.
