Гидрообъемная трансмиссия: принцип работы, характеристика, особенности эксплуатации и ремонты

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.

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.