Особенности тяговых и топливноэкономических свойств автомобилей, снабженных гидропередачей

Исходные характеристики гидропередач

В настоящее время трансмиссии некоторых типов автомобилей снабжаются гидропередачами, а именно гидростатическими и гидродинамическими.

Гидростатическими (гидрообъемными) называются передачи, использующие для передачи энергии статическое давление жидкости, создаваемое в объемном гидронасосе (например, поршневом или шестеренчатом), связанном с двигателем. Это давление используется для приведения во вращение объемного гидромотора, связанного с ведущими колесами. Гидростатические передачи применяются главным образом в активных автопоездах (т. е. автопоездах, у которых ведущими являются не только колеса тягача, но и прицепов). Для остальных типов автомобилей гидростатические передачи применяются пока только на экспериментальных образцах.

Гидродинамическими называют передачи, использующие для передачи энергии кинетическую энергию жидкости, приводимую в движение лопатками гидродинамического насоса, вращаемого двигателем. Гидродинамические передачи получили широкое распространение на легковых автомобилях США. Такими передачами снабжаются также трансмиссии отечественных и западноевропейских автомобилей высокого класса, а также некоторых западноевропейских автомобилей среднего класса. Довольно широкое распространение гидродинамические передачи получили на автобусах и карьерных самосвалах. В дальнейшем под термином гидропередача мы будем понимать только гидродинамические передачи.

Основным достоинством гидропередач является значительное облегчение работы водителя. Кроме того, применение гидропередач позволяет увеличить долговечность двигателя, улучшить проходимость автомобиля по тяжелым дорогам и бездорожью, а также несколько улучшить динамичность автомобилей.

Имеется два типа гидродинамических передач: гидромуфты и гидротрансформаторы.

Гидромуфта (рис. 29, а) представляет собой гидродинамическую передачу, состоящую из двух рабочих колес — насоса Н, связанного непосредственно или через дополнительный редуктор с коленчатым валом двигателя, и турбины Т, связанной через ряд механизмов трансмиссии с ведущими колесами автомобиля.

Гидротрансформатор (рис. 29, б) в простейшем случае состоит из трех рабочих колес — насоса Н, турбины Т и реактора (направляющего аппарата) Р. Насос непосредственно или через дополнительный редуктор связан с коленчатым валом двигателя. Турбина через механизмы механической части трансмиссии связана с ведущими колесами автомобиля. Реактор в простейшем случае закреплен неподвижно. Во многих конструкциях гидротрансформаторов реактор устанавливается на муфте свободного хода. В автомобилестроении применяются и более сложные гидротрансформаторы, имеющие несколько турбин и реакторов. Как самостоятельный механизм гидромуфты почти нс применяются на современных автомобилях. Однако довольно распространенными являются гидротрансформаторы, имеющие такую конструкцию, которая при определенных условиях обеспечивает их превращение в гидромуфту (переход на режим гидромуфты). Также гидротрансформаторы называются комплексными.

Рассмотрим основные характеристики гидромуфты и гидротрансформатора, определяющие особенности тяговых и топливно-экономических свойств автомобиля, снабженного гидропередачей.

Кинематические свойства гидропередачи характеризуются передаточным отношением г, равным отношению угловой скорости (числа оборотов) к угловой скорости (числу оборотов) насоса:

Иногда кинематические свойства гидропередачи характеризуют также скольжением (%):

Силовые (преобразующие) свойства гидропередачи характеризуются коэффициентом трансформации К, равным отношению.

Г- «^тур момента на валу турбины к моменту на валу насоса: К = ——.

М_н

Соотношение между моментами на валах турбины и насоса у гидромуфты и гидротрансформатора можно найти из условия равенства нулю суммы моментов внешних сил, действующих на гидропередачу.

Для гидромуфты внешними моментами будут только А/_н и М_т Следовательно, можно записать:

откуда М_н = М.у (момент М_т взят со знаком минус потому, что его направление противоположно направлению момента М_и). Следовательно, гидромуфта не изменяет момента, подводимого к валу насоса, и коэффициент трансформации гидромуфты К_т всегда равен единице (К_ш = 1).

Для гидротрансформатора кроме моментов М_и и М.у добавляется внешний момент M_v, действующий на реактор. Следова;

Рис. 29. Схемы гидропередач.

Следовательно, коэффициент трансформации К гидротрансформатора

тсльно, условие равенства нулю суммы внешних моментов запишется так:

Если М_р> 0, го М_т>0,М_Т> М_и + Мр.

При закрепленном реакторе момент М_р может быть в принципе как положительным, так и отрицательным. Однако для автомобильных гидропередач рабочий диапазон ограничивается обычно случаем, когда М_р> 0 и К> 1.

У комплексных гидротрансформаторов, у которых реактор установлен на муфте свободного хода, момент М_р не может быть отрицательным, поскольку механизм свободного хода не препятствует вращению реактора в сторону действия отрицательного момента Мр. У таких гидротрансформаторов К_п не может быть меньшим единицы. При уменьшении М_р до нуля такой гидротрансформатор работает как гидромуфта (М_у = М_и К_т = 1).

Энергетические свойства гидропередачи характеризуются коэффициентом полезного действия (КПД ц_(Т), равным отношению мощности, отводимой от турбины, к мощности, подводимой к насосу, а для гидромуфты п = /, поскольку К_т = 1. Как коэффициент трансформации, гак и КПД гидропередачи изменяются с изменением передаточного отношения /. График зависимости К и Г|_гм от /_гм называют исходной (безразмерной) характеристикой гидропередачи.

Для гидромуфты зависимость К = f[i) изображается прямой, параллельной оси абсцисс, а зависимость Л_1 М⁼Л0 — прямой, проходящей через начало координат под углом 45° к координатным осям (г|_Гм = /_гм) (рис. 30, а).

В зависимости от передаточного отношения КПД гидромуфты может изменяться от нуля до величины, близкой к единице. При неподвижном вале турбины / = т) = 0. Максимальные значения передаточного отношения и КПД гидромуфты тем выше, чем меньше нагрузка на вале турбины. Обычно конструкцию гидромуфты подбирают таким образом, чтобы при передаче максимальной мощности двигателя КПД было равным Г|_гм=0,97. .0,975 (скольжение 2,5. .3%). При частичных нагрузках скольжение несколько меньше и КПД ближе к единице.

Безразмерная характеристика гидротрансформатора показана на рис. 30, б.

Зависимость K_rt=J{i) выражается пологой кривой, близкой к прямой.

Преобразующие свойства гидротрансформатора принято характеризовать максимальным коэффициентом трансформации К, который получается при неподвижном вале турбины, т. е. / = 0 (стоповый коэффициент трансформации). В трансмиссиях легковых автомобилей обычно применяются гидротрансформаторы с максимальным коэффициентом трансформации К_{п тах} = = 2…2,5, а у грузовых автомобилей и тягачей К = 2,2…4,0.

Зависимость г|_|Т = .Д/) выражается кривой, близкой к квадратичной параболе.

При i_rr⁼ 0 и К_п = 0 — Пп- = О;

Максимальное значение КПД современных автомобильных гидротрансформаторов в зависимости от их конструкции составляет г) = 0,88…0,92, а передаточное отношение, соотвстствую- ^щсс Пргщах ' обычно выбирается равным / = 0,7…0,8. С увеличением К_{[[ тах} значение КПД несколько снижается и передаточное число, соответствующее г|_|т, уменьшается.

Рис. 30. Исходные характеристики гидропередач.