6.9 Особливості тягового розрахунку автомобіля за наявності гідромеханічної передачі

6.9.1 Безрозмірні характеристики гідромуфти і гідротрансформатора

Гідромеханічна передача (ГМП) складається з гідродинамічної передачі (гідромуфта, гідротрансформатор) і механічної (редуктора з нерухомими осями або планетарного).

Гідромуфта має тільки два колеса: насосне і турбінне. До насосного колеса підводиться від двигуна крутний момент, забезпечуючи його обертання. Під час обертання цього колеса створюється потік рідини, який прямує на лопасті турбінного колеса. Потік рідини на турбінному колесі створює активну силу, яка зумовлює на ньому крутний момент. Моменти на цих колесах однакові: М_m = М_н.

Характеризується гідромуфта безрозмірною характеристикою – графіки залежностей коефіцієнта насоса _н, коефіцієнта трансформації к_т, ККД муфти  від кінематичного передаточного числа і_гм ( див. рис. 6.8)

Кінематичне передаточне число гідромуфти:

,

де _m _н – кутові швидкості відповідно турбінного і насосного коліс.

Коефіцієнт трансформації :

к_т = ,

де М_н, М_m -моменти відповідно на насосному і турбінному колесах.

Оскільки в гідромуфті моменти М_m = М_н, тому коефіцієнт трансформації гідромуфти к_т=1.

ККД гідромуфти: ,

де N_т, N_н – потужності на турбінному і насосному колесах.

У загальному випадку потужність на турбінному колесі дорівнює:

N_т = M_т  _т .

Потужність на насосному колесі запишеться: N_н = M_н _н.

Після підстановки маємо:

Коефіцієнт насоса _н характеризує навантажуючі властивості гідромуфти і визначається так:

, (6.11)

де  – густина рідини, кг/м³;

n_н – оберти насосного колеса, об/хв;

D_н – діаметр насосного колеса, м.

Гідротрансформатор, на відміну від гідромуфти, має додатково третє нерухоме колесо, яке називається реактором. Якщо реактор установити на муфту вільного ходу, тоді такий гідротрансформатор називають комплексним. Схему комплексного гідротрансформатора наведено на рис. 6.9.

У гідротрансформаторі потік рідини від насосного колеса потрапляє на турбінне, змінюючи напрямок свого руху, через різні нахили лопастей турбінного колеса відносно насосного. Створюється активна сила на лопастях турбіни. Виходячи з турбінного колеса, потік рідини потрапляє на нерухомий реактор і повторно змінює свій напрямок. У результаті створюється додаткова реактивна сила на лопастях турбінного колеса. Активна і реактивна сили на турбінному колесі збільшують момент на цьому колесі порівняно з насосним. Ця зміна моментів характеризується коефіцієнтом трансформації Відповідно ККД гідротрансформатора:

.

Аналогічно гідромуфті гідротрансформатор характеризується також безрозмірною характеристикою. Проте графіки безрозмірних характеристик гідромуфти і гідротрансформатора істотно розрізняються (див. рис.6.10)

Точка А на кривій ККД відповідає переходу гідротрансформатора в режим гідромуфти, що забезпечує підвищення ККД.

У режимі «стоп» ( - коефіцієнт насоса при нерухомому турбінному колесі) коефіцієнт трансформації досягає максимуму к_т=к_то.

Режим рівності моментів М_н=М_т; i_гт= i_нм; _н=_нм; к_т=1.

Гідротрансформатор характеризується такою властивістю, як прозорість. Під прозорістю розуміють властивість гідродинамічної передачі навантажувати двигун відповідно до зміни дорожнього опору. Ця властивість зумовлена змінним значенням коефіцієнта насоса залежно від зміни кінематичного передаточного числа гідротрансформатора.

Ступінь прозорості гідротрансформатора оцінюють коефіцієнтом прозорості П:

, (6.12)

де _нм – коефіцієнт насоса при рівності моментів на насосному і турбінному колесах к_гт=1;

_н0 – коефіцієнт насоса при i_гт=0 (при нерухомому турбінному колесі).

Залежно від числового значення коефіцієнта прозорості, розрахованого за формулою (6.12), всі гідротрансформатори умовно розділяють на прозорі й непрозорі. До непрозорих і малопрозорих належать гідротрансформатори, що мають П<0,7…1,5. Гідротрансформатори, що мають значення коефіцієнта П  1,5, вважають прозорими. Прозорі трансформатори умовно розділяють на трансформатори з прямою і зворотною прозорістю. При прямій прозорості із збільшенням i_гт коефіцієнт насоса зменшується, а при зворотній – збільшується.

На автомобілях гідротрансформатори з чисто зворотною прозорістю практично не застосовують.