книги из ГПНТБ / Стесин С.П. Гидродинамические передачи учебник

Особенно Широкое распространение гидромеханические ко­ робки передач получили в США. Так, например, в 1970 г. более 90% выпускавшихся там легковых автомобилей имели автомати­ ческие и гидромеханические коробки передач. Гидропередачами снабжается значительная часть городских автобусов. Кроме того, гидромеханические коробки передач устанавливаются на тяжелых автомобилях и самосвалах, автомобилях высокой проходимости. Главными изготовителями гидропривода в США являются фирмы Аллисон, Кларк и Твин-Диск.

В европейских странах, где выпускаются более дешевые лег­ ковые автомобили, гидромеханические коробки передач менее распространены. На наиболее дорогих машинах используются гидромеханические трансмиссии, производимые по лицензиям США. Вместе с тем в Англии, Франции, ФРГ появились гидромеханиче­ ские коробки передач, предназначенные для использования на легковых автомобилях с двигателями рабочим объемом 1,0— 2,5 л, а также на городских автобусах. В ЧССР совместно с НАМИ (СССР) разработана гидропередача «Прага 2М-70» для городского автобуса большой вместимости.

В СССР также гидромеханические передачи получили большое распространение. Так, подобные передачи применяются на легко­ вых автомобилях «ЗИЛ» и «Чайка». Для серийного производства подготовляется созданная для городского автобуса гидромеха­ ническая коробка передач ЛАЗ-НАМИ. Кроме того, разработана и выпускается гидромеханическая коробка передач для автомо­ билей особо большой грузоподъемности типа БЕЛАЗа. В НАМИ разработаны унифицированные гидротрансформаторы для гру­ зовых автомобилей и городских автобусов, предназначенные для работы с двигателями 35 до 383 кВт.

Из известных типов гидротрансформаторов особенно большое распространение в автомобилестроении получили комплексные гидротрансформаторы типа «Аллисон», которые отличаются ши­ рокой зоной высоких к. п. д., относительно большой энергоем­ костью, компактностью и минимальным весом.

Для гидротрансформаторов, применяющихся в автомобилях,

бочий коэффициент трансформации /СР », который соответствует минимально допустимому значению к. п. д. г\р на основных ре­ жимах работы автомобиля. Передаточное число, соответствующее

При равных условиях наиболее целесообразно устанавливать гидротрансформаторы, у которых величина / С Р 8 0 достигает наи­ больших значений, так как при этом удается уменьшить диапазон механической коробки передач, работающей вместе с гидротранс-

281

форматором (под диапазоном механической коробки передач п о нимается отношение передаточных чисел низшей и высшей передач).

Уменьшение диапазона, как правило, значительно снижает вес коробки передач, способствует уменьшению числа передач, облегчает работу фрикционных элементов. Кроме того, увеличе­ ние Крва способствует уменьшению числа переключений, что по­ вышает надежность и долговечность трансмиссии, а также ком­ фортабельность езды. Одно из важных требований, предъявляемых

метричным расположением насоса и турбины, что характерно для комплексных автомобильных гидротрансформаторов. В гидро­ трансформаторах с центробежными и осевыми турбинами переда­ точное отношение і м обычно не превышает 0,65—0,8, это приводит

тробежной и осевой турбинами трудно получить высокоэкономич­ ную работу на режиме гидромуфты. Между тем, в большинстве случаев для автомобильных гидропередач даже при наличии блокировки необходимо предусматривать возможность использо­ вания режима гидромуфты. Зона с к. п. д. 80% у гидротранс­ форматоров с центростремительной турбиной шире, чем у гидро­ трансформаторов других типов.

Одно из важных требований, предъявляемых к автомобильным гидропередачам, состоит в уменьшении их габаритов. Сравнение гидротрансформаторов различных типов показывает, что это требование наиболее легко осуществляется в комплексных гидро­ трансформаторах с центростремительной турбиной, так как в них выход из насоса находится на возможно большем диаметре рабочей полости. Поэтому коэффициент момента %,1 (при прочих равных условиях) у гидротрансформаторов с центростремительной тур­ биной значительно выше, чем у гидротрансформаторов других типов. Таким образом, гидротрансформаторы данного типа в наи­ большей степени отвечают основным требованиям, предъявляемым к автомобильным гидротрансформаторам.

Рассмотрим особенности выбора параметров одноступенчатых комплексных гидротрансформаторов для автомобилей различных типов. Для достаточно эффективной работы гидромеханической трансмиссии необходимо использовать гидротрансформатор на тех режимах работы, где к. п. д. его достаточно высок. Длительная работа гидротрансформатора на режимах с низким к. п. д. сопро­

282

метры гидромеханической коробки передач и режимы переключе­ ния следует выбирать так, чтобы исключить работу гидротранс­ форматора в области, где к. п. д. его низок. Ниже приведены дан­ ные, характеризующие диапазон механических коробок передач для грузовых автомобилей, городских автобусов и легковых авто­ мобилей:

Чтобы гидромеханическая трансмиссия работала достаточно эффективно, необходимо использовать силовой диапазон, который

80%. При проектировании гидромеханической трансмиссии обычно считается заданным силовой диапазон Ксл, в котором к. п. д. гидро­

V кР83-80

Кроме того, необходимо, чтобы при переходе на режим гидро­ муфты к. п. д. гидротрансформатора был выше т)Р 8 0 . В комплекс­

Соотношение (137) показывает, что при заданном общем си­ ловом диапазоне диапазон механической коробки передач опре­

увеличиваются потери в гидромеханической коробке передач. Кроме того, увеличение коэффициента КРа0 способствует умень­ шению числа переключений, что повышает долговечность транс­ миссии. Наибольшие значения KPSQ = 1,8н-2,0 имеют мало­ прозрачные гидротрансформаторы с Я = 1,35-^-1,5. Поэтому для

283

родских автобусов и грузовых автомобилей частоту вращения п10

мобиля целесообразно введение блокировки гидротрансформатора на высших передачах.

Выбор параметров гидротрансформатора для легкового авто­ мобиля отличается некоторыми особенностями. Легковой автомо­ биль в противоположность грузовому большую часть времени работает на высших передачах без преобразования момента, т. е. на режиме гидромуфты. С учетом этого следует выбирать пара­ метры гидротрансформатора и его размеры. Кроме того, на лег­ ковых автомобилях обычно устанавливаются двигатели с большой частотой вращения вала (nN = 4000-^5000 об/мин).

При использовании малопрозрачного гидротрансформатора для лучшего использования мощности пришлось бы выбирать частоту вращения на входе п10 = 2500-f-3500 об/мин. Однако это привело бы к снижению комфортабельности из-за шумной работы двигателя при трогании автомобиля, а также сопровождалось бы снижением топливной экономичности вследствие увеличенного скольжения на режиме гидромуфты. По этим причинам, как пока­ зывает опыт, на легковых автомобилях целесообразно использо­ вать прозрачные гидротрансформаторы с относительно малым

шить скольжение на режиме гидромуфты, что способствует повы­ шению топливной экономичности. Одновременно для повышения последней, на легковых автомобилях (например, в США) пере­ даточное число главной передачи уменьшают на 15—20% по сравне­ нию с его значением при использовании механической ступенчатой коробки передач. Возможность уменьшения передаточного числа главной передачи на автомобилях с гидропередачей обусловлена следующим.

При использовании уменьшенного числа главной передачи на автомобилях с механической коробкой значительно увеличивает­ ся число переключений, что усложняет труд водителя и увеличивает износ агрегатов автомобиля. В случае применения комплексного гидротрансформатора при увеличении сопротивления движению происходит переход с режима гидромуфты на режим гидротранс­ форматора. В результате этого отпадает необходимость в увели­ чении числа переключений.

В случае блокировки насоса и турбины можно несколько уве­ личить частоту вращения входного вала, так как в этом случае режим блокировки отсутствует. Вместе с тем при увеличенной частоте вращения достигается лучшее использование мощности двигателя, поэтому применение блокировки более целесообразно

285

на легковых автомобилях со сравнительно меньшей удельной мощностью. На легковых автомобилях производства США, обла­ дающих сравнительно высокой удельной мощностью двигателя, блокировка гидротрансформатора отсутствует.

В табл. 14 приведены данные, характеризующие современный опыт применения одноступенчатых комплексных гидротрансформа­ торов на автомобилях различных типов. Многоступенчатые ком­ плексные гидротрансформаторы, выполненные по схемам, пока­ занным на рис. 158, не получили практического применения. Это

шенствования их характеристик можно считать возможным при­ менение этих гидротрансформаторов на городских автобусах с достаточно большой удельной мощностью. В этом случае можно было бы применять гидротрансформатор без механического ре­ дуктора, что привело бы к упрощению трансмиссии. Однако уста­ новка этих гидротрансформаторов на дорожно-строительных ма­ шинах и на промышленных тракторах некоторых типов возможна.

Многотурбинные гидротрансформаторы (рис. 159) получили также ограниченное распространение. Они используются главным образом на легковых автомобилях, обладающих относительно большой удельной мощностью, и строительных погрузчиках (США). Положительное свойство этих передач — полное отсутствие толч­ ков при разгоне (повышенная комфортабельность) в связи с тем, что у них не применяется переключение передач при помощи фрик­ ционных элементов. Кроме того, упрощается система управления трансмиссией по сравнению с известными гидромеханическими коробками передач, где для переключения имеется сложная авто­ матическая система.

Многотурбинные гидротрансформаторы можно было бы ис­ пользовать и на городских автобусах некоторых типов, обладаю-

286

щйх достаточной удельной мощностью, в том Случае, есЛи пре­ образующие свойства окажутся достаточными без применения до­ полнительного механического редуктора. К недостаткам много­ турбинных гидротрансформаторов следует отнести значительную сложность конструкции. Так, фирмы Бюик и Шевроле прекра­ тили выпуск гидромеханических трансмиссий «Флюит-Питч» и «Турбоглайд» с многотурбинными гидротрансформаторами. Вместо

а — гидротрансформатор с муфтой свободного хода внутри круга циркуляции; б — гидро­ трансформатор с колесами реакторов, соединенными жестко и установленными на одной муфте свободного хода; в — гидротрансформатор с тремя реакторами и турбинами, соеди­ ненными через муфту свободного хода; / — насос; 2 — турбина первой ступени; 3 — пер­ вое колесо реактора; 4 — турбина второй ступени; 5 — второе колесо реактора; 6,7 —

муфты свободного хода; 8 — третье колесо реактора

них выпускаются гидромеханические коробки передач «Тур- бина-300» и «Турбина-400», включающие трехколесный гидротранс­ форматор с двух-или трехступенчатой коробкой передач. Таким образом, сложность конструкций многотурбинных гидротранс­ форматоров и недостаточно высокая экономичность на данном этапе развития не позволяют им успешно конкурировать с гидро­ механическими коробками передач, выполненными по обычной схеме. Несмотря на это, дальнейшее совершенствование много­ турбинных гидротрансформаторов и развитие их конструкций представляет интерес, как одно из возможных направлений, связанных с созданием бесступенчатой трансмиссии для автомо­ билей и строительно-дорожных машин.

В качестве примера конструкции комплексного автомобиль­ ного гидротрансформатора рассмотрим гидротрансформатор ЛГ-340 (рис. 160), разработанный в НАМИ совместно с ЛАЗом и пред­ назначенный для городских автобусов ЛАЗ и ЛИАЗ с двигателями мощностью 36,8—132,5 кВт и крутящим моментом 343—490 H-м .

Рабочие колеса выполнены литыми из алюминиевого сплава. Насос через пальцы, вставленные в резиновые втулки, которые располагаются в корпусе маховика, приводится во вращение от коленчатого вала двигателя. Ступица насоса соединяется с его корпусом при помощи болтового соединения и опирается на роли­ ковый подшипник. С другой стороны насос опирается через за-

287

глушку на выточку, имеющуюся в маховике. Осевые силы, дей­ ствующие на насос, передаются на передний шарикоподшипник 3, который закреплен на валу турбины. Турбина устанавливается при помощи шлицев на валу 13, передней и задней опорами ко­ торого являются шарикоподшипники 3 и 14. Подшипник 14 фик­ сирует вал турбины от осевых перемещений. Первое и второе колеса реактора при помощи роликовых муфт свободного хода устанавливаются на неподвижный вал 8. Благодаря наличию

Рис. 159. Многотурбинные гидротрансформаторы:

а — двухтурбинные; б — трехтурбинные; в — двухтурбинные с колесом реактора между первой и второй турбинами; г — двухтурбинные, выполненные по вальной схеме: / — насос; 2 — первая турбина; 3 — вторая турбина; 4 — первое колесо реактора; 5 — муфта свободного хода для отключения турбин; 6 — муфта свободного хода для отключения реактора; 7 — выходной вал; 8 — второе колесо реактора; 9 — третья турбина; 10 —

сцепление переднего хода

муфт свободного хода колеса реакторов могут вращаться только в одном направлении (по часовой стрелке), от вращения в противо­ положную сторону колеса удерживаются роликами. При вращении колес реакторов относительно неподвижной втулки бронзовые шайбы 10 выполняют роль упорных подшипников. Перемещение роликов в осевом направлении ограничивается промежуточной шайбой. Слева и справа на колесах реакторов установлены брон­ зовые упорные шайбы / / , выполняющие функции упорных под­ шипников. В крышке гидротрансформатора установлено сцепле­ ние, блокирующее насос и турбину на определенных режимах работы (при / = 0,85).

Трехколесный гидротрансформатор (рис. 161) ЛГ-340 по ос­ новным деталям унифицирован с четырехколесным. Реактор уста­ новлен на муфтах свободного хода. Осевые усилия, действующие на реактор, воспринимаются бронзовыми шайбами 2 и 3. В целом, гидротрансформаторы грузовых автомобилей и городских автобу­ сов имеют значительные габаритные размеры в связи с исполь­ зованием шариковых и радиально-упорных подшипников, фик­ сирующих насос и турбину. Бронзовые шайбы применяются глав-

288

ным образом для восприятия осевых усилий, действующих на реактор. Однако реактор опирается не на вращающийся насос, как у легковых автомобилей, а на неподвижную шайбу. В гидро­ трансформаторах, применяемых на тяжелых автомобилях и трак­ торах, где нагрузки особенно велики, шарикоподшипники ис­ пользуются также для восприятия осевых усилий, действующих на колеса реактора.

Одной из особенностей гидротрансформаторов грузовых авто­ мобилей и автобусов является увеличение параметра m =-—-,

характеризующего отношение внутреннего размера рабочей по­ лости к наружному. Это связано с тем, что детали гидротрансфор­ маторов грузовых автомобилей и автобусов более нагружены, поэтому для размещения валов, муфт свободного хода и подшип­

На грузовых автомобилях и городских автобусах более широко применяется блокировка гидротрансформатора на режимах работы, когда преобразование момента не требуется, что связано главным образом с желанием избежать дополнительных гидравлических потерь и улучшить топливную экономичность. Так, например, почти на всех грузовых автомобилях с передачей «Аллисон» пре­ дусмотрена блокировка гидротрансформатора. В конструкциях большинства отечественных автомобильных гидротрансформаторов также предусмотрена блокировка насоса и турбины. Конструкции дисковых фрикционных муфт, блокирующих насос и турбину,- показаны на рис. 160 и 161. Так, в гидротрансформаторе ЛГ-340 ступица сцепления установлена на шлицах вала турбины, с на­ ружной стороны она также имеет шлицы, на которых находятся два металлокерамических диска, расположенных между сталь­ ными дисками, которые на периферии имеют выступы, входящие в пазы корпуса переднего фрикциона, выполняющего одновре­ менно функцию крышки гидротрансформатора.

Для включения сцепления полость слева соединяется со слив­ ной магистралью. Поршень под действием избыточного давления справа перемещается влево и сжимает диски. Для выключения сцепления полость, расположенная слева от поршня, соединяется с нагнетающей магистралью и жидкость через сверление в валу турбины поступает в эту полость. В гидротрансформаторе «Алли­ сон» блокировка выполнена по иной схеме. Для включения сцеп­ ления поршень перемещается вправо под действием избыточного