Тягово-скоростные свойства и топливная экономичность автомобиля с гидромеханической трансмиссией. Особенности гидродинамических передач

6. Тягово-скоростные свойства и топливная экономичность автомобиля с гидромеханической трансмиссией

На автомобилях различных типов и назначений довольно широкое применение получили гидромеханические трансмиссии (ГМТ). Гидромеханическая трансмиссия отличается от механической тем, что в ее состав дополнительно входит гидродинамическая передача. Гидродинамическая передача (ГП) обычно размещается в общем блоке с механической ступенчатой коробкой передач. Такой комплексный блок называют гидромеханической передачей (ГМП).

Характерные свойства гидродинамических передач:

- бесступенчатое преобразование угловой скорости и крутящего момента;

- саморегулирование преобразующих свойств, что исключает необходимость применения органов управления рабочим процессом.

Следовательно, гидродинамическая передача является автоматическим трансформатором механической энергии [1].

Конструкция, физические свойства и методы их моделирования гидродинамических и механических передач имеют существенные различия.

6.1. Особенности гидродинамических передач

Гидродинамическая передача представляет собой гидравлическую лопастную машину, основными элементами которой являются насосное и турбинное колеса. Насосное колесо выполняет функцию генератора, преобразуя подводимую к нему механическую энергию двигателя автомобиля в кинетическую энергию рабочей жидкости. Турбинное колесо представляет собой гидравлический двигатель, который преобразует энергию рабочей жидкости в механическую. Двойное преобразование энергии сопровождается значительными потерями. В результате КПД ГП значительно меньше, чем механической, и достигает 0,90-0,95.

Схемы гидродинамических передач показаны на рис. 6.1.

В зависимости от способности преобразования крутящего момента гидродинамические передачи делятся на гидродинамические трансформаторы (ГТ) и гидродинамические муфты (ГМ).

ГМ имеет только два колеса: насосное Н и турбинное Т (рис. 6.1, а).

Насосное колесо соединено с двигателем, а турбинное - с входным валом механической коробки передач (непосредственно или через фрикционное сцепление).

Рисунок 6.1 - Схемы гидродинамических передач: а – гидромуфта; б и в – гидротрансформатор; Н - насосное колесо; Т - турбинное колесо; Р, Р₁, Р₂ –колеса реактора; 1 – входной вал; 2 - выходной вал; 3 - муфта свободного хода; Ф - блокировочный фрикцион

Полость ГМ, образованная колесам и кожухом, заполнена рабочей жидкостью. При вращении насосного колеса его лопатки, воздействуя на жидкость, заставляют ее перемещаться в межлопастных каналах в направлении от меньшего к большему радиусу. При этом возрастает переносная скорость и увеличивается кинетическая энергия жидкости. Поступая затем на лопатки турбинного колеса, жидкость реализует на нем некоторую часть накопленной энергии. После выполнения полезной работы по передаче энергии турбинному колесу жидкость, сходящая с лопаток турбинного колеса, непосредственно попадает на лопатки насосного колеса. В результате образуется круг циркуляции определяющий относительное движение жидкости в межлопастных каналах гидродинамической передачи (показано стрелками на рис. 6.1).

В ГТ в отличие от ГМ жидкость после турбинного колеса поступает вначале на лопатки направляющего аппарата, а затем - на лопатки насосного колеса (рис. 6.1 б и в). Лопатки направляющего аппарата связаны с корпусом гидропередачи, поэтому изменяют соответствующим образом направление потока жидкости, поступающего на насосное колесо. В результате изменяется момент количества движения потока жидкости и крутящие моменты на насосном и турбинном колесах оказываются различными. Следовательно, гидротрансформатор осуществляет преобразование не только угловых скоростей, но и крутящих моментов.

Существует множество конструктивных схем ГТ, отличающихся количеством насосных и турбинных колес, количеством и расположением в круге циркуляции направляющих аппаратов. В автомобильных гидротрансформаторах лопатки направляющего аппарата обычно выполняют в отдельных колесах, которые устанавливают на неподвижную опору в круге циркуляции на муфтах свободного хода. Колесо направляющего аппарата принято называть реактором.

На автомобилях наибольшее распространение получили трех- и четырехколесные ГТ, содержащие по одному насосному и турбинному колесу и одно или два колеса реактора (рис. 6.1, б и в).

Применение на автомобилях гидродинамических передач увеличивает срок службы двигателя и трансмиссии, уменьшает количество ступеней в механической части трансмиссии, сокращает число переключений передач, повышает проходимость автомобиля и комфортабельность за счет более плавного изменения момента на ведущих колесах и трогания с места. Но гидромеханические передачи по сравнению с механическими имеют более сложную конструкцию, повышенную материалоемкость и стоимость. Кроме того, из-за сравнительно низкого КПД возрастает расход топлива.