Гидротрансформатор

Гидротрансформатор устанавливают в трансмиссии автомоби­ля обычно совместно с планетарной коробкой передач.

Ведущая часть гидротрансформатора (рис. 5.3) — насос 2, же­стко соединенный с коленчатым валом 6 двигателя, а ведомая часть — турбина 1 — с валом трансмиссии 3. Между насосом и турбиной гидротрансформатора на муфте свободного хода 4 уста­новлен реактор 5, обеспечивающий плавный и безударный вход масла из турбины в насос и существенное увеличение передавае­мого крутящего момента.

Характерной особенностью гидротрансформатора является из­менение значения крутящего момента при его передаче от двигате­ля к трансмиссии. Свойства гидротрансформатора оцениваются его безразмерной характеристикой, которая представлена на рис. 5.4 (для сравнения штриховыми линиями показана характеристика гидромуфты).

Безразмерная характеристика представляет собой зависимости коэффициента полезного действия η _гт, коэффициента трансфор­мации k _гти коэффициента крутящего момента насоса λ _н от пере­даточного отношения гидротрансформатора i _гт.

Безразмерная характеристика гидротрансформатора определяет­ся экспериментально. При этом коэффициенты полезного дей­ствия, трансформации и крутя­щего момента насоса используют в безразмерном виде.

Режим работы гидротрансфор­матора определяется его переда­точным отношением

где ω _т — угловая скорость турби­ны; ω _н — угловая скорость насоса. Коэффициент трансформации характеризует степень увеличения крутящего момента, передаваемо­го гидротрансформатором:

В указанном выражении

M _тур= λ _тρ _жω _т² D _гт⁵ — крутящий момент на валу турбины;

M _н= λ _нρ _жω _н² D _гт⁵ — крутящий момент на валу насоса,

где D _гт — активный (наибольший) диаметр гидротрансформатора; ρ _ж — плотность жидкости (масла) в гидротрансформаторе; λ _н — коэффициент крутящего момента насоса; λ _т — коэффициент кру­тящего момента турбины.

Для гидромуфты коэффициент трансформации k _гм= 1, так как крутящие моменты на валах насоса и турбины равны (М _н= М _тур).

Коэффициент полезного действия гидротрансформатора харак­теризует его энергетические свойства:

где N _н — мощность, подводимая к насосу; N _тур — мощность на валу турбины гидротрансформатора.

Основным недостатком гидротрансформаторов является то, что они имеют значительно меньший КПД, чем ступенчатые механи­ческие коробки передач. Так, наибольшие значения КПД гидро­трансформатора (0, 85...0, 92) достижимы только при оптималь­ном передаточном отношении (0, 7...0, 8). При других передаточ­ных отношениях, больших или меньших оптимального, КПД гид­ротрансформатора быстро уменьшается.

КПД гидромуфты

.

Следовательно, при возрас­тании угловой скорости турби­ны КПД гидромуфты увеличи­вается прямо пропорционально ее передаточному отношению, что видно на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Безразмерные характерис­тики гидротрансформатора (сплош­ные линии) и гидромуфты (штри­ховые линии)

Коэффициент крутящего момента насоса гидротрансформато­ра λ _нопределяет прозрачность гидротрансформатора, т. е. его свой­ство изменять нагрузку на валу насоса в зависимости от нагрузки на валу турбины.

Гидротрансформаторы могут быть прозрачными и непрозрач­ными.

При использовании непрозрачного гидротрансформатора изме­нение сопротивления движению автомобиля не влияет на режим работы двигателя (λ _н = const). В этом случае режим работы двигате­ля зависит только от качества горючей смеси, поступающей в его цилиндры.

У непрозрачного гидротрансформатора коэффициент транс­формации составляет 3...4, т.е. передаваемый крутящий момент увеличивается в 3 — 4 раза. Это преимущество непрозрачных гид­ротрансформаторов способствует их широкому применению на грузовых автомобилях большой грузоподъемности и на автобу­сах.

В случае применения прозрачного гидротрансформатора изме­нение сопротивления движению автомобиля вызывает изменение режима работы двигателя даже при постоянном количестве горю­чей смеси, поступающей в цилиндры (λ _н ≠ const). При увеличении сопротивления движению угловая скорость насоса прозрачного гидротрансформатора и, следовательно, угловая скорость колен­чатого вала двигателя автоматически уменьшаются, а крутящий момент двигателя возрастает. При уменьшении сопротивления дви­жению угловая скорость коленчатого вала и скорость движения автомобиля с прозрачным гидротрансформатором автоматически увеличиваются.

У прозрачных гидротрансформаторов коэффициент трансфор­мации составляет 2, 2...3, 0, т.е. передаваемый крутящий момент возрастает в 2 — 3 раза. Поэтому прозрачные гидротрансформато­ры получили большее распространение на легковых автомобилях.

Степень прозрачности гидротрансформатора определяется сле­дующим отношением:

где λ _{н mах} — максимальное значение коэффициента крутящего мо­мента насоса; λ ' _н — значение коэффициента крутящего момента насоса при λ _гт= 1.

Если П= 1, 0... 1, 2, то гидротрансформатор непрозрачный. При П > 1, 2 гидротрансформатор прозрачный.

Гидромуфта и ступенчатая механическая коробка передач яв­ляются прозрачными, так как полностью передают на коленча­тый вал двигателя момент силы сопротивления, приложенный к трансмиссии.

5.3. Показатели тягово-скоростных свойств автомобиля

с гидропередачей

Расчет показателей тягово-скоростных свойств автомобиля с гидропередачей более сложен, чем с механической трансмиссией, из-за отсутствия жесткой связи между коленчатым валом двигате­ля и трансмиссией автомобиля.

Для расчета показателей тягово-скоростных свойств автомоби­ля с гидропередачей необходимо определить область совместной работы двигателя и гидротрансформатора. Поэтому расчет обычно выполняют графоаналитическим способом в такой последователь­ности:

• строят нагрузочную характеристику системы двигатель—гид­ротрансформатор (рис. 5.5). С этой целью задают какое-либо значе­ние передаточного отношения гидротрансформатора i _гти по без­размерной характеристике гидротрансформатора определяют соот­ветствующий коэффициент крутящего момента насоса λ _н. Затем задают несколько значений угловой скорости насоса ω _н и по фор­муле для крутящего момента на валу насоса М _нопределяют его значения для выбранного передаточного отношения гидротранс­форматора. По найденным значениям строят кривую крутящего мо­мента насоса на графике скоростной характеристики двигателя. Ана­логично строят кривые крутящего момента насоса для других пере­даточных отношений гидротрансформатора. Точки пересечения кри-

Рис. 5.5. Нагрузочная характеристика системы двигатель —гидротранс­форматор:

i _гт ' – i _гт ''' – значения передаточных отношений гидротрансформатора; ω ' _н – ω _н ''' – значения угловой скорости насоса гидротрансформатора; M _н ''' — значение крутя­щего момента на валу насоса гидротрансформатора, соответствующее ω '''

вых крутящих моментов насоса и двигателя определяют область со­вместной работы двигателя и гидротрансформатора;

• используя значения угловой скорости ω _н и момента М _н, отве­чающие точкам пересечения кривых моментов насоса М _ни двига­теля М _е, по соответствующим формулам определяют угловые ско­рости ω _т и крутящие моменты М _турна валу турбины. При этом
значения коэффициента трансформации k _гтберут из безразмер­ной характеристики гидротрансформатора для соответствующих
передаточных отношений;

• определив значения угловой скорости ω _т и крутящего момен­та М _тур, находят мощность на валу турбины по формуле

;

• строят график выходной характеристики системы двигатель—
гидротрансформатор (рис. 5.6);

• пользуясь этим графиком, проводят расчеты показателей тя-
гово-скоростных свойств автомобиля с гидропередачей так же,
как и для автомобиля без гидропередачи, т. е. по тем же формулам
с той лишь разницей, что вместо угловой скорости ω _е и крутяще­го момента М_е двигателя в формулы подставляют угловую ско­рость ω _т и крутящий момент М _туртурбины. Например, скорость
автомобиля с гидропередачей, км/ч:

.

Тяговая сила на ведущих колесах автомобиля с гидропередачей

.

Определив значения тяговой силы на ведущих колесах автомобиля с гидропередачей при различных ско­ростях движения на разных переда­чах, строят его тяговую характерис­тику.

Динамическая характеристика, ускорение, время и путь разгона ав­томобиля с гидротрансформатором рассчитывают по тем же формулам, что и для автомобиля с механичес­кой трансмиссией. Однако в их фор­мулы вместо М_е и ω _е двигателя вво­дят соответственно М _тури ω _т турби­ны гидротрансформатора.

Определение показателей тягово-скоростных свойств автомо­биля с гидромуфтой выполняют по той же методике, что и для автомобиля с гидротрансформатором. В связи с тем что коэффи­циент трансформации гидромуфты k _гт = 1, расчеты оказываются проще, чем для автомобиля с гидротрансформатором. Однако они сложнее, чем для автомобиля с механической ступенчатой транс­миссией.