книги из ГПНТБ / Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие

Типы гидротрансф орм аторов, их схемы и характеристики

Большинство ГДТ за редким исключением выполняются только с одним насосным колесом Н. Число же турбин и направляющих аппаратов может быть несколько. В зависимости от числа турбин

которых турбины между собой связаны через дифференциаль­ ный механизм (на рис. VI 1.2, б приведена схема двухтурбпнного ГДТ «Дайнафлоу», США).

В отличие от z-ступеичатых ГДТ z-турбинные ГДТ обладают более гибкой характеристикой, поддающейся корректировке за счет подбора наиболее выгодного внутреннего передаточного

числа in дифференциала.

Многоступенчатые и многотурбинные ГДТ имеют высокие преобразующие свойства (kT — 3,5-т-5,5), однако низкий к. п. д. (і|г = 0,75 — 0,80) и сложность конструкции ограничивают обла­ сти их применения на автомобилях. Основным типом ГДТ является одноступенчатый.

Важнейшим параметром ГДТ служит прозрачность, оценивае­ мая коэффициентом прозрачности П. Он показывает, в каком направлении изменяется момент на насосном колесе с изменением

мальной нагрузке на турбине, когда последняя не вращается (застопорена); МН(йт=і,о)— момент, потребляемый насосом при коэффициенте трансформации, равном единице (для комплексных ГДТ — режим гидромуфты).

Трансформаторы, имеющие П > I, обладают прямой прозрач­ ностью, если Л — 1 — ГДТ непрозрачен, т. е. насос не реагирует на изменение нагрузки на турбине. Если же П < 1, то ГДТ относится к числу ГДТ с обратной прозрачностью. На прозрач­ ность ГДТ решающее влияние оказывает способ размещения рабочих колес в круге циркуляции и профилировка (углы наклона) лопаток насоса.

В зависимости от способа размещения турбины в круге цирку­ ляции гидротрансформаторы разделяются на ГДТ с центростре­ мительной турбиной (ГАЗ, ЗИЛ, МАЗ), с центробежной турби­

170

а)

В)

Рис. VII.2. Типы гидротранс­ форматоров: а — двухсту­ пенчатый простой; б—двух- турбинный дифференциаль­ ный

171

как правило, прямой прозрачностью; с увеличением оборотов турбины в круге циркуляции растет противодавление (турбин­ ное), что приводит к некоторому снижению расхода жидкости, а следовательно, и снижению М и. Как видно из характеристики (рис. VII.3, б), для такого ГДТ Хн = ѵаг (при пт= ѵаг). В связи с этим входная характеристика ГДТ с прямой прозрачностью

дающих целую область точек совместной работы с ДВС (кривая с точками а, б, в, г, д, е, ж, з соответствует режиму максимальной подачи топлива, остальные кривые с точками а' , а" и т. д. — ча­ стичной). В процессе разгона автомобиля обороты насоса у ГДТ с прямой прозрачностью возрастают.

Гидротрансформаторы с прямой прозрачностью выгодно приме- ‘ нять с карбюраторными ДВС, у которых довольно высок коэффи-

м

циент приспосабливаемости kn = ■Л1т—. С увеличением обо-

ротов турбины ГДТ с прямой прозрачностью способствуют повы­ шению использования максимальной мощности двигателя, а с уменьшением оборотов турбины — в полной мере реализуется

172

приспосабливаемость двигателя, что приводит к более энергич­ ному росту /ет, повышению средних скоростей движения (двига­ тель меньше «садится» по оборотам). Большинство ГДТ, кото­ рыми оснащаются автомобили, имеющие карбюраторные двига­ тели, выполняются с центростремительными турбинами.

прозрачностью: с увеличением оборотов турбины расход жидкости в круге циркуляции возрастает. Поэтому у ГДТ с обратной про­ зрачностью, как и у ГДТ с прямой прозрачностью, на безразмер­

п„ пг

Рис. VII.4. Гидротрансформатор с центробежной тур­ биной: а — схема; б — безразмерная характеристика

ной характеристике = ѵаг (рис. VII.4, б) и существует семей­ ство нагрузочных кривых и целая область точек совместной ра­ боты ГДТ и ДВС. Отличие от ГДТ с прямой прозрачностью со­ стоит только в чередовании нагрузочных кривых: они идут справа

= const для всех /т н (рис. VI 1.5, б) и имеется только одна кривая входа по насосу. В соответствии с этим в зависимости от нагрузки

момента двигателя при полной, промежуточной и минимальной подачах топлива. Подбирая диаметр гидротрансформатора, можно заставить двигатель работать на том режиме, какой с точки зре­ ния условий эксплуатации автомобилей, является наиболее

173

выгодным. В частности, можно входную Кривую насоса М„ найра" вить через точку 1, где двигатель развивает A/mmax, через точку 2> где двигатель работает на минимальном расходе топлива, или, например, через точку 3, где двигатель способен отдать в силовую передачу максимальный момент М ттях. Непрозрачные ГДТ целесообразно использовать в комплексе с дизелями, имеющими низкую приспосабливаемость и хуже реагирующих на изменение нагрузки.

Рис. VII.5. Гидротранс­ форматор с осевоіі турби­ ной: а — схема; б — без­ размерная характеристи­ ка; в — характеристика

совместной работы

Как'уже отмечалось, на прозрачность ГДТ значительное влия­ ние оказывает профилирование лопаток насоса. За счет профили­ рования лопаток прозрачность ГДТ в ходе его работы можно ав­ томатически дополнительно корректировать в нужном напра­ влении. В этой связи следует указать, что существуют ГДТ с так называемой смешанной прозрачностью (гидротрансформаторы МАЗ). Хотя эти ГДТ имеют центростремительную турбину, однако они обладаютсмешанной прозрачностью: сначала при малых іт_н ГДТ работают в режиме обратной прозрачности, а затем (при іт н — больших) — в режиме прямой прозрачности. Отмеченное в равной мере может относиться и к другим типам тур­ бин. Радиальные лопатки насоса (рис. VI 1.6, а) на прозрачность ГДТ не влияют, прямолинейные лопатки с углом наклона против вращения насоса (рис. VI 1.6, б) приводят к тенденциям обратной прозрачности, прямолинейные лопатки с углом наклона по ходу вращения обусловливают прямую прозрачность (рис. VII.6, б).

174

Лопатки насоса могут быть и криволинейные, тогда прозрач­ ность будет зависеть от направления криволинейное™ и от вели­ чины углов входа и выхода. Например, при профиле кривой, направленной против хода вращения, и угле входа, меньшем угла выхода, с увеличением оборотов турбины обнаруживается тенденция к обратной прозрачности. Итоговая прозрачность ГДТ складывается из прозрачности, зависящей от способа распо­ ложения рабочих колес в круге циркуляции и от прозрачности, зависящей от варианта профилирования лопаток насоса.

Одноступенчатые (однотурбинные) ГДТ независимо от типа турбины могут быть разделены на простые, у которых имеется

Рис. VII.6. Основные варианты форм лопаток насоса ГДТ: а — радиальные; б — с обратным наклоном; в — с накло­ ном по ходу вращения насоса

только один направляющий аппарат (рис. VI 1.2, а), и на полимерические, у которых число направляющих аппаратов больше двух.

Полимерические ГДТ имеют по іт„ более широкую зону высоких к. п. д. (рис. VI 1.7, а, кривые 2), однако само значение

чения оборотов турбины к. п. д. ГДТ, достигнув максимума, начи­ нает затем быстро падать. Направляющий аппарат не только трансформирует момент, но, наоборот, начинает мешать этому. Поэтому как только момент на НА меняет знак на отрицательный, следует его отключать и ГДТ переводить на работу в режим гидро­

к. п. д. равен передаточному отношению и растет линейно с уве­ личением оборотов турбины (прямая линия на участке ав или бв). Однако, как ни высоко значение к. и. д. ГДТ в режиме гидро­ муфты, оно всегда меньше единицы и равно г)ггаах = 0,95ч-0,97. Дальнейшим шагом повышения к. п. д. ГДТ является его блоки­ ровка (скачок в точке в до точки г), когда достигается получение т]т = 1,0. Блокируемые трансформаторы стали применяться все более широко. Блокировка осуществляется блокировочным фрик­ ционом ФБ (рис. VI 1.7, б), который соединяет жестко между собой Я и Т.

175

В зависимости от направления вращения турбины ГДТ раз­ личаются на трансформаторы прямого хода и трансформаторы обратного хода (реверсивные).

У трансформаторов прямого хода НА может размещаться как за турбиной, так и перед ней. У трансформаторов обратного

хода — только перед турбиной, так как только реверсом межло­ пастных каналов можно заставить вращаться турбину в обратном направлении.

Существуют п другие менее существенные признаки разделе­ ния ГДТ на те или иные типы. В частности, известны ГДТ с изме­ няющимися автоматически углами лопаток.

Типы силовых передач автомобилей с ГДТ

Гидротрансформаторы из-за недостаточности преобразующих свойств и узкой зоны высоких к. п. д. в автономном виде на ав­ томобилях не устанавливаются. ГДТ комплектуются всегда с дополнительной ступенчатой коробкой передач (ДКП), которая позволяет расширять диапазон регулирования момента до нужных пределов. ГДТ в блоке в ДКП образуют так называемую гидро­ механическую передачу (ГМП). Такие передачи обеспечивают непрерывно-ступенчатую тяговую характеристику автомобиля. В зависимости от способа использования мощности ДВС гидро­ механические передачи могут быть двух типов [ѴІІ-5]: о д н о ­

Однопоточные ГМП наиболее распространенные, они установлены

176

выполнены конструктивно проще, чем двухпоточные. Схема однопоточной передачи показана на рис. VII.8.

Коэффициент трансформации kru n однопоточной ГМП будет

к. п. д. тон же передачи

дению коэффициентов трансформации ГДТ и ДКП. Что касается к. п. д. ГМП, то он ниже самого низкого к. п. д. составляющих

іігм. П ^ 0 , 7 — 0,8 ).

Типоразмеры и контрольные параметры однопоточных ГМП отечественных автомобилей определены отраслевой нормалью

201 - 6 3 ’ К0Т0Р0И предусматривается производство ГМП на мощ­

ность в диапазоне от 147 до 370 кВт (от 200 до 500 л. с). Коэф­ фициент трансформации ^ нормированных ГДТ лежит в преде­ лах 2,5—3,6, число передач в ДКП от 2—3 (легковые автомобили) до 4—6 (большегрузные автомобили).

Попытки повышения к. п. д. ГМП с сохранением за ними свойств автоматичности привели к появлению двухпоточных ГМП. Такие передачи имеют будущее и уже нашли практическое при­ менение на ряде зарубежных автомобилей (автомобили фирм «Илломатик», «Дивабус» и др). Структурные схемы двухпоточных ГМП в отличие от однопоточных чрезвычайно • разнообразны.

177

Поэтому приведем для примера (рис. VII.9) лишь одну из возмож­ ных схем двухпоточной ГМП в варианте РД (разветвляющая точка — дифференциал).

Мощность ДВС разделяется в разветвляющей точке Р на два потока: первый поток проходит через механический ступенчатый

гдт

Рис. VII.9. Схемы двухпоточных ГМП: а — с дифферен­ циалом г'12 < 0 ; б — с дифференциалом і12 > 0

трансформатор ДКП, имеющий высокий к. п. д., второй поток — через ГДТ. Оба потока затем суммируются в дифференциале Д и далее следуют к ведущим колесам автомобиля. На рис. VI 1.9 показаны два типа дифференциалов: а) однорядный эпицикл (рис. VII.9, а), б) двухрядный механизм с внешним зацеплением (рис. VII.9, б). Установим величину коэффициента распределения мощности по потокам, равного

где N H— мощность, потребляемая насосом ГДТ; М„х — входная мощность ГМП (мощность ДВС).

178

Если раскрыть значение мощностей N n и /Ѵпх, то для одно­ рядного эпицикла (рис. VII.9, а) получим

Из формулы (VII.7) видно, что с увеличением модуля »і2 одно­ рядного эпицикла растет %, т. е. растет нагрузка на ГДТ и ГМП по своим свойствам приближается к свойствам гидротрансформа­ тора. На загрузку потоков влияют также и коэффициенты трансформации, а именно с увеличением Лтзагрузка ГДТ умень­ шается, а с увеличением kK п загрузка ГДТ увеличивается.

Коэффициент распределения %может быть как отрицательным, так и положительным. При отрицательном значении %— мощ­ ность от точки Р отводится к насосу ГДТ, при положительном %— мощность к точке Р подводится от насоса (например, при трогании автомобиля с места, когда в схеме на рис. VII.9, а водило О еще неподвижно или имеет малую скорость вращения).

Нетрудно показать, что для рассмотренной схемы двухпоточ­

ной передачи накладывает свое влияние внутреннее передаточное число г'І2 дифференциала. Если сравнить формулы (VII.5) и (VII.8),

179