СИСТЕМЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ОБЪЕМНОЙ ГИДРОПЕРЕДАЧИ

Рис. 3. Схема ГОТ, осуществляющей реку­перацию энергии торможения и обеспечи­вающей работу двигателя на оптимальном режиме

 

ГОТ содержит регулируемый аксиально-поршневой насос 2 с наклонным диском, управляемый гидроусилителем 1, и регулируемый аксиально-поршневой гидромотор 9 с наклонным блоком цилиндров, гидроусилитель управления которым на рисунке не показан. Гидромо­тор приводит во вращение шестерню 10, выполняющую также функции упорного диска гидромотора, от которого вращение через шестерню 11 передается к корпусу дифференциала 12 и далее через полуоси к ко­лесам автомобиля. Блок цилиндров удерживается в неподвижном по­ложении ленточным тормозом 3. На блоке цилиндров укреплена шестерня 5, соединенная с блоком при помощи роликового механизма свобод­ного хода 4. Диапазон изменения передаточного числа ГОТ равен 10.

При движении в городе двигатель работает на постоянном режиме, которому соответствует минимальный расход топлива, и при этом раз­вивает сравнительно высокую мощность. Избыток энергии накаплива­ется в гидроаккумуляторе 7. После того как гидроаккумулятор пол­ностью зарядится, двигатель останавливается, и автомобиль движется за счет энергии, накопленной в гидроаккумуляторе. При неработающем двигателе рабочая жидкость от гидромотора поступает в накопительный бак 6. Когда гидроаккумулятор окажется разряженным на 90 %, угол наклона диска насоса изменится на 180°, в результате чего насос, рабо­тающий в режиме гидромотора и приводимый в действие от гидро­аккумулятора, запустит двигатель. В дальнейшем описанный цикл рабо­ты трансмиссии и двигателя повторяется.

Во время торможения автомобиля изменяется угол наклона блока цилиндров гидромотора. Последний начинает работать в режиме насоса и заряжает гидроаккумулятор, используя кинетическую энергию тор­можения автомобиля.

При движении по шоссе отключается ленточный тормоз, удерживаю­щий блок цилиндров насоса, управляемый электромагнитом гидрорас-пределитель 8 отключает гидроаккумулятор от системы привода. ГОТ работает в режиме дифференциальной передачи с внутренним разветвле­нием потока мощности.

Одна часть мощности от двигателя к шестерне 10 передается меха­ническим путем через блок цилиндров насоса, механизм свободного хода 4 и шестерню 5, а другая — гидравлическим путем через насос и гидромотор. Использование дифференциальной схемы позволяет увели­чить КПД ГОТ и расширить диапазон изменения ее передаточного числа. Предусмотрено непосредственное соединение наклонного диска насоса с его блоком цилиндров при помощи расположенных на них кулачков, что обеспечивает передачу энергии только механическим путем и исклю­чает ее потери в гидросистеме.

На автомобиле отсутствует стартер. Для пуска двигателя, привода генератора системы электрооборудования и питания усилителя рулево­го управления используется энергия гидроаккумулятора.

При движении в городских условиях с частыми остановками 30 % экономии топлива предполагается получить за счет рекуперации энергии торможения и 20 % за счет использования двигателя на режиме с мини­мальным удельным расходом топлива.

Приведенную конструкцию, естественно_; не следует рассматривать как образец, предназначенный для производства. Она показывает лишь возможные пути более эффективного использования ГОТ на легковых автомобилях и городских автобусах.

Гидравлические системы ОГП содержат механизмы и устройства, ограничивающие максимальное давление жидкости, управляющие гидро­машинами (изменяющие их рабочие объемы), осуществляющие охлаж­дение и фильтрацию рабочей жидкости и др. Иногда они содержат устрой­ства переключения передач в механических редукторах, распределители, позволяющие отключать гидромоторы или переключать их с параллель­ного соединения на последовательное, регуляторы расхода, ограничи­вающие подачу жидкости к гидромотору буксующего колеса, и др. На строительно-дорожных и сельскохозяйственных машинах применяют общую гидравлическую систему управления ГОТ и технологическими агрегатами.

Основное требование, предъявляемое к гидравлической системе,— минимальное число гидравлических элементов, через которые проходит поток жидкости под максимальным давлением, так как эти элементы имеют значительные размеры, массу и стоимость,

Ниже рассмотрена типовая гидравлическая система ГОТ, обеспечи­вающая нормальное функционирование ОГП (рис. 4). Подобная система

Рис. 4. Гидравлическая схема ОГП с регулируемыми насосом и гидромотором и двумя предохранительными клапанами

использована в отечественной косилке-плющилке (только имеет нерегу­лируемый гидромотор), зерноуборочном комбайне Е-516 (ГДР) и дру­гих машинах. Главный контур содержит регулируемые насос 1 и гидро­мотор 16, всасывающую (нижнюю) и напорную (верхнюю) гидролинии. При реверсировании, а также при движении самоходной машины по инерции или на спуске всасывающая линия выполняет функции напор­ной, а напорная — всасывающей. Для предохранения ОГП от перегрузок установлены клапаны 9 и 10, ограничивающие максимальное давление. При давлении выше допустимого один из клапанов открывается и пере­пускает жидкость из напорной линии во всасывающую.

Для снижения стоимости ОГП садово-огородных тракторов их не снабжают предохранительными клапанами. Максимальное давление в системе ограничивается буксованием ведущих колес, т.е. определяется силой сцепления колес с грунтом.

Общая гидравлическая система включает систему подпитки, обеспе­чивающую создание подпора во всасывающей линии для устранения кавитации и, следовательно, для повышения частоты вращения насоса и уменьшения проходных сечений его каналов. Система подпитки объединена с системой охлаждения жидкости и содержит шестеренный насос 5 подпитки, гидравлически управляемый распределитель 72, пере­ливной клапан 11, предохранительный клапан 6 и обратные клапаны 7 и 8. Насос 5 забирает охлажденную жидкость из общего бака системы и подает ее через клапан 8 во всасывающую линию ОГП. Здесь охлажден­ная жидкость, увлекаемая общим потоком, поступает к Насосу 1. Часть жидкости компенсирует утечки, имеющие место в ОГП. Так как подача насоса 5 больше утечек, образовавшийся во всасывающей линии изли­шек жидкости (нагретой после выхода из гидромотора) через золотни­ковый распределитель 12 и переливной клапан 11 поступает к охладителю 17 и далее на слив. Переливной клапан 11 ограничивает давление подпитки, а распределитель 12 обеспечивает соединение клапана 11 с всасывающей линией и блокирует поступление к нему жидкости из напорной линии. Золотник распределителя перемещается под действием давления жидкости, подводимой к его торнам.

Таким образом вся жидкость от насоса подпитки (кроме утечек) проходит через охладитель 17. Предохранительный клапан 6 предотвра­щает случайное повышение давления. Систему охлаждения рассчиты­вают так, чтобы температура охлаждающей жидкости не была более 82 °С. В трансмиссиях самоходных машин обычно используют воздухо-масляные охладители, способные отводить в виде теплоты около 20 % энергии, передаваемой трансмиссией.

Часто на выходе клапана 11 устанавливают распределитель с ручным управлением, перепускающий жидкость на слив, минуя охладитель 17. Это позволяет поддерживать необходимую температуру жидкости в зимнее время. Проходящая через переливной клапан 11 жидкость теряет свою энергию, что приводит к дополнительным потерям в передаче. По­этому следует стремиться к минимальному расходу жидкости и мини­мальному давлению в системе подпитки.

По данным фирмы "Секмафер" (Франция), подача насоса подпитки должна составлять 12 - 15 % максимальной подачи насоса 1 ОПТ. Такая подача компенсирует утечки в передаче и обеспечивает прохождение че­рез охладитель определенного количества жидкости. Иногда насос под­питки используют для управления различными дополнительными агрега­тами. При этом его подача должна быть несколько большей. Известны гидравлические системы,содержащие два насоса подпитки: один, имею­щий привод от двигателя, и второй — от ведомого вала ОГП. Второй на­сос поддерживает давление в системе подпитки при движении самоход­ной машины с неработающим двигателем. Иногда (значительно реже) вместо шестеренного насоса «подпитки применяют шиберный.

Давление в системе подпитки выбирают в зависимости от скорости жидкости в окнах распределителя гидромашины. Оно также зависит от совершенства форм гидролиний. Обычно для гидромашин, используе- мых в ОГП транспортных машин, давление подпитки составляет 0,6 - 0,4 МПа. При высоких скоростях жидкости (высокооборотные гидро­машины) давление подпитки достигает 1,5 МПа.

В некоторых ОГП применяют нулеустановители, которые при паде­нии давления в системе подпитки устанавливают блок цилиндров насоса или его наклонный диск в нейтральное положение. Благодаря этому предотвращается работа ОГП при неисправной системе подпитки, что исключает разрушение деталей распределителя из-за кавитации.

Для очистки жидкости имеется фильтр 18 тонкой очистки, установ­ленный на входе в насос подпитки. Жидкость через фильтр подводится во всасывающую линию, а отработанная жидкость с частицами износа отводится через клапан 11. Иногда в обводном канале фильтра устанав­ливают переливной клапан, рассчитанный на давление 0,2 - 0,3 МПа, обеспечивающий подачу жидкости в линию подпитки при засорявшемся фильтре.

В современных конструкциях фильтр часто устанавливают не на вса­сывающей, как показано на рисунке, а на напорной линии подпиточного насоса. Его выполняют съемным и размещают снаружи передачи. Иногда кроме фильтра тонкой очистки применяют и фильтр грубой очистки.

Системы управления насосом 1 и гидромотором 16 содержат гидро­усилители с жесткой обратной связью, обеспечивающие следящее дейст­вие, т.е. пропорциональность между перемещением органа управления усилителем и углом поворота наклонного диска или блока цилиндров гидромашины. Гидроусилитель насоса состоит из золотникового распре­делителя 3 и гидроцилиндра 2, а гидроусилитель гидромотора — из зо­лотникового распределителя 14 и гидроцилиндра 15. Механическая об­ратная связь между перемещениями поршня гидроцилиндра и золотника распределителя на рисунке не показана. Жидкость подается из системы подпитки через дроссели 4 и 13. Иногда для питания гидроусилителей применяется отдельный насос.

При помощи специального устройства обеспечивается определенная последовательность управления насосом и гидромотором: сначала от ну­ля до максимального значения увеличивается рабочий объем насоса, после чего при постоянном максимальном рабочем объеме насоса произ­водится уменьшение рабочего объема гидромотора.

Срабатывание предохранительных клапанов 9 и 10 приводит к рез­кому увеличению температуры рабочей жидкости, несмотря на то, что вся жидкость от предохранительных клапанов поступает во всасываю­щую линию и далее через распределитель 12, клапан 11 подается в охла­дитель 17. По имеющимся данным для ОГП с насосом подачей 151 л/мин при максимальном давлении 35 МПа и объеме масла в баке 3,8 л сраба­тывание предохранительных клапанов вызывало повышение температу­ры масла на 17 С в 1 с. Если трансмиссия работает с частыми перегруз­ками, то для защиты системы от перегрева применяют специальный зо­лотниковый распределитель, к которому через обратные клапаны посту­пает жидкость под давлением нагнетания. Как только это давление пре­высит заданное значение, подача жидкости в гидроусилитель управления насосом прекращается, и он соединяется со сливной линией, при этом на наклонный диск насоса действуют только собственные силы, возни­кающие в результате его взаимодействия с башмаками поршней и пово­рачивающие наклонный диск в нейтральное положение.

Задний ход самоходных машин получают двумя способами. При первом используют распределитель с ручным управлением, осуществля­ющий подвод жидкости от насоса к разным штуцерам гидромотора. Однако вследствие того, что распределитель имеет большие размеры и массу (так как его устанавливают в напорной линии) и создает допол­нительное сопротивление движению жидкости, такой способ получения заднего хода транспортных машин широкого распространения не по­лучил.

Чаще для получения заднего хода переводят блок цилиндров (на­клонный диск) насоса через нулевое положение. При этом напорная ли­ния становится сливной, а сливная — напорной. Для перевода блока цилиндров в противоположную сторону при ручном управлении насосом необходимо переместить орган управления гидроусилителем за положе­ние, соответствующее нулевой подаче насоса. При автоматическом управлении насосом при прямом и заднем ходах увеличению рабочего объема насоса должно соответствовать одно и то же направление пере­мещения органа, управляющего гидроусилителем. Поэтому в гидравли­ческую систему необходимо ввести дополнительный распределитель, меняющий местами подвод жидкости к цилиндру гидроусилителя. При изменении подвода жидкости поршень гидроусилителя перемещается в противоположную сторону при прежнем направлении перемещения органа, управляющего гидроусилителем.

В ОГП самоходных машин для разгрузки главного контура часто применяют устройство, соединяющее между собой всасывающую и на­порную гидролинии. Обычно для этого используют клапаны 9 и 10, снабжаемые специальными механизмами. При помощи этих механизмов освобождают запорно-регулирующие элементы клапанов от действую­щих на них усилий. Устройствами управляет жидкость, подаваемая к ним от насоса подпитки через распределитель с ручным управлением.

Разгрузку главного контура применяют для переключения передач в механическом редукторе, если такой имеется в трансмиссии, и для других целей. Нейтральное положение ГОТ можно также получить в результате принудительной установки наклонных дисков или блоков цилиндров насоса и гидромотора в нулевое положение.

ГОТ целесообразно использовать для торможения самоходной ма­шины на затяжных спусках, когда из-за нагрева тормозных накладок нельзя применять тормозные механизмы, а использование сопротивле­ния проворачиванию двигателя малоэффективно и приводит к значи­тельному износу его деталей.

Возможны различные способы торможения машин. При одном из них наклонный диск насоса устанавливается в нейтральное положение, в результате чего жидкость под максимальным давлением перепускает­ся через один из предохранительных клапанов 9 или 10. Тормозной мо­мент на колесах увеличивается при увеличении рабочего объема гидро­мотора от нуля до максимального значения.

В зарубежной литературе предлагается для торможения автомоби­лей с ГОТ использовать специальный клапан, через который жидкость из напорной линии гидромотора, работающего в режиме насоса, прохо­дит в его всасывающую линию. При этом перекрывается подача жидкос­ти от гидромотора к насосу. Гидромотор работает при постоянном мак­симальном рабочем объеме. Тормозной момент на колесах изменяется в результате изменения силы поджатая пружины клапана, на которую действует давление жидкости из системы подпитки, причем устройство поджатая пружины рекомендуется выполнять так, чтобы падение давле­ния подпитки, вызванное теми или иными неисправностями, приводило к торможению автомобиля.

Для торможения самоходной машины при помощи ГОТ можно так­же использовать регулируемый дроссель.

В гидравлическую систему должны входить приборы контроля. К ним

относятся электротермометры, измеряющие температуру жидкос­ти в гидролинии, по которой она поступает из основного контура в сис­тему охлаждения, а также манометры для измерения давления в системе подпитки и в напорной гидролинии.

Предохранительные клапаны 9 и 10, расположенные в главном кон­туре, имеют большие размеры и высокую стоимость; они должны со­держать устройства для предотвращения колебаний запорно-регули-рующего элемента и для освобождения его от действия пружины. Поэто­му иногда применяют один предохранительный клапан и три обратных клапана более простой конструкции. Такую систему имеет ОГП фирмы "Секмафер" (Франция) (рис. 5), которая состоит из регулируемого насоса и нерегулируемого гидромотора. При увеличении давления в на­порной гидролинии выше установленного значения через один из обрат­ных клапанов 5 или 6 жидкость подводится к предохранительному кла­пану 4 и через него и один из обратных клапанов 2 или 3 системы под­питки поступает во всасывающую линию. Обратный клапан 1 предотвра­щает поступление жидкости к насосу 14 подпитки и далее на слив. Рас­пределитель 7 с ручным управлением обеспечивает свободный проход жидкости через предохранительный клапан из напорной линии во всасы­вающую для получения нейтрального положения трансмиссии. Перелив­ной клапан 15 устанавливает давление во всасывающей гидролинии, а предохранительный клапан 13 ограничивает максимальное давление в ней.

Для питания гидроцилиндра 12 применен отдельный насос 9. Распре­делитель 11 при нейтральном положении золотника и неподвижном поршне гидроцилиндра 12 обеспечивает поступление жидкости от насоса 9 на слив. В этом случае на выходе из распределителя целесообразно установить дополнительный охладитель 10. Он обеспечивает дополни­тельное охлаждение рабочей жидкости, практически не вызывая увели­чения потребляемой мощности, в то время как повышение подачи наcoca 9 и расхода жидкости

Рис. 5. Гидравлическая схема ОГП с регулируемым насосом, нерегулируемым гидромотором и одним предохранительным клапаном

через охладитель 8 связано с увеличением не­производительных затрат

мощности.

Гидравлические системы тракторов, сельскохозяйственных, строи­тельных и дорожных машин содержат устройства отвода жидкости к гидромоторам и гидроцилиндрам, управляющим различными агрегата­ми. Часто для этой цели применяют дополнительные насосы. В садовых тракторах для привода технологических агрегатов обычно используют насос подпитки, давление которого при помощи дополнительного пере­ливного клапана повышают до 3,5 - 5 МПа. Вся система представляет собой устройство, условно называемое гидравлическим валом отбора мощности.

Выше рассматривались гидравлические системы простых ОГП с одним насосом и одним гидромотором. ОГП с несколькими гидромото­рами иногда содержат распределители, отключающие часть из них или изменяющие их соединение с параллельного на последовательное. Извест­но применение распределителей для питания всех гидромоторов от всех насосов или раздельного питания части гидромоторов от отдельных на­сосов с целью устранения эффекта механического дифференциала. Сле­дует отметить, что эти распределители существенно усложняют ОГП и создают дополнительные сопротивления рабочему потоку жидкости.

Важное значение для надежной работы передачи имеет качество ра­бочей жидкости. Требования, предъявляемые к рабочим жидкостям ОГП, их свойства подробно рассмотрены в литературе.

Заводы изготовители гарантируют надежную работу аксиально-поршневых гидромашин при кинематической вязкости жидкости 8 - 1500 мм²/с. Оптимальная кинематическая вязкость при тонкости очистки 25 мкм составляет 16 - 25 мм²/с и при тонкости очистки 40 мкм 27 - 33 мм²/с.

Из отечественных рабочих жидкостей наиболее подходящей по своим качествам для самоходных машин является загущенное мине­ральное масло АМГ-10. Оно представляет собой раствор полимерной вязкой присадки в маловязкой легкой масляной основе. Легкие масля­ные фракции имеют пологую вязкостно-температурную характеристику и низкую температуру застывания, но их вязкость при высоких темпе­ратурах оказывается недостаточной. Вязкостная присадка к маловязкой основе повышает только уровень вязкости с сохранением или улучше­нием крутизны вязкостно-температурной кривой. Поэтому загущенные масла способны обеспечить работу ОГП самоходной машины в широком диапазоне температур.

Кинематическая вязкость,масла АМГ-10 при изменении темпера­туры от +50 до - 50 °С изменяется от 10 до 1250 мм²/с. Масло АМГ-10 содержит присадки, обеспечивающие антикоррозионную защиту и хоро­шие смазывающие свойства, предотвращающие разрушение резиновых и других изделий. К недостаткам этого масла следует отнести резкое ухудшение смазывающих свойств при повышенных температурах и вы­падение смолистых осадков. Препятствием к использованию масла АМГ-10 в ОГП самоходных машин может служить его очень высокая стоимость.

Для ОГП строительных, дорожных и других самоходных машин соз­даны и рекомендуются в качестве основных две рабочие жидкости: ВМГЗ (при отрицательных температурах окружающего воздуха) и МГ-30 (при положительных температурах).

Жидкость ВМГЗ используют в качестве всесезонной для районов крайнего севера и в качестве зимней для районов с умеренным клима­том. Она обеспечивает длительную работу гидромашин в диапазоне тем­ператур

- 40 - +65 °С и кратковременную в диапазоне - 50 - +70 °С. В диапазоне температур +50 - - 40 С кинематическая вязкость жидкос­ти изменяется от 10 до 1500 мм²/с. При температуре воздуха ниже - 40 °С необходимо на малых оборотах двигателя без нагрузки путем дросселирования прогреть систему, повысив температуру рабочей жид­кости до 10 - 15 °С. Для повышения температуры применяют также специальные подогреватели.

Жидкость ВМГЗ относится к загущенным маслам на нефтяной осно­ве и содержит присадки, обеспечивающие антиокислительные, противо-износные, антикоррозионные и антипенные свойства.

Рабочую жидкость МГ-30 используют в качестве всесезонной для южных районов и в качестве летней для районов с умеренным клима­том. Она обеспечивает длительную работу гидромашин в диапазоне тем­ператур +5 - +70 °С и кратковременную в диапазоне -10 до +70 °С. В диапазоне температур +50 до - 15 °С кинематическая вязкость жидкости изменяется от 28 до 4000 мм²/с. Рабочая жидкость МГ-30, как и ВМГЗ, содержит различные присадки, обеспечивающие ее необходимые свойства.

Заменителями рабочей жидкости ВМГЗ и МГ-30 являются масла соответственно АУ и И-30А. Срок службы жидкостей ВМГЗ и МГ-30 составляет 3500 до 4000 ч работы и в 2 - 3 раза превышает срок службы других нестандартных масел. Известны гидромашины ОГП самоход­ных машин, в которых в качестве рабочей жидкости используют дизель­ное топливо.

К присадкам рабочей жидкости следует относиться с определенной осторожностью. Высокое давление способствует разрушению загу­щающих присадок минеральных масел, а моющие присадки не дают частицам загрязненной среды оседать в баке или фильтре, увеличивая их вредное воздействие на систему.

Важным свойством рабочей жидкости является ее сжимаемость, которая снижает КПД гидромашин. Увеличение рабочего давления лими­тируют не механическая прочность гидромашин и не герметичность, а сжимаемость жидкости. В настоящее время имеются рабочие жидкости, обеспечивающие нормальное функционирование ОГП при давлении до 75 МПа.

Работоспособность гидромашин существенно зависит от чистоты рабочей жидкости. Повышение тонкости фильтрации от 20 до 5 мкм увеличивает срок службы насосов в 10 раз и гидроаппаратуры в 5 - 7 раз. Чем выше тонкость фильтрации жидкости, тем больше гидравли­ческое сопротивление фильтров и выше стоимость фильтрующего мате­риала