Гидравлическая коробка передач. Устройство и принцип гидротрансформатора, его характеристики, виды гидротрансформаторов

Гидромеханическая трансмиссия состоит из гидродинамического преобразователя вращающего момента (гидротрансформатора) и механической коробки передач. Гидротрансформатор (ГТ) обладает свойством бесступенчато и автоматически в зависимости от нагрузки на ведущих колесах автомобиля изменять (преобразовывать) ведущий момент, передаваемый от двигателя на трансмиссию. Одновременно изменяется частота вращения валов. При этом двигатель продолжает работать в стационарном режиме или незначительно от него отличающемся. Между двигателем и трансмиссией нет жесткой связи, а только гидравлическая, поэтому ГТ демпфирует динамические нагрузки, благодаря чему значительно повышаются показатели надежности, трансмиссии автомобилей и их двигателей. Однако у гидротрансформатора относительно низкий максимальный КПД (η_ГТ = 0,85…0,9). При отклонении нагрузки от номинальной значение КПД резко снижается. Чтобы компенсировать этот недостаток и во время работы использовать зону наибольшего значения КПД, гидротрансформатор комплектуют со ступенчатым механическим редуктором. Вместе они составляют гидромеханическую трансмиссию (ГМТ). Сложность конструкции, большие масса, габаритные размеры и стоимость ограничивают применение гидротрансформаторов в конструкции автомобилей. Гидромеханическую трансмиссию применяют в машинах, работающих при значительных и частых изменениях нагрузки. Целесообразно, например, применять ГТ на городских автобусах, где передачи переключают каждые 15…30 с, что занимает 5…15% времени движения, а физические нагрузки при переключении передач составляют 25…40% общей физической работы. ГТ представляет собой, как минимум, трехколесную гидравлическую машину, состоящую из близкорасположенных (с зазором около 1 мм) лопастных колес: насосного, турбинного и реактора. Пространство внутри колес заполнено жидкостью. Насосное колесо приводится во вращение непосредственно от двигателя. Турбинное колесо соединено с ведущим валом коробки передач. Реактор заблокирован жестко на корпус ГТ. При вращении насосного колеса жидкость циркулирует внутри объема, образованного лопастями колес. Под действием центробежных сил жидкость перемещается с лопастей насосного колеса на лопасти турбинного колеса, приводя его во вращение. С лопастей турбинного колеса жидкость поступает на лопасти неподвижного реактора, где изменяется направление ее движения и создается реактивный момент. С лопастей реактора жидкость снова попадает на лопасти насосного колеса. Таким образом, жидкость движется в замкнутом круговом цикле, передавая энергию двигателя турбинному колесу. Скорость вращения турбинного колеса зависит от нагрузки на выходном валу: она уменьшается с увеличением нагрузки. Преобразование вращающего момента происходит благодаря наличию реактора. Момент на валу турбинного колеса отличается от момента на валу насосного колеса на величину, равную момента на реакторе. Основное уравнение ГТ составлено из условия, что сумма вращающих моментов, действующих на колеса, равна нулю: М_Н ±М_Р-М_Т= 0 или М_Т=М_Н±М_Р, где М_Н, Т_Т, М_Р – вращающие моменты на колесах соответственно насосном, турбинном и реакторе. Для улучшения характеристик ГТ реакторное колесо устанавливают на обгонной муфте. Когда момент на турбинном колесе больше, чем на насосном, направление вращающего момента на реакторе противоположно направлению вращения насосного и турбинного колес. Реактор заблокирован и неподвижен. Происходит трансформация вращающего момента. Когда в результате снижения внешней нагрузки увеличивается скорость вращения турбинного колеса, вращающий момент на его валу становится меньше, чем на валу насосного колеса, а на реакторе направление реактивного момента меняется на противоположное. Обгонная муфта разблокируется, и реактор начинает вращаться в сторону вращения насосного и турбинного колес. ГТ переходит в режим работы гидромуфты: реактор благодаря обгонной муфте вращается в ту же сторону, что и турбинное колесо. Преобразования вращающегося момента в этом случае не происходит. КПД гидромуфты выше, чем ГТ. ГТ, способный работать в режиме гидромуфты, называют комплексный. Изменение внешней нагрузки (на турбинном колесе) у у различных конструкций ГТ может влиять на изменение вращающегося момента на насосном колесе, т.е. на двигателе. Если изменение нагрузки на турбинном колесе влияет на изменением момента на насосном колесе и соответственно на двигателе, то такие ГТ называют прозрачными; если не влияет, то непрозрачными. Для повышения КПД гидромеханической трансмиссии в отдельных конструкциях между маховиком двигателя и турбинным колесом устанавливают сцепление или зубчатую муфту, с помощью которых в необходимых случаях жестко соединяют двигатель с турбинным колесом. В этом случае ГТ исключается из работы, что позволяет повысить КПД трансмиссии, снизить частоту вращения вала двигателя и расход топлива, устранить перегрев жидкости. Такой ГТ называют блокируемым.