Объёмные гидропередачи или гидростатические трансмиссии

Трансмиссия это совокупность передаточных устройств от вала приводного двигателя до рабочих органов машины. Если одним из передающих звеньев является рабочая жидкость, то мы имеем дело с гидромеханической передачей.

Трансмиссии, в состав которых входят гидродинамический преобразователь момента (гидротрансформатор) и механический редуктор, принято называть гидромеханическими. В них энергия от насоса к турбине (в гидротрансформаторе) передаётся гидродинамическим взаимодействием потока жидкости и рабочих колёс машины, т.е. используется кинетическая энергия жидкости (скоростной напор).

Ранее широко применялся термин гидродинамический привод (или передача).
Если в состав трансмиссии входят объёмные гидромашины и используется энергия давления рабочей жидкости (гидростатический напор), то это гидрообъёмная трансмиссия (ГОТ) или гидростатическая(ГСТ).
Гидронасос с изменяемым рабочим объёмом, приводимый двигателем внутреннего сгорания (ДВС) создаёт гидростатический напор в системе, включающей не менее одного гидромотора. Проще говоря, гидронасос посредством рабочей жидкости управляет гидромотором, соединённым с полезной нагрузкой. Если рабочие объёмы насоса и гидромотора неизменны, то трансмиссия действует как редуктор для передачи мощности от ДВС к нагрузке. Но в этом случае использование объёмных гидроаппаратов бессмысленно, т.к. главные преимущества таких трансмиссий это:

* бесступенчатое регулирование скорости и крутящего момента;
* легкость реверсирования передачи;
* передача высокой мощности в компактном размере;
* обеспечивает более быстрый отклик, чем механические или электромеханические передач подобного типа;
* обладает низкой инерцией;
* точно поддерживает заданную скорость независимо от нагрузки;
* независимое расположение агрегатов трансмиссии, позволяющее наиболее целесообразно скомпоновать их на машине;
* может обеспечить активное торможение;
* высокие защитные свойства трансмиссии, т. е. надежное предохранение от перегрузок основного двигателя и системы привода рабочих органов благодаря установке предохранительных и переливах клапанов.

Это далеко не все преимущества, которыми обладают объёмные гидропередачи (ОГП) или гидрообъёмные трансмиссии (ГОТ). Как видите, термины гидрообъёмная трансмиссия и объёмная гидропередача выражают одно и то же понятие.

Механическое переключение передач приводит к разрыву потока мощности и опасности срыва грунта колесами в момент включения передачи при движении по поверхностям с низкой несущей способностью. Поэтому на тех транспортных средствах, где механические передачи уже не способны эффективно и рационально решать задачи подвода и трансформации по заданным законам мощности от двигателя к рабочим органам или движителям транспортных средств нашли применение ГОТ. Это транспортно-технологические, лесотехнические и практически все строительно-дорожные машины. Кроме того, гидрообъёмные трансмиссии применяются на сельскохозяйственных машинах: зерноуборочных и кормоуборочных комбайнах, сельскохозяйственных и промышленных колесных и гусеничных тракторах. При работе на полях за счет плавного, без разрывов потока мощности, приложения крутящего момента к колесам достигается лучшее сохранение почвы.

Гидрообъёмные трансмиссии могут быть полнопоточными, когда вся мощность двигателя передается гидравлическим путем, и двухпоточными, где меньшая часть потока мощности (20…50%) передается гидравлическим путем, а остальная часть – механическим путем.
Одним из главных преимуществ полнопоточной ГОТ является возможность подведения раздельно регулируемого потока мощности индивидуально к каждому колесу или элементу движителя, независимо от его расстояния от насоса и положения в пространстве.

 Первые попытки применения (ОГП) в трансмиссии автомобилей относятся к концу XIX века. В США Ч.Мэнли установил такую трансмиссию на грузовой автомобиль грузоподъёмностью 5т с бензиновым двигателем 17,6 кВт. С 1914 по 1918 гг. Объёмная гидропередача “Дженни-Вильямс” устанавливалась на английских танках и позже на грузовиках и маневровые тепловозах.
 Однако низкий КПД, высокая стоимость, связанная со сложностью конструкции и необходимостью высокой точности изготовления, большие габариты и вес, отсутствие надёжных уплотнений не способствовали широкому применению ОГП. 

  Во второй половине 20-ого века бурное развитие науки и промышленности приводит к созданию конструкционных материалов, способных выдерживать большое давление. Появляется гидроаппаратура с рабочим давлением 45МПа (450атм). А, как известно, произведение давления на расход — это мощность ОГП. Поэтому выступает на передний план такой параметр преимуществ ОГП как энергоёмкость — строительный объём, приходящийся на единицу передаваемой мощности.
И вот уже благодаря простоте осуществления бесступенчатого регулирования выходной скорости и весовым характеристикам (отношение веса машины к её мощности) ОГП приобретают популярность и широко внедряются.

ГОТ получили применение в таких областях, где механическая трансмиссия и даже ГМП (гидромеханическая передача) не дают требуемого результата: самоходные многоколёсные тяжеловозы (грузоподъёмностью – 150…200 т.); тяжёлые самосвалы (свыше 50 т.); сочленённые колёсные и гусеничные машины; самоходные универсальные погрузчики; строительно-дорожные машины; механизмы поворота гусеничных машин; многоколёсные малотоннажные плавающие автомобили высокой проходимости (АВП); аэродромные тягачи; АВП с активными полуприцепами.

Специалисты ОАО «НАМИ-Сервис» совместно с объединениями «АМО-ЗИЛ» и НПО им. Лавочкина разработали и изготовили опытный образец 3-хосного автомобиля с полнопоточной гидрообъемной трансмиссией с использованием шасси ЗИЛ-49061 полной массой 12 тонн, оборудованной автоматической системой управления.

Гидрообъемная трансмиссия автомобиля 6х6 (см. рис.) — полнопоточная, регулируемая, с индивидуальным приводом каждого из колес движителя. Состоит из 3-х аксиально-плунжерных регулируемых, реверсивных и обратимых насосов A4VG125EP2 (поз. 5) с максимальным рабочим объемом ±125 см3 и 6-ти аксиально-поршневых регулируемых и обратимых гидромоторов A6VM160EP2 (поз. 4), имеющих максимальный рабочий объем 160 см3, минимальный — 36.16 см3 (силовой диапазон регулирования — 4.425), фирмы «BOSCH Rexroth» (Германия).
Каждый насос связан с 2-мя параллельно включенными гидромоторами, приводящими в движение колеса одной условной оси.
ГОТ выполнена по закрытой схеме. При движении по дорогам с твердым покрытием все 6 гидромоторов соединяются параллельно, а насосы вместе объединяются в общие магистрали с помощью клапанов кольцевания.
При проектировании «Гидрохода» были заложены: возможность движения накатом, нейтрали, торможения двигателем, стопорения на подъёме, «ползучей» скорости, буксировки, «раскачки», длительного упора в препятствие, преодоления рвов с вывешиванием колёс, движения по твёрдой дороге в дифференциальном режиме.

Использование ГОТ на городских автомобилях является перспективным с точки зрения экономии энергетических ресурсов. В результате применения гидроаккумулятора ГОТ позволяет осуществить рекуперацию энергии при торможении автомобиля и благодаря этому уменьшить расход топлива вплоть до 30 %. Одновременное снижение расхода топлива в результате использования двигателя на оптимальных режимах и рекуперации энергии, может составить до 40 %. Управление работой двигателя и ГОТ при этом осуществляется с помощью микропроцессора.

Источники:
1. В.А.Петров «Гидрообъемные трансмиссии самоходных машин»
Издательство Машиностроение, Москва 1988г.
2.http://nami-service.ru/проекты/гидроход/