Входная характеристика гидротрансформатора

Передать крутящий момент двигателя и обеспечить автомобилю высокие динамические качества, может лишь гидротрансформатор определенных размеров. Если его размеры меньше, передается часть крутящего момента двигателя. Если больше  –  двигатель не развивает достаточные обороты, отчего его мощность будет низкой. В том и другом случаях движение затруднено либо невозможно.

Крутящий момент, которым насосное колесо гидротрансформатора нагружает двигатель, определяется по следующей зависимости:

                                     M_Н  = l × g × n_н² × D⁵,                                  (64)

где M_Н – крутящий момент на насосном колесе гидротансфор матора, Н×м;

 l – коэффициент входного момента, ;  g – плотность жидкости (850... 870 кг/м³ для масел, используемых в гидротрансформаторах); n_н – частота вращения насосного колеса гидротрансформатора, об/мин; D – активный (наибольший внутренний) диаметр гидротрансформатора, м.

     График, показывающий изменение крутящего момента двигателя и крутящего момента на насосном колесе гидротрансформатора в зависимости от частоты их вращения, называется в х о д н ой характеристикой гидротрансформатора (рис. 56). Он же называется графиком совместной работы двигателя и гидротрансформатора, а также нагрузочной характеристикой гидротрансформатора.

Крутящий момент на насосном колесе должен быть равен максимальному крутящий моменту двигателя.

   Пересечения показанных на рис. 56 кривых М_е и М_н  должны быть при определенной частоте вращения коленчатого вала n_e, т.к. от частоты зависит мощность двигателя.

  В подборе гидротрансформатора для различных автомобилей имеется ряд особенностей. Так, если пересечение указанных кривых произошло при низкой частоте, мощность окажется значительно меньше максимальной и разгон будет затруднен. 

 

Рис. 56. Входная характеристика     

 гидротрансформатора.

 

       Поэтому при низкой  частоте вращения коленчатого  вала пересечение кривых допус вала пересечение кривых допус-кается для автомобилей с высокой удельной мощностью, например, для легковых, чтобы снизить шум двигателя при разгоне, который тем больше, чем выше частота вращения коленчатого вала. Дальнейшее увеличение частоты вращения коленчатого вала происходит по мере разгона автомобиля.  

Для грузовых автомобилей, имеющих, как правило, низкую удельную мощность достаточная для движения мощность может быть лишь при высокой частоте вращения коленчатого вала. Пересечение кривых М_е и М_н на входной характеристике грузового автомобиля должно быть при высокой частоте. Если гидротрансформатор мал и не может передать крутящий момент двигателя, между двигателем и гидротрансформатором ставится шестеренчатый согласующий редуктор, увеличивающий частоту вращения насосного колеса. На тягачах КЗКТ, например, применяются согласующие редукторы ("повышающие передачи") с передаточными числами 0,833  – на четырехосном тягаче КЗКТ-7428 и 0,734 – на двухосном тягаче КЗКТ-538Д.

 

     ВЫХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОТРАНСФОРМАТОРА

    Зависимость между величиной крутящего момента на турбинном колесе М_т, частотой вращения насосного колеса n_н и частотой вращения турбинного колеса п_т называется выходной характеристикой гидротрансформатора (рис. 57).

    Указанная зависимость используется для определения тяговых и скоростных параметров автомобиля с гидротрансформатором.

Крутящий момент на турбинном колесе (турбинном валу) гидротрансформатора находится:

М_т = М_н × К,

где М_т – крутящий момент на турбинном колесе; М_н – крутящий момент на насосном колесе; К – коэффициент трансформации гидротрансформатора.

   Значение М_н в этой зависимости берется в месте пересечения кривых М_е и М_н на графике входной характеристики. Коэффициент трансформации также берется соответствующий пересечению этих кривых. Точек пересечения получается несколько, по ним и строится выходная характеристика – зависимость М_т от n_т. Имея выходную характеристику, нетрудно построить другие характеристики. На рисунках показаны строящиеся в тяговом расчете графики: тяговая характеристика автомобиля (рис. 58); динамическая характеристика (рис. 59); график ускорений автомобиля при различных включенных передачах в коробке передач (рис. 60) и мощностной баланс автомобиля (рис. 61).

 

 

Рис. 57. Выходная характеристика             Рис. 58. Тяговая характеристика 

гидротрансформатора                                       автомобиля с ГТ

 .

 

 

 

Рис. 59. Динамическая характеристика      Рис. 60. График ускорений автомоби- автомобиля с ГТ                                       ля с ГТ

 

 

Рис. 61. Мощностной баланс автомобиля с гидротрансформатором

  Частота вращения турбинного вала

n_т = n_н × i,

где n_т  – частота вращения турбинного вала; n_н –  частота вращения насосного вала в точке пересечения кривых М_е и М_н на графике входной характеристики;

  i – передаточное число гидротрансформатора в точке пересечения кривых М_е и М_н на графике входной характеристики.

    Коэффициент учета вращающихся масс, используемый при нахождении ускорения автомобиля, может быть определен по следующей зависимости:

           d = 1+ J_н×  ,          (65)

 где J_н – момент инерции насосного колеса гидротрансформатора и вращающихся деталей двигателя, кгм×с²; К – коэффициент трансформации; i_тр – передаточное число трансмиссии автомобиля; h_м – механический кпд (кпд трансмиссии); r_к – радиус колеса автомобиля, м; G_a – масса автомобиля, кг; g – ускорение свободного падения, м/с²; J_т – момент инерции турбинного колеса, кгм×с²;  = tg a – кинематическая характеристика; a – угол между касательной к кривой n_н = f (n_т) и осью абсцисс на выходной характеристике гидротрансформатора; J_к – момент инерции колеса автомобиля, кгм×с²; Z_к – число колес на автомобиле.

  Из-за низкого кпд гидротрансформатора время его работы в режиме трансформации крутящего момента ограничено. На многих современных автомобилях гидротрансформатор работает только при трогании автомобиля с места. После того, как частота вращения коленчатого вала достигает  средних или несколько выше средних значений, гидротрансформатор автоматически блокируется.  На старых моделях легковых и груховых автомобилей гидротрансформаторы не блокировалсь или блокировалмсь лишь на некоторых передачах.   Так на тягаче МАЗ-537 гидротрансформатор блокируется нажатием на кнопку на щитке приборов только на последней третьей передаче в коробке передач. На тягаче КЗКТ-7428 принудительное блокирование гидротрансформатора возможно на всех трех передачах.

 Число передач в гидромеханических коробках передач увеличивается. На первых автомобилях с гидромеханическими коробками передач было 2-3 передачи. В настоящее время в некоторых автоматических коробках передач легковых автомобилей оно равно семи.  

  На прежних моделях автомобилей силу тяги на колесах определяли при с еоэффициенте трансформации момента когда кпд гидротрансформатора равен К_р80 (рабочий коэффициент трансформации при 80 % кпд гидротрансформатора). Теперь же из-за того, что гидротансформатор блокируется, передаточное число первой передачи нередко рассчитываеся без учета гидротрансформатора.

С целью снижения стоимости изготовления, повышения кпд и надежности автомобиля нашли  применение гидромеханические коробки передач, состоящие из  гидротрансформатора, сухого сцепления и ступенчатой синхронизированной коробки передач – так называемые передачи WSK. Сцепление в этих передачах требуется для  полного отсоединения коробки передач при включении передач, т.к. даже на малых оборотах на турбинное колесо гидротрансформатора имеется крутящий момент, что делает невозможным включение передач. Гидротрансформатор в этих передачах кроме увеличения крутящего момента служет для сохранения от износа накладок сцепления: при трогании автомобиля с места.  буксуют колеса гидротрансформатора, а не диски сцепления. 

 В передачах WSK сцепление нагружено моментом двигателя, умноженным на коэффицент трансформции гидротрансформатора. Расположить сначала сцепление, а потом гидротрансформатор и снизить таким образом момент на сцеплении нельзя, потому что момент инерции гидротрансформатора очень большой, быстро изменить его скорость вращения при включнии педач за счет трения в синхронизаторе невозможно. Это затруднит включение передач.              

   Так как буксование дисков сцепление в передачах WSK при разгоне отсутствует, диски сцепления могут быть небольшого размера, а удельное давление на накладках такое же, как на накладках тормозных колодок, т.е. в 5-10 раз выше принятых для накладок дисков сцепления.  

 Управление автомобилем с передачами WSK может выполняться двухпедальным: педаль подачи топлива и тормозная педаль. Педаль для выключения сцепления не обязательна.  Плавное включение сцепления,  при наличии гидротрансформатора не требуется.  Выключение сцепления производится сжатым воздухом, подача которого к исполнительному цилиндру или камере происходит от электропневмоклапана при нажатии водителем на рычаг включения передач, который соединен с включателем электропневмоклапана.