Гидромеханические коробки передач. Гидротрансформатор.

Жидкость, так же как и твердые тела, может передавать механическую энер­гию. Например, вытекающая из бака под действием напора струя жидкости ударяет в лопасти колеса и вращает его. Энергия напора жидкости превращается в кинети­ческую энергию струи жидкости, которая сообщается колесу и расходуется на при­вод рабочего механизма. Если представить себе обратную картину - лопастное ко­лесо вращается от какого-то постороннего двигателя, тогда, наоборот, колесо будет сообщать кинетическую энергию жидкости, находящейся на лопатках колеса. В этом и заключается принцип работы гидротрансформатора, являющегося одним из элементов гидромеханической коробки передач.

 

Гидротрансформатор представляет собой гидравлический механизм, который обычно располагается между двигателем и коробкой передач автомобиля. Он обес­печивает автоматическое изменение передаваемого от двигателя крутящего момента в соответствии с изменением нагрузки на выходном валу коробки передач. Гидро­трансформатор состоит из трех колес с криволинейными лопатками (рис. 3.17): на­сосного 2, соединенного с корпусом 8 гидротрансформатора, и приводимого во вращение от коленчатого вала двигателя 1; турбинного 4, связанного с первичным валом 5 коробки передач; и реактора 3, закрепленного через муфту свободного хода 7 на пустотелом валу 6, соединенном с картером коробки передач.

 

Муфта свободно­го хода 7 позволяет колесу реактора 3 вращаться только в одном направлении по­путно с вращением насосного колеса 2. Колеса гидротрансформатора установлены внутри корпуса 8, закрепленного на маховике 9 двигателя. Внутренняя часть корпу­са 8 является рабочей полостью гидротрансформатора и заполняется циркулирую­щим под давлением маловязким маслом.

 

При работе гидротрансформатора масло, нагнетаемое в рабочую полость, за­хватывается лопатками вращающегося насосного колеса 2, отбрасывается центро­бежной силой вдоль криволинейных лопаток к его периферии и поступает на лопат­ки турбинного колеса 4. В результате создаваемого при этом напора масла турбин­ное колесо 4 приводится в движение вместе с первичным валом 5 коробки передач. Далее масло поступает на лопатки колеса - реактора 3, изменяющего направление потока жидкости, и затем в насосное колесо, непрерывно циркулируя по замкнутому кругу рабочей полости и участвуя в общем вращении с колесами гидротрансформа­тора, как указано на рис. 3.17,а. Поток жидкости, выходящей из турбинного колеса 4, ударяется в лопатки колеса-реактора 3 с тыльной, по отношению к направлению вращения, стороны. Муфта свободного хода 7 при этом заклинивается, благодаря чему колесо-реактор становится неподвижным. Наличие неподвижного колеса-реактора способствует возникновению на его лопатках реактивного момента, воз­действующего через жидкость на лопатки турбинного колеса дополнительно к мо­менту, передаваемому на него от насосного колеса.

 

Чем медленнее вращается турбинное колесо (по сравнению с насосным) из-за повышенной внешней нагрузки, приложенной к валу турбинного колеса от транс­миссии, тем значительнее лопатки реактора изменяют направление проходящего че­рез него потока жидкости и тем больший дополнительный момент передается от ре­актора турбинному колесу. В результате этого крутящий момент, передаваемый с вала турбины на трансмиссию, увеличивается и может в 2-3 раза превышать крутя­щий момент двигателя.

 

 При снижении нагрузки на турбинном колесе 4 и значительном повышении числа его оборотов, направление потока жидкости, поступающего с лопаток турби­ны, изменяется, и жидкость ударяется в лицевую поверхность лопаток реактора 3, стремясь вращать его в обратную сторону общего вращения. Тогда муфта свободно­го хода 7, расклиниваясь, освобождает реактор, и он начинает свободно вращаться в одном направлении с насосным колесом 2. При этом ввиду отсутствия на пути пото­ка жидкости неподвижных лопаток трансформация (изменение) момента прекраща­ется, а КПД гидротрансформатора увеличивается.

 

Способность гидротрансформатора автоматически изменять соотношение мо­ментов на валах в зависимости от соотношения частот вращения ведущего 1 и ведо­мого 5 валов, а, следовательно, и от внешней нагрузки является основной его осо­бенностью. Таким образом, действие гидротрансформатора подобно действию ко­робки передач с автоматическим изменением передаточного числа.

 

Но так как диапазон изменения крутящего момента гидротрансформатором недостаточен для различных условий эксплуатации автомобилей, а также он не обеспечивает получение передачи заднего хода, поэтому на автомобилях и автобу­сах гидротрансформатор обычно устанавливают совместно с планетарной или вальной механической коробкой передач.

 

Гидромеханическая коробка передач автомобиля БелАЗ-7548 изображена на рис. 3.18. Она включает гидротрансформатор, механическую вальную коробку пе­редач, тормоз-замедлитель 40, систему управления и охлаждения.

 

Гидротрансформатор - четырехколесный, комплексный, блокируемый. Ком­плексным называется гидротрансформатор, имеющий два режима работы, свойст­венные как гидротрансформатору, так и гидромуфте. Характерной особенностью комплексного гидротрансформатора является установка реактора или реакторов (в данном случае - двух) 8 и 9 на муфте свободного хода 12. В гидротрансформаторе теряется от 10 до 15 % мощности, что снижает тягово-скоростные свойства автомо­биля и ухудшает его топливную экономичность. Поэтому для увеличения КПД гид­ромеханической коробки передач на автомобилях применяются блокируемые гид­ротрансформаторы, имеющие фрикционную муфту, при включении которой жестко соединяются насосное 5 и турбинное 6 колеса.

 

Картер гидротрансформатора 20 присоединен с помощью болтов к промежу­точному картеру коробки передач 28. К нему также крепиться ступица гидротранс­форматора 24, на которую устанавливается подшипник 22 насосного колеса, яв­ляющийся задней опорой гидротрансформатора. Передней опорой служит выходной вал согласующей передачи (на рис. 3.18 - не показан). Полость гидротрансформато­ра образуется путем соединения выходного вала согласующей передачи, барабана фрикционной муфты блокировки 14, кожуха 7 и насосного колеса 5. Турбинное ко­лесо 6 крепиться к ступице, установленной на шлицах первичного (ведущего) вала 41 коробки передач. Первое реакторное колесо 9 и второе 8 установлены на муфтах свободного хода, опорой для которых служит ступица реактора 13, соединенная по-средствам шлиц со ступицей гидротрансформатора 24.