Гидростатическая трансмиссия что это такое

ГИДРОСТАТИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ

Главным достоинством гидростатической трансмиссии является возможность плавного изменения передаточного отношения в широком диапазоне частот вращения, что позволяет гораздо лучше использовать крутящий момент двигателя машины по сравнению со ступенчатым приводом. Поскольку выходную частоту вращения можно довести до нуля, возможен плавный разгон машины с места без применения сцепления. Малые скорости движения особенно нужны для различных строительных и сельскохозяйственных машин. Даже значительное изменение нагрузки не влияет на выходную частоту вращения, поскольку проскальзывание у данного типа трансмиссии отсутствует.

Большим достоинством гидростатической трансмиссии является простота реверсирования, которое обеспечивается простым изменением наклона плиты или гидравлически, изменением потока рабочей жидкости. Это позволяет обеспечить исключительную маневренность транспортного средства.

Гидростатическая трансмиссия позволяет плавно и сверхточно регулировать передвижение машины или плавно регулировать частоту вращения рабочих органов. Использование электропропорционального управления и специальных электронных систем позволяет достичь наиболее оптимального распределения мощности между приводом и исполнительными механизмами, ограничить нагрузку двигателя, снизить расход топлива. Мощность двигателя используется максимально даже на самых малых скоростях передвижения машины.

Недостатком гидростатической трансмиссии можно считать более низкий КПД по сравнению с механической передачей. Однако по сравнению с механическими трансмиссиями, включающими коробки передач, гидростатическая трансмиссия оказывается экономичнее и быстрее. Происходит это по причине того, что в момент ручного переключения передач приходится отпускать и нажимать педаль газа. Именно в этот момент двигатель тратит много мощности, а скорость машины меняется рывками. Все это негативно сказывается как на скорости, так и на расходе топлива. В гидростатической трансмиссии этот процесс происходит плавно и двигатель работает в более экономичном режиме, что повышает долговечность всей системы.

КЕМКРАН-ДСТ
650025, г. Кемерово, ул. Рукавишникова 9а

Источник

Гидростатическая трансмиссия как прорывная конкурентная технология

Конец 2010-х годов: мировой финансовый кризис ударил по России, курс доллара вырос в 1,5 раза. Объем рынка строительно-дорожной техники в целом и в бульдозерной тематике, в частности, упал в 5–7 раз, впоследствии начав расти только в 2011 г. Но как известно, кризис – это и лучшее время для роста, и для принятия нестандартных решений. Руководство «ДСТ-УРАЛ» принимает решение о разработке нового серийного бульдозера, способного полностью заменить устаревшую конструкцию с механической трансмиссией.

В то время на рынке бульдозеров легкого и среднего класса, как в мире, так и России, преобладали машины с классической гидромеханической трансмиссией либо с устаревшей механической. Конструкторами завода был проведен глубокий анализ преимуществ и недостатков всех видов трансмиссий. В результате выбор пал на гидростатическую трансмиссию (по-научному правильно называть ее гидрообъемным приводом передачи мощности, но из-за перевода с английского языка прижился термин именно ГСТ – гидростатическая трансмиссия).

В тот момент в России были попытки сделать массовый бульдозер с ГСТ: в начале 2000-х годов был разработан ТС10 «Добрыня» производства ЧСДМ (г. Челябинск), позже документация на эту машину была передана на ХТЗ (г. Харьков) и в «Орёлдормаш» (г. Орёл), где появилась модернизированная версия Б-100. Но эти машины не выдержали проверку временем и к 2010 г. уже практически не выпускались.

Среди мировых производителей полностью на ГСТ-приводе свои трактора делали фирмы Liebherr, Case, John Deere и New Holland. Крупнейшие производители в лице Caterpillar и Komatsu, а также массовые производители китайских тракторов данную трансмиссию на тот момент всячески критиковали и в своей технике практически не использовали. Но как показало время, гидростатический привод доказал свою конкурентоспособность как в экономическом, так и в эксплуатационном плане, и сейчас все больше новых тракторов выпускается с таким видом трансмиссии, увеличивается их общая доля рынка.

В чем же преимущества гидростатической трансмиссии? Начать стоит с описания принципа работы: ГСТ бульдозера – это гидрообъемная передача с закрытым замкнутым гидроконтуром (в этом основное отличие от популярного экскаваторного варианта трансмиссии, где контур открытый). В состав трансмиссии входят два гидронасоса и два гидромотора (по одному на каждый борт, в более тяжелых бульдозерах, начиная от 40 т, количество агрегатов может быть увеличено). Насосы преобразуют механическую энергию вращения вала ДВС в энергию потока масла под определенным давлением, передавая мощность посредством рукавов высокого давления гидромоторам. Те преобразуют энергию обратно в механическое вращение, приводя в действие исполнительный механизм – приводной редуктор. Сам гидравлический контур закрыт, жидкость в нем обновляется примерно на 10% каждую минуту с помощью специальных клапанов промыва и насосов подпитки, тем самым контур охлаждается и очищается. Это помогает избежать больших сечений РВД подвода и отвода жидкости от приводного контура и компактно разместить всю трансмиссию.

Одним из ключевых достоинств ГСТ является возможность плавного бесступенчатого изменения передаточного отношения в широком диапазоне частот вращения, что позволяет намного эффективнее использовать крутящий момент двигателя машины по сравнению со ступенчатым приводом во всем диапазоне нагрузок и скоростей машины. Объем насосов регулируется пропорционально от нуля до максимума, что делает возможным плавный разгон машины с места без применения сцепления. А пропорциональное уменьшение объема гидромоторов позволяет реализовать разгон машины до транспортной скорости без разрыва потока мощности, рывков и потерь.

Благодаря электронному контролю всей трансмиссии и топливоподачи ДВС даже значительное и резкое изменение нагрузки не влияет на выходную частоту вращения, поэтому машина сама держит обороты ДВС на нужном уровне согласно требуемой нагрузке, что позволяет существенно экономить топливо в условиях высокой маневренности бульдозера и непрерывности тягового усилия. Когда нагрузка с бульдозера снимается, обороты двигателя автоматически падают до холостых. При этом ГСТ позволяет обеспечить максимальную тягу машины даже на низкой скорости и низких оборотах ДВС.

Большим достоинством гидростатической трансмиссии является простота реверсирования гусениц с возможностью разворота на месте с нулевым радиусом, что дает исключительную маневренность машине.

Отсутствие механической связи ДВС и приводных редукторов позволяет сильно упростить кинематическую схему, существенно облегчить компоновку машины на этапе разработки, упростить ремонтные и обслуживающие мероприятия, значительно повысить надежность. Количество элементов сведено к минимуму – их всего два: гидронасос и гидромотор, тогда как в ГТР это сам гидротрансформатор, планетарная коробка передач, главная передача, многодисковый бортовой фрикцион и гидравлический привод дифференциального поворота. В случае поломки весь ремонт осуществляется путем замены гидронасоса или гидромотора в сборе (что достаточно быстро), а затем дефектовки вышедшего из строя агрегата на стенде. Учитывая, что данные агрегаты производит множество мировых компаний, обеспечивается поддержание конкурентной среды среди поставщиков, а значит, низкий уровень цены при высоком уровне качества.

Недостатком гидростатической трансмиссии можно считать более низкий КПД по сравнению с механической или гидромеханической передачей. Однако по сравнению с трансмиссиями, включающими коробки передач, ГСТ оказывается экономичнее, проще и быстрее. Также ранее применение ГСТ ограничивали цена изделия, требования к маслам и сложность реализации электронного управления. Однако со временем совершенствование технологий механообработки и широкое распространение синтетических масел, производимых под заранее заданные параметры использования, развитие микроэлектроники, позволившее реализовывать сложные алгоритмы управления ГСТ, позволили значительно снизить себестоимость такого вида привода.

Еще одним недостатком ГСТ-привода можно считать предвзятое отношение к нему со стороны эксплуатирующих организаций. Но опробовав новые технологии, назад уже никто не хочет возвращаться. Еще недавно все автолюбители боялись ставить автоматическую коробку передач, предпочитая механику. Сейчас механических коробок передач практически не осталось, а автоматы используют не только на легковом транспорте, но и на большегрузных машинах, внедорожных самосвалах, автобусах и т. д. Причем эти машины успешно работают в диапазоне температур от +50 до –50 °С. В аналогичных условиях работает и бульдозер ГСТ, причем проблем не возникает как в трансмиссии, так и в электронной системе управления.

Бытует также ошибочное мнение, что для ГСТ необходимо только иностранное, самое дорогое и специализированное масло. Это не так, качество отечественных масел давно подтверждено, они соответствуют мировым стандартам качества, и эксплуатация возможна во всем температурном диапазоне. Заводом была проведена большая работа по изучению темы смазочных материалов, на текущий момент руководством по эксплуатации разрешается применение масел около 50-ти производителей, из которых пять отечественных. В качестве дополнительной меры защиты работа бульдозера с ГСТ построена таким образом, что контроллер запрещает движение на слишком холодном масле, а подогрев от –50° до оптимальной температуры происходит в автоматическом режиме в течение 15–20 минут.

Выбор ГСТ с электронным управлением, с учетом всех описанных преимуществ, подтолкнул завод «ДСТ-УРАЛ» разработать полностью электронную систему управления всеми остальными системами машины, что позволило легко реализовывать и внедрять любые программы по управлению машиной, получать удаленный доступ и контроль параметров, существенно упростить управление машиной, адаптировать ее под оператора. Все это помогло существенно снизить требования к квалификации бульдозериста, и теперь для управления машиной ему достаточно лишь двух джойстиков: левый отвечает за все движение, правый за навесное оборудование.

В итоге все вышеописанные преимущества позволили технике «ДСТ-УРАЛ» прочно занять свою нишу на дорожно-строительном рынке СНГ, с каждым годом завод наращивает выпуск конкурентной продукции и внедряет передовые технологии контроля и управления машинами.

Источник

Почему Komatsu использует в линейке два вида трансмиссии: гидростатическую и гидромеханическую

Какой должна быть трансмиссия бульдозеров: гидростатической или гидромеханической? Какая из них удобнее в работе, для каких целей? Это один из давних споров между пользователями и даже между производителями техники. Komatsu решила этот спор, использовав в линейке бульдозеров оба варианта, но в технике разного назначения. И вот почему.

Для начала сравним, как работают обе системы.

Гидромеханическая трансмиссия — это гидротрансформатор плюс обычная шестеренчатая коробка передач. Автоматическая, как на бульдозерах Komatsu 16-й серии, или с переключением в ручном режиме, как на бульдозерах 12-й серии. Ключевой элемент — гидротрансформатор, который преобразует и увеличивает тягу относительно тяги, которую выдает двигатель. Например, если двигатель выдает 100 Н·м, то на выходе из турбинного колеса получаем тягу до 240 Н·м. Это огромный плюс гидромеханики, но в этом и ее проблема. Такой режим трансформации достигается только при высокой степени пробуксовки гидротрансформатора, когда турбинное колесо стоит, а насосное очень быстро крутится. При этом возникают внутренние потери на трение жидкости внутри гидротрансформатора, резко снижается КПД. Зато тяга максимальна.

В гидростатике два ключевых элемента: насос, который преобразует энергию двигателя в движение жидкости, и гидромотор, который приводит в движение гусеницы. Гидротрансформатора нет, то есть тяга меньше, зато выше КПД.

Из этого следует разница в назначении машин с этими типами трансмиссии.

Бульдозеры с гидромеханикой — это инструмент для тяжелых работ, где требуется высокая тяга. В первую очередь это горная промышленность, работа в карьерах. Максимальная тяга часто полезна и для тяжелых строительных работ, например при подготовке площадок для кустовых месторождений, то есть при работе на мерзлом грунте. Это бульдозеры Komatsu D65EX-16, D155A-5, D275A-5, D375A-6.

Тяжелый бульдозер Komatsu D375A-6 трудится на известняковом карьере в Дании

Ниша бульдозеров на гидростатике — дорожные и коммунальные работы. Специфика задач в этих видах деятельности требует максимальной маневренности и экономичности техники. При постоянных передвижениях с относительно малой нагрузкой себестоимость работы техники на гидростатической трансмиссии будет ниже, например из-за меньшего расхода топлива. Поэтому модели Komatsu для строительства дорог и городских работ оснащены насосами и гидромоторами. Это D39EX/PX-22 и D37EX/PX-22.

Но есть модель, техническое решение которой вызывает самые бурные обсуждения как минимум потому, что это самая распространенная, популярная модель в линейке бульдозеров Komatsu. Это D65-16 в спецификациях EX/PX/WX.

Двадцатитонный D65 — универсал. Он популярен у строителей в нефтегазовой сфере, его можно встретить на песчаных, щебеночных и угольных карьерах, его используют в дорожном строительстве и даже порой на крупных городских проектах. Причем часто, если у компании — владельца техники есть сразу несколько проектов, бульдозер переводят с одной задачи на другую и он продолжает эффективно трудиться. Например, из карьера — на строительство дороги. И в D65 стоит гидромеханическая коробка передач.

Часть стандартных работ, где обычно задействован «шестьдесят пятый», — это именно те работы, про которые выше говорилось, что на них чаще используют технику с гидростатикой. Вот, например, видео, где на дорожных работах бок о бок трудятся Komatsu D65EX-12 с гидромеханической коробкой передач и машина примерно этого же класса от другого производителя (на гидростатике).

Бульдозер Komatsu D65EX-12 на дорожных работах рядом с машиной на гидростатике

Давайте обозначим критерии, по которым можно сравнить эффективность эксплуатации на схожих задачах машин с разными типами трансмиссии:

Производительность бульдозеров

На вскрыше скальной породы гидромеханика однозначно полезнее гидростатики. На задачах, где не требуется максимальное тяговое усилие, у гидростата с замкнутым контуром значительно выше КПД за счет меньших потерь энергии. Эксплуатанты отмечают и большую управляемость: бульдозер может поворачивать во время перемещения грунта. Но это могут делать и бульдозеры на гидромеханике с гидросистемой поворота HSS, например D65EX-16.

Экономичность

При цикличных перемещениях с коротким плечом гидростатика выигрывает.

При постоянном движении с определенной скоростью гидромеханика оказывается экономичнее.

Ресурс трансмиссии и общая надежность техники

Гидростатическая трансмиссия — более сложная система. Если просто сравнить ресурс насоса и гидротрансформатора,- последний оказывается более надежным. Но все зависит от производителя, оператора и механиков. Качественный гидронасос при грамотной эксплуатации и профессиональном сервисе полностью отрабатывает свой ресурс, как и гидротрансформатор.

Но в сложных условиях бульдозер на гидромеханике будет трудиться без помех, тогда как к гидростату придется относиться с большой осторожностью или вовсе нельзя будет работать на технике с ним.

Например, если речь о работе на горячем шлаке, то ходовой мотор может просто загореться вместе со всеми горючими жидкостями, которые он прокачивает.

А в эксплуатации при низких температурах гидромеханике нужно меньше времени для подготовки к работе, нет нужды трепетно соблюдать ритуал прогрева, ей не так страшны частые остановки двигателя на час-другой.

Гидросистема ходовой части очень требовательна к использованию низкотемпературных гидравлических жидкостей, и ее обязательно нужно прогреть перед движением. Если в сильный мороз это не сделать, а завести и сразу тронуть бульдозер с места, можно повредить сальники на валах насоса и мотора, гидрошланги и т. д.

Ремонтопригодность

Компоненты гидростата легче и быстрее заменяются хотя бы потому, что они меньшего размера, чем компоненты на механике. Если запчасти под рукой, склад близко или вообще на участке (на крупных проектах с сервисной поддержкой от дистрибьютора), то в среднем ремонт занимает одну смену. Из этого времени сама работа с гидронасосом или гидромотором — это 2–3 часа. С гидромеханикой процесс замены компонентов ощутимо тяжелее и дольше.

Затраты на эксплуатацию (включая ТОиР)

Гидротрансформатор и его КПП до ремонта служат дольше, чем гидромотор с гидронасосом. Хотя бы потому, что они менее требовательны к правильной эксплуатации, более неприхотливы. Ресурс компонентов у гидростата меньше, покупать и менять компоненты нужно несколько чаще. Так что, если сравнивать расходы за один и тот же промежуток времени, получается паритет между двумя системами.

Гидростатика vs гидромеханика: финальный подсчет

Резюмируем: в стоимости обслуживания и ремонта, в сложности этих процедур у гидростатики и гидромеханики примерный паритет, достоинства и недостатки обоих систем уравновешивают друг друга, если сравнивать эксплуатацию за более-менее продолжительный срок. Ключевая разница — в применении бульдозеров с этими системами: экономичность и высокий КПД против максимальной тяги и неприхотливости. Соответственно, выбор техники с тем или иным типом передачи крутящего момента двигателя зависит от задач владельца. Для тяжелых условий, для максимальных показателей по производительности и экономичности — однозначно, гидромеханика. Для более щадящей работы — гидростатика.

Это касается и «пограничного» случая с D65: если у компании задачи связаны в основном с городским и дорожным строительством, есть смысл выбрать более легкие модели D39 или D37 с гидростатической трансмиссией. Тем, кто работает на месторождениях, на Севере, прокладывает нефте- и газопроводы, для работы в карьерах может быть удобнее более неприхотливый и мощный D65. Также D65 с его гидромеханикой предпочтительнее для проектов, где много работы для рыхлителя.

Тем, кто совмещает разные типы работ, также есть смысл использовать технику на гидромеханике: она может оказаться менее экономичной на легких задачах, но вытянет там, где не справится бульдозер на гидростате.

Источник

Гидростатические транмиссии, основы проектирования

Принцип действия гидростатических трансмиссий (ГСТ) прост: насос, подключенный к первичному двигателю, создает поток для привода гидравлического мотора, который соединен с нагрузкой. Если объемы насоса и мотора постоянны, ГСТ просто выступает в качестве редуктора для передачи мощности от первичного двигателя к нагрузке. Однако в большинстве гидростатических трансмиссий используются регулируемые насосы или гидромоторы с переменным объемом или оба типа сразу, так что скорость, крутящий момент, или мощность можно регулировать.

В зависимости от конфигурации, гидростатическая трансмиссия может управлять нагрузкой в двух направлениях (прямой и реверс) с бесступенчатым изменением скорости между двумя максимумами при постоянных оптимальных оборотах первичного мотора.

ГСТ предлагают много важных преимуществ по сравнению с другими формами передачи энергии.

Рис.2
Какими бы ни были задачи, гидростатические трансмиссии должны быть разработаны для оптимального соответствия между двигателем и нагрузкой. Это позволяет двигателю работать на наиболее эффективной скорости и ГСТ соответствовать условиям эксплуатации. Чем лучше соответствие между входными и выходными характеристиками, тем эффективнее вся система.

В конечном счете, гидростатическая система должна быть рассчитана на баланс между эффективностью и производительностью. Машина, предназначенная для достижения максимальной эффективности (высокий КПД), как правило, имеет вялую реакцию, которая снижает производительность. С другой стороны, машина с быстрой реакцией обычно имеет КПД ниже, так как запас мощности доступен в любое время, даже тогда, когда нет непосредственной необходимости для выполнения работы.

Четыре функциональных типа гидростатических трансмиссий.

Функциональные типы ГСТ различаются сочетаниями регулируемого или нерегулируемого насоса и мотора, что и определяет их эксплуатационные характеристики.
В самой простой форме гидростатической трансмиссии используются насос и мотор с фиксированными объемами (рис. 3а). Хотя эта ГСТ является недорогой, ее не применяют из-за низкого КПД. Поскольку объем насоса фиксированный, то он должен быть рассчитан для привода мотора с максимальной установленной скоростью при полной нагрузке. Когда максимальная скорость не требуется, часть рабочей жидкости из насоса проходит через предохранительный клапан, превращая энергию в тепло.

Использование в гидростатической трансмиссии насоса с регулируемой подачей и гидромотора с постоянным объемом можно обеспечить передачу постоянного крутящего момента (рис. 3b). Выходной крутящий момент постоянен при любой скорости, так как зависит только от давления жидкости и объема гидромотора. Увеличение или уменьшение подачи насоса увеличивает или уменьшает скорость вращения гидромотора, а следовательно и мощность привода, в то время как крутящий момент остается постоянным.

ГСТ с насосом постоянного объема и регулируемым гидромотором обеспечивает передачу постоянной мощности (рис. 3в). Так как величина потока, поступающего в гидромотор, постоянна, а объем гидромотора изменяется, для поддержания скорости и крутящего момента, то передаваемая мощность постоянна. Уменьшение объема гидромотора увеличивает скорость вращения, но уменьшает крутящий момент и наоборот.

Наиболее универсальной гидростатической трансмиссией является комбинация регулируемого насоса и гидромотора с переменным объемом (рис. 3d). Теоретически, эта схема обеспечивает бесконечные соотношения крутящего момента и скорости к мощности. С гидромотором при максимальном объеме, изменяя мощность насоса, напрямую регулируем скорость и мощность, в то время как крутящий момент остается постоянным. Уменьшение объема гидромотора при полной подаче насоса увеличивает скорость мотора до максимума; крутящий момент изменяется обратно пропорционально скорости, мощность остается постоянной.

Кривые на рис. 3d иллюстрируют два диапазона регулировки. В диапазоне 1, объем гидравлического мотора установлен на максимум; объем насоса увеличивается от нуля до максимума. Крутящий момент остается постоянным при увеличении объема насоса, но мощность и скорость увеличиваются.

Диапазон 2 начинается, когда насос достигает максимального объема, который поддерживается постоянным, в то время как объем гидромотора уменьшается. В этом диапазоне, крутящий момент уменьшается по мере увеличения скорости, но мощность остается постоянной. (Теоретически, скорость гидромотора может быть увеличена до бесконечности, но с практической точки зрения, она ограничена динамикой.)

Предположим, что крутящий момент гидромотора 50 Н*м должен быть достигнут при 900 оборотах в минуту с ГСТ фиксированного объема.

Требуемая мощность определяется из:
P = T × N / 9550

Где:
P – мощность в кВт
Т – крутящий момент Н*м,
N – скорость вращения в оборотах в минуту.

Таким образом, Р=50*900/9550=4,7 кВт

Если мы возьмем насос с номинальным давлением

100 бар, то подачу можем вычислить:

Где:
Q – подача в л/мин
p – давление в бар

Затем выбираем гидромотр объемом 31 см3, который при такой подаче обеспечит частоту вращения примерно 900 об/мин.

Проверяем по формуле крутящего момента гидромотора index.pl?act=PRODUCT&id=495

На рис.3 показаны характеристики мощности / крутящего момента / скорости для насоса и мотора, при условии, что насос работает с постоянной подачей.

Подача насоса максимальна при номинальной скорости, и насос подает все масло в гидромотор при постоянной скорости последнего. Но инерция нагрузки делает невозможным мгновенное ускорение мгновенно до максимальной скорости, так что часть потока насоса сливается через предохранительный клапан. (Рис. 3а иллюстрирует потери мощности при разгоне.) По мере того как гидромотор увеличивает скорость вращения, в него поступает все больше потока от насоса, и меньше масла уходит через предохранительный клапан. При номинальной скорости, все масло проходит через мотор.

Крутящий момент постоянен, т.к. определяется настройкой предохранительного клапана, которая не меняется. Потеря мощности на предохранительном клапане это разница в мощности развиваемой насосом и мощности приходящей на гидромотор.

Площадь под этой кривой представляет потерянную мощность, когда движение начинается или заканчивается. Также видна низкая эффективность для любой рабочей скорости ниже максимума. Гидростатические трансмиссии с фиксированными объемами не рекомендуются в приводах требующих частых запусков и остановок, или когда часто нет необходимости в полном крутящем моменте.

Теоретически, максимальная мощность, передаваемая гидростатической трансмиссией, определяется расходом и давлением.

Тем не менее, в трансмиссиях с постоянной передаваемой мощностью (нерегулируемый насос и гидромотор с переменным объемом) теоретическая мощность делится на коэффициент момент/скорость, что и определяет выходную мощность. Наибольшая передаваемая мощность определяется при минимальной выходной скорости, при которой эта мощность должна быть передана.

Например, если минимальная скорость, представленная точкой А на кривой мощности рис. 4, составляет половину максимальной мощности (а момент силы при этом максимальный), то отношение момент – скорость составляет 2:1. Максимальная мощность, которая может быть передана, равна половине теоретического максимума.

При скорости менее половины максимума, крутящий момент остается постоянным (на своем максимальном значении), но мощность уменьшается пропорционально скорости. Скорость в точке А является критической скоростью и определяется динамикой компонентов гидростатической трансмиссии. Ниже критической скорости, мощность уменьшается линейно (с постоянным крутящим моментом) до нуля при нулевых оборотах в минуту. Выше критической скорости, крутящий момент уменьшается по мере увеличения скорости, что обеспечивает постоянную мощность.

Проектирование закрытой гидростатической трансмиссии.

В описаниях закрытых гидростатических трансмиссий на рис. 3 мы сконцентрировались только на параметрах. На практике в ГСТ должны быть предусмотрены дополнительные функции.

Дополнительные компоненты со стороны насоса.

Рассмотрим, например, ГСТ с постоянным крутящим моментом, который наиболее часто используется в системах сервопривода рулевого управления с регулируемым насосом и нерегулируемым гидромотором (рис. 5а). Поскольку контур закрытый, утечки из насоса и мотора собираются в одну дренажную линию (рис. 5б). Объединенный дренажный поток поступает через маслоохладитель в бак. Маслоохладитель в гидростатическом приводе рекомендуется обязательно устанавливать при мощности более 40 л.с.
Одним из наиболее важных компонентов в гидростатической трансмиссии закрытого типа является насос подкачки. Этот насос обычно встроен в основной, но может быть установлен отдельно и обслуживать группу насосов.
Независимо от расположения, насос подкачки выполняет две функции. Во-первых, он предотвращает кавитацию основного насоса, компенсируя утечки жидкости насоса и гидромотора. Во-вторых, обеспечивает давление масла требуемое механизмам управления смещения диска.
На рис. 5с показан предохранительный клапан А, который ограничивает давление насоса подкачки, которое обычно составляет 15-20 бар. Обратные клапаны В и С установленные навстречу друг к другу обеспечивают соединение всасывающей линии насоса подпитки с линией низкого давления.

Дополнительные компоненты со стороны гидромотора.

Типичная ГСТ закрытого типа должен иметь так же в своем составе два предохранительных клапана (D и Е на рис. 5d). Они могут быть встроены как в мотор, так и в насос. Эти клапаны выполняют функцию защиты системы от перегрузки, возникающей при резких изменениях нагрузки. Эти клапаны так же ограничивают максимальное давление, перепуская поток из линии высокого давления в линию низкого, т.е. выполняют ту же функцию, что и предохранительный клапан в открытых системах.

В дополнение к предохранительным клапанам в системе установлен клапан «или» F, который давлением всегда переключен так, что соединяет линию низкого давления с предохранительным клапаном G низкого давления. Клапан G направляет избыточный поток насоса подкачки в корпус гидромотора, и затем этот поток через дренажную линию и теплообменник возвращается в бак. Это способствует более интенсивному обмену масла между рабочим контуром и баком, эффективнее охлаждая рабочую жидкость.

Контроль кавитации в гидростатической трансмиссии

Жесткость в ГСТ зависит от сжимаемости жидкости и соответствия системы компонентов, а именно труб и шлангов. Влияние этих компонентов можно сравнить с эффектом подпружиненного аккумулятора, если бы он был подключен к линии нагнетания через тройник. При небольшой нагрузке, пружина аккумулятора сжимается немного; при больших нагрузках, аккумулятор подвергается существенно большему сжатию и в нем больше жидкости. Этот дополнительный объем жидкости должен подаваться с помощью насоса подпитки.
Критическим фактором является скорость нарастания давления в системе. Если давление поднимается слишком быстро, темп роста объема на стороне высокого давления (сжимаемости потока) может превысить производительность насоса подпитки, а основном насосе возникает кавитация. Возможно, схемы с регулируемыми насосами и автоматическим управлением наиболее чувствительны к кавитации. Когда в такой системе происходит кавитация, давление падает или пропадает вовсе. Автоматические средства управления могут попытаться отреагировать, что приводит к нестабильной системы.
Математически, скорость нарастания давления может быть выражено следующим образом:

B_{e –} эффективный объемный модуль системы, кг/см2

V – объем жидкости на стороне высокого давления см3

Qcp – производительность насоса подкачки в см3/сек

Предположим, что ГСТ на рис. 5 соединен стальной трубой 0,6 м, диаметром 32 мм. Пренебрегая объемами насоса и двигателя, V составляет около 480 см3. Для масла в стальных труба, эффективный объемный модуль упругости составляет около 14060 кг/см2. Предполагая, что насос подпитки подает 2 см3/сек., то скорость нарастания давления:
dp/dt = 14060 × 2/480
= 58 кг/см2 / сек.
Теперь рассмотрим влияние системы с длиной 6 м шланга с трехпроводной оплеткой диаметром 32 мм. Завод-изготовитель шланга дает данные B_e около 5 906 кг/см2.

dp/dt = 5906 × 2 / 4800 = 2,4 кг/см2 / сек.

Из этого следует, что увеличение производительности насоса подкачки ведет к уменьшению вероятности возникновения кавитации. Как альтернатива, если резкие нагрузки не частые, можно добавить в линию подкачки гидроаккумулятор. В самом деле, некоторые производители ГСТ делают порт для подключения аккумулятора к цепи подкачки.

Если жесткость ГСТ низка, и он оснащен автоматическим управлением, то запуск трансмиссии всегда нужно осуществлять с нулевой подачей насоса. Кроме того, скорость механизма наклона диска должна быть ограничена, чтобы предотвратить резкие старты, которые, в свою очередь, могут вызывать скачки давления. Некоторые производители ГСТ предусматривают демпфирующие отверстия с целью сглаживания.

Таким образом, система жесткости и контроля скорости повышения давления могут быть более важны для определения производительности насоса подкачки, чем просто внутренние утечки насоса и гидромоторов.

Источник