7.2. Гидрообъемные передачи

Основными агрегатами ГОП являются объемные гидравлические насос и мотор. Первый служит источником поступательного силового гидравлического потока рабочей жидкости, а второй - преобразователем энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, в крутящий момент.

Классификация объемных насосов и моторов. По характеру движения ведомого звена объемные насосы и моторы подразделяют на гидромашины с возвратно-поступательным и вращательным движением ведомого звена.

По возможности регулирования гидромашины подразделяют на

нерегулируемые и регулируемые, которые могут различаться по способу регулирования.

По характеру процесса вытеснения жидкости из рабочих камер гидромашины делят на поршневые и роторные.

Поршневыми называют объемные гидромашины, в которых вытеснение жидкости из рабочих камер производится при возвратнопоступательном (или возвратно-вращательном) движении рабочих органов, совершающих работу вытеснения или всасывания жидкости из рабочих камер.

Роторными называют гидромашины, в которых вытеснение или всасывание жидкости из рабочих камер происходит в процессе вращательного или вращательно-поступательного движения вытеснителей.

Особенностью объемных гидромашин является то, что большинство из них обратимы, т.е. одни и те же гидромашины могут использоваться в качестве насосов и моторов.

Конструкции гидронасосов и гидромоторов. В тракторных ГОП наибольшее распространение получили аксиально-поршневые гидромашины с торцовым распределителем и высокой частотой вращения ведущего вала (1500…2500 мин-1). В аксиально-поршневом насосе или моторе (рис. 7.7) цилиндры небольшого диаметра (до 25 мм), объединенные в блок, размещают по окружности параллельно или под малым углом к оси вращения блока 1. Поршни 2 цилиндров могут перемещаться в них под действием шайбы 3 (рис. 7.7,а), или блока 1 (рис. 7.7,б).

Регулирование подачи осуществляется изменением хода поршней в цилиндрах наклоном шайбы или блока на угол α до 30о относительно нейтрального (среднего) положения. Каждый агрегат имеет семь - девять цилиндров. Поршни ввиду малости размеров, можно выполнить в виде плунжеров, уплотнение которых обеспечивается

410

точным подбором размеров сопрягаемых поверхностей. Аксиальное расположение поршней и относительно высокая частота вращения ведущего вала обеспечивают преимущества аксиально-поршневых машин по массе, габаритным размерам и стоимости относительно насосов других видов. Аксиально-поршневые насосы имеют высокий КПД в диапазоне регулирования 2,5...3, максимальное значение которого достигает у лучших образцов 0,95.

Рис. 7.7. Схемы аксиально-поршневых гидромашин:

а – с наклонной шайбой; б – с наклонным блоком; 1 – блок цилиндров; 2 – цилиндр (плунжер); 3 – шайба

Аксиально-поршневые насосы с наклонной шайбой и наклонным блоком цилиндров получили примерно одинаковое распространение. Каждый из этих конструктивных типов имеет свои достоинства и недостатки.

К достоинствам насосов с наклонной шайбой следует отнести более простую систему подво-

да и отвода рабочей жидкости к распределителю насоса, так как ось вращения блока относительно остова машины не меняет своего положения. В насосах с наклонным блоком цилиндров ось вращения блока изменяет свое положение относительно остова машины, что усложняет конструкцию системы подвода рабочей жидкости к распределителю. Магистрали в насосах этого типа, как правило, расположены в цапфах, служащих опорами блока цилиндров.

Недостатком конструкции насосов с наклонным блоком цилиндров является необходимость силовой связи ведущего вала насоса с блоком цилиндров через карданную передачу, что увеличивает габаритные размеры и металлоемкость насоса. В насосах с наклонной шайбой карданные передачи или вообще отсутствуют или применяются меньших размеров, так как они не передают крутящий момент от ведущего вала к блоку цилиндров.

На рис. 7.8 показан аксиально-поршневой насос с наклонной шайбой. Корпус 5 гидронасоса закрыт с двух сторон фланцами 2 и 11, которые центрируются относительно корпуса штифтами 4 и 10. В расточках фланцев на конических роликоподшипниках 3 и 12 уста-

411

новлен вал 1, связанный через шлицевое соединение с блоком цилиндров 9 и насосом подпитки 13. В гильзах 17 цилиндрических отверстий блока цилиндров размещены аксиальные поршни 16, соединенные шаровыми опорами с башмаками. Последние скользят по рабочей поверхности шайбы 7, помещенной внутрь люльки 8. Люлька может поворачиваться на роликовых подшипниках 6 относительно полуосей 18, размещенных в корпусе 5.

Величина и направление подачи насоса регулируется поворотом люльки 8 и наклоном шайбы 7.

Рис. 7.8. Аксиально-поршневой насос с наклонной шайбой

Пружина 15 служит для начального поджатия блока цилиндров к торцовому распределителю 14.

При вращении вала 1 и блока цилиндров поршни 16, скользя по рабочей поверхности шайбы 7, совершают возвратно-поступательное движение с амплитудой, зависящей от угла наклона рабочей поверхности шайбы к оси вала. Изменение направления подачи насоса производится изменением направления наклона шайбы, т.е. угла α (рис. 7.7,а). При повороте диска против часовой стрелки на угол α вверх относительно нейтрального положения, отмеченного на рис. 7.7,а осевой линией, полости всасывания и нагнетания насоса меняются местами. В результате изменяется направление потока рабочей жидкости.

412

Подпоршневые объемы через отверстия на торце блока цилиндров соединяются с соответствующими каналами на торцовом распределителе, чем обеспечивается чередование циклов всасывания и нагнетания. Всасывающие магистрали основного насоса соединены с нагнетательной магистралью насоса подпитки.

Данная конструкция аксиально-поршневого насоса обладает наряду с реверсивностью свойством обратимости. Это свойство используется при создании на базе насоса гидромотора.

При подаче рабочей жидкости под давлением в одну из полостей гидромотора подпоршневые полости через отверстия на торце блока цилиндров и соответствующие каналы торцового распределителя соединяются с магистралью высокого давления, которое, воздействуя на цилиндры, создает тангенциальные составляющие силы на поверхности контакта башмаков с наклонной плоскостью диска. За счет этих составляющих создается крутящий момент на валу гидромотора.

Регулируемый гидронасос рассмотренной выше конструкции в агрегате с нерегулируемым или регулируемым гидромотором образует ГОП.

Радиально-поршневые гидромашины используют для передачи больших крутящих моментов при небольшой частоте вращения валов. Поэтому в ГОП тракторов радиально-поршневые гидромоторы устанавливают непосредственно в ведущих колесах трактора (моторколеса).

На рис. 7.9 показан гидромотор, установленный на одном из первых образцов колесного трактора с ГОП. Он представляет собой радиально-поршневую гидромашину эксцентрикового типа с пятью цилиндрами, прикрепленными кронштейнами к ободу ведущего колеса 1трактора. Внутри цилиндров 2 размещены поршни 6, шатуны 5 которых нижними головками дугообразной формы опираются на подвижную обойму, надетую на эксцентрик 4 неподвижной оси 3. Рабочая жидкость от насоса по напорной линии, по одному из трубопроводов 7, каналу в неподвижной оси 3 через распределитель 8 поступает в поршневую полость и перемещает поршни. Нижние головки шатунов, скользя по неподвижному эксцентрику оси, приводят во вращение блок цилиндров, а вместе с ним ведущее колесо трактора.

Существенным недостатком эксцентриковых радиальнопоршневых гидромоторов является высокая степень неравномерности крутящего момента. Для сельскохозяйственных тракторов этот недостаток особенно сказывается при работе МТА на пониженных технологических скоростях (до 1 км/ч), когда пульсация крутящего момента приводит к тому, что трактор движется рывками. Этот недостаток может быть устранен при применении многоходовых высокомомент-

413

ных гидромоторов, у которых поршни совершают несколько ходов за один оборот ротора. Однако такие гидромоторы сложнее и дороже одноходовых.

Рис. 7.9. Мотор-колесо с радиально-поршневым гидромотором

Радиально-поршневые гидромоторы, как одноходовые, так и многоходовые не получили широкого распространения в ГОП тракторов и самоходных машин.

Значительные размеры и масса радиально-поршневого гидромотора создают значительные динамические нагрузки на детали трансмиссии, что ограничивает повышение рабочих скоростей трактора. Для уменьшения влияния скорости на динамические нагрузки используют гидромоторы, у которых блок цилиндров неподвижен и укреплен на кожухе оси трактора. В этом случае вращается только вал с установленным на нем ведущим колесом.

Ограниченное использование радиально-поршневых гидромоторов в ГОП тракторов объясняется также их недостаточной надежностью, малой универсальностью и высокой стоимостью.

Полнопоточные гидрообъемные передачи. Полнопоточные ГОП получили распространение в трансмиссиях малогабаритных са- дово-огородных тракторов, тракторов для коммунального хозяйства, вспомогательных дорожных и строительных работ, т.е. там, где абсолютные потери мощности на передвижение машины невелики и ком-

414

пенсируются высокой ее маневренностью, легкостью управления и простотой компоновки.

Другая сфера применения полнопоточных ГОП - трансмиссии специализированных тракторов, где ее недостатки компенсируются гибкостью компоновки, расширением возможностей агрегатирования и упрощением передачи энергии потребителям.

Еще одна область использования полнопоточных ГОП - самоходные несущие шасси, оборудованные уборочными машинами (зерноуборочные, кормоуборочные, свекло- и картофелеуборочные комбайны), для которых важнейшим технологическим требованием является согласование скорости движения с урожайностью убираемой культуры, обусловливающей внешнюю нагрузку.

Полнопоточные ГОП ограниченно используются в трансмиссиях гусеничных тракторов промышленного и сельскохозяйственного назначения.

В качестве примера рассмотрим схему полнопоточной ГОП малогабаритного трактора МТЗ-082 с двигателем мощностью 9,2 кВт (рис. 7.10). Регулируемый аксиально-поршневой насос 1 и нерегулируемый аксиально-поршневой гидромотор 2 образуют закрытую систему, в которой роль насоса подпитки и одновременно радиатораохладителя выполняет бак-аккумулятор 5. В гидросистему включены предохранительные клапаны 3, обратные клапаны 4 и фильтр 6.

Бак-аккумулятор периодически через клапан 4 и фильтр 6 подает объем жидкости, компенсирующий утечки в системе между насосом 1 и гидромотором

2.

Утечки, обусловленные негерметичностью уплотнений в системе, компенсируются дозаправкой из внешней емкости (на схеме не показано) через клапан 7 при перемещении рукоятки 8 бака-аккумулятора 5 в нижнее положение (на рис. 7.10 показано штрих - пунктиром).

На рис. 7.11 приведена моноблочная полнопоточная ГОП, которая может устанавливаться

на трактор по заказу вместо ФС

Рис. 7.10. Схема ГОП малогабаритного и ступенчатой КП. ГОП состоит

трактора МТЗ-082

415

из двух аксиально-поршневых гидромашин. Рабочий объем регулируемого насоса 4 несколько меньше объема регулируемого мотора 3. Угол наклона шайб 2 и 5 изменяется при помощи гидроцилиндров 8 и 7. Вал 6 насоса связан с двигателем трактора, а вал 1 мотора – с центральной передачей.

Рис. 7.11. Схема моноблочной полнопоточной ГОП

Необходимо отметить, что все преимущества ГОП проявляются только при наличии системы их автоматического регулирования. Применение ГОП в приводе к ведущим колесам трактора сдерживается их более низким КПД (не более 0,75…0,85) по сравнению с механическими передачами.

Двухпоточные гидрообъемные передачи. В двухпоточных ГОП происходит разделение потока мощности на две параллельные ветви - гидравлическую и механическую, которые затем объединяются в единый поток.

Применение двухпоточной ГОП на тракторе позволяет получить прирост производительности при сохранении КПД передачи на уровне ступенчатой КП с переключением передач на ходу.

Фирма Фендт с 1997 г. устанавливает двухпоточную трансмиссию "Варио" на универсальный колесный трактор "Фаворит 926" мощностью 191 кВт (260 л.с.). Бесступенчатое регулирование скорости трактора от 0,2 до 50 км/ч осуществляется с помощью ГОП и двух диапазонов КП.

Схема двухпоточной передачи "Варио" с дифференциальным звеном на входе показана на рис. 7.12. Силовой поток от коленчатого вала 1 двигателя через маховик 2 и полый вал 14 направляется на во-

416

дило 12 планетарного ряда, где он разветвляется на две части. Одна часть силового потока передается чисто механическим путем через сателлиты 11, солнечную шестерню 13 и цилиндрическую пару шестерен 6 и 7 на суммирующий вал 15.

Другая часть силового потока через эпицикл 10 и цилиндрическую пару шестерен 8 и 9 передается на вал 15, пройдя преобразование в ГОП, состоящей из регулируемого насоса 3 и двух регулируемых гидромоторов 4 и 5.

Рис. 7.12. Схема двухпоточной передачи “Варио” трактора Фендт

На валу 15 обе части силового потока суммируются и направляются в двухдиапазонную КП 16 и от нее - к переднему (ПВМ) и заднему (ЗВМ) ведущим мостам.

Гидронасос 3 и гидромоторы 4 и 5 управляются совместно. Максимальная подача насоса и расход гидромоторов осуществляются при наклоне блоков на угол 45о. Остановка трактора производится при установке блоков насоса 3 и моторов 4 и 5 в положение нулевой подачи. Для разгона трактора необходимо при постоянной производительности гидромоторов 4 и 5 постепенно увеличивать подачу насоса 3 до максимальной. Для реверсирования хода трактора следует изменить направление потока рабочей жидкости от насоса наклоном блока в противоположную сторону, при этом максимальный гол наклона ограничивается 30о.

На пахоте со скоростью 8 км/ч гидравлическая составляющая крутящего момента достигает 75%, механическая - 25%.

Управление ГОП производится автоматически установленной

417