Гидравлическая трансмиссия: Гидравлический привод — Википедия – Гидростатическая трансмиссия (ГСТ)

Гидростатическая трансмиссия (ГСТ)

Гидростатическая трансмиссия (ГСТ) –это замкнутая гидросистема, которая состоит из одного либо нескольких гидронасосов и одного либо нескольких гидромоторов. Рассчитана на передачу механической энергии вращения от двигателя через насос к исполнительной конструкции (шнеку, колесу, бочке) посредством направления рабочей жидкости к бесступенчато регулируемому по размеру и направленности гидромотору. 

Проще говоря: идёт передача энергии от двигателя к колесу, плавно и без рывков через гидравлическую систему «насос-мотор».

Данная схема позволяет максимально использовать мощность двигателя для выполнения различных операция и одновременно сохранять заданную скорость перемещения и плавность хода.

 

Наиболее распространенные примеры применения ГСТ:

 

1. Самый простой пример применения ГСТ  — использование ее на автобетоносмесителях. Насос работает от автономного двигателя или от раздаточной коробки и создает постоянное давление в гидросистеме. Скорость и направление вращения мотора, который установлен на бочке, задается регулятором потока, установленным на самом насосе. Управление может быть механическим или электрическим. 

 

2. Привод ведущих колес на зерноуборочных комбайнах. 

Гидромотор установлен на ведущем мосту, а скорость и направление — задается оператором из кабины. Данная схема позволила отказаться от ременного привода, механической КПП с сопутствующими вариаторами. Повысился КПД двигателя, который стал отдавать почти 100% своей мощности на молотильный аппарат в независимости от того по какому грунту передвигается комбайн, в горку он одет или под уклон. Так же благодаря применению ГСТ комбайны стали резе «закапываться» в вязких грунтах, так как гидравлика не дает возможности колесам провернуться — забуксовать, а сохраняет, пускай минимальный, крутящий момент, благодаря которому колеса с минимальной скоростью вращаются и вытягивают машину.

 

3. Применение ГСТ на бульдозерах и на гусеничной технике позволило снизить вес самих бульдозеров — отпадает необходимость в механических КПП с бортовыми фрикционами. Гидромоторы вращают бортовые редукторы, которые приводят в действие приводные шестерни.

Если необходимо сделать независимыми правый и левый приводные колеса, то поступают таким образом: каждый борт машины является независимой ГСТ, управление которой происходит электронным процессором, чтобы при движении вперед или назад два борта двигались прямолинейно. 

 

Использование ГСТ на бульдозерах NewHolland, Liebherr, Komatsu.

 

Благодаря применению ГСТ на бульдозерах стало невозможно заглушить машину при медленном движении вперед и максимально опущенном отвале, как это было на бульдозерах с механической КПП. Гидравлика, вкупе с электроникой, не даст заглушить двигатель, а просто прекратят движение бульдозера. Оператор будет вынужден или увеличить скорость движения бульдозера, или поднять отвал повыше. 

 

Гидростатическая трансмиссия как прорывная конкурентная технология

А. Платонов, фото «ДСТ-УРАЛ»

В предыдущей статье мы рассмотрели основные этапы роста ООО «ДСТ-УРАЛ» от небольшого частного предприятия по ремонту и восстановлению техники и до сегодняшнего дня, когда завод является одним из лидеров отечественного тракторостроения. В сегодняшней статье речь пойдет об одном из важнейших решений, позволивших заводу достичь таких результатов.

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.

Гидростатическая трансмиссия машин. Альфа-Гидравлика — дистрибьютор Danfoss

Гидростатическая трансмиссия — это гидравлический привод с закрытым (замкнутым) контуром, в состав которого водят один или несколько гидравлический насосов и моторов. В российской и советской литературе для таких гидроприводов применяется другое название — гидрообъемная передача. Наиболее частое применение гидростатической трансмиссии — привод хода машин на колёсном или гусеничном ходу — где гидропривод предназначен для передачи механической энергии от приводного двигателя к мосту, колесу или ведущей звезде гусеничной машины, посредством регулирования подачи насоса и выходной тяговой мощности за счёт регулирования гидромотора.

Гидростатическая трансмиссия имеет массу преимуществ перед механическим приводом. Одно из достоинств — упрощение механической разводки по машине. Это позволяет получить выигрыш в надежности, ведь зачастую при большой нагрузке на машину карданы не выдерживают и приходится ремонтировать машину. В северных условиях это происходит ещё чаще при низких температурах. За счёт упрощения механической разводки удается так же освободить место для вспомогательного оборудования. Применение гидростатической трансмиссии может позволить полностью убрать валы и мосты, заменив их насосной установкой и гидромоторами с редукторами, встраиваемыми прямо в колеса. Либо, в более простом варианте, гидромоторы могут быть встроены в мост.

Первая из упомянутых схем, где гидромоторы встраиваются в колеса, может быть применима для колёсных машин, но более интересен вариант такого гидропривода для гусеничной техники. Для таких машин Sauer-Danfoss разработал так же и систему управления на базе гидронасосов и гидромоторов серии 90, серии h2 и серии 51 — «Dual Path». Микроконтроллерное управление позволяет обеспечить комплексный контроль над машиной начиная от управления дизельным двигателем. В процессе работы система обеспечивает синхронизацию бортов для прямолинейного хода машины и бортовой поворот машины с помощью руля или электрического джойстика.

Вторая упомянутая выше схема применяется для тракторов или другой колёсной техники. Это гидропривод, в котором есть один гидронасос и один гидромотор, встраиваемый в ведущий мост. Для управления гидроприводом может использоваться как механическое или гидравлическое управление, так и самые передовые технологии электроуправления с использованием встроенного в гидронасос контроллера. Программа для управления таким гидроприводом так же может быть в микроконтроллере MC024, установленном отдельно. Так же как для «Dual Path» система «Automotive» позволяет обеспечить управление не только гидростатической трансмиссией, но и двигателем по шине CAN. Электроуправление позволяет обеспечить ещё более плавное и точное регулирование скорости передвижения и тяговой мощности машины.

Недостатком же гидростатической трансмиссии можно считать не высокий КПД, который значительно ниже, чем у механической передачи. 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. Всё 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.

Для гидростатической трансмиссии Sauer-Danfoss разрабатывает несколько серий гидронасосов и гидромоторов. Наиболее распространены и российской и зарубежной технике регулируемые аксиально-поршневые гидронасосы серии 90. Их производство началось ещё в 90-х годах прошлого столетия и сейчас это полностью отлаженная линейка оборудования, умеющая массу преимуществ перед так называемой ГСТ 90, производимой многими отечественными и зарубежными компаниями. К преимуществам относятся компактность агрегатов, возможность исполнения тандемных насосных агрегатов и все варианты регулирования от механического до электрогидравлического на базе микроконтроллерного управления системы PLUS+1.

В связке с гидронасосами серии 90 часто применяются регулируемые аксиально-поршневые гидромоторы с наклонным блоком серии 51. Способы регулирования рабочего объема у них так же могут быть разные. Пропорционалньое электроуправление позволяет плавно регулировать мощность во всем диапазоне. Дискретное электроуправление позволяет работать в режимах малой и высокой мощности, что применяется либо для различного рода грунта, либо для езды по ровной или холмистой местности.

Новейшей разработкой Sauer-Danfoss являются гидронасосы и гидромоторы серии h2. Принципиальная схема их работы аналогична гидравлическим насосам серии 90 и моторам серии 51 соответственно. Но по сравнению с ними конструкция была проработана с применением новейших технологий. Было уменьшено количество деталей, что обеспечивает большую надежность, уменьшены габариты. Но главным отличие от старых серий можно считать наличие лишь одного варианта управления — электрического. Это современная тенденция — применять системы на базе сложной электроники, контроллеров. И серия h2 полностью разработана для таких современных требований. Одним из знаков того является вариант исполнения гидронасосов со встроенным контроллером, упомянутый выше.

Так же существуют аксиально-поршневые гидронасосы и гидромоторы серий 40 и 42, которые применимы в гидростатической трансмисcии малой мощности, где рабочий объем гидронасоса не превышает 51 см³. Такие гидроприводы могут быть у малых коммунальных уборочных машин, мини-погрузчиков, косилок и другой малогабаритной техники. Зачастую в таком гидроприводе могут применяться героторные гидромоторы. Так в погрузчиках Bobcat применяются героторные гидромоторы TMT. Для другой техники применимы героторные гидромоторы серий OMT, OMV, а для совсем легкой технике серии OMR и OMS.

Гидравлическая трансмиссия

 

Трансмиссия предназначена для использования в машиностроении. Содержит масляный нагнетатель, реверсивный распределитель масляного давления, два гидродвигателя со своими кинематиками. Гидродвигатели включают блоки цилиндров с установленными в них встречно движущимися поршнями, распределитель и вал с закрепленными на нем фланцево-эксцентриковыми преобразователями. Блоки цилиндров состоят из двух дисковых стоек, соединенных между собой с внутренней стороны трубой. Имеют цилиндрические направляющие, на которых непосредственно установлены цилиндры. Распределитель выполнен автоматическим и установлен в центре вала. На валу с одной стороны стоек установлены подшипниковые стаканы с фланцами, на которых закреплены полумуфты. С другой стороны стоек закреплены кожухи, в которых установлены фланцево-эксцентриковые преобразователи. Дополнительные кожухи с обеих сторон имеют вторые полумуфты. Кожухи снабжены страховочными упорами, на которых также закреплены полумуфты для взаимодействия с полумуфтами фланцево-эксцентрикового преобразователя. Муфты не дают кожуху вращаться, но и не мешают совершать возвратно-поступательное движение. Увеличивается моторесурс, снижается стоимость механизма. 7 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к гидродвигателям, работающим совместно с кинематикой.

Известна гидравлическая трансмиссия, включающая масляный нагнетатель, реверсивный распределитель масляного давления, два гидродвигателя, каждый гидродвигатель имеет свою кинематику с внутренней или наружной зубчатой передачей на обычное колесное устройство, тормозной привод, работающий от пружин с растормаживателем, гидродвигатели включают цилиндры, встречно движущиеся беспальцевые поршни, шаровой шатун, в центре гидродвигателя установлен вал и на нем закреплены под углом два фланцево-эксцентриковые преобразователи движения на вращение, кожух имеет накладки и подшипники, установлен на вращающихся эксцентриках фланца (SU 1375895 A1, 23.02.1988). Недостатком известного устройства является низкий моторесурс, а также высокая стоимость. Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является увеличение моторесурса, а также снижение стоимости механизма. Эта задача достигается тем, что в гидротрансмиссии цилиндры имеют кругло-секторное устройство их крепления, состоящее из двух дисковых стоек, с внутренней стороны соединенных между собой трубой или обоймой, имеющими цилиндровые постели, в которых уложены цилиндры, закрепленные крышками, в центре гидродвигателя на середине длины вала установлен автоматический роторный распределитель давления для отвода и подвода масла, с внешней стороны к стойкам прикреплены страховочные упоры, к стойкам и упорам прикреплены съемные подшипниковые стаканы, на подшипниковый стакан крепится половина муфты, а на кожух фланца крепится ее вторая половина, муфты не дают кожуху вращаться, но и не мешают кожуху совершать возвратно-поступательное движение. На фиг. 1 показана схема гидравлической трансмиссии; на фиг. 2 — реверсивный регулятор давления и отвода масла; на фиг. 3 — то же, вид сбоку; на фиг. 4 — гидродвигатель, продольный разрез; на фиг. 5 — поршневое шарово-шатунное устройство гидродвигателя; на фиг. 6 — разрез А-А фиг. 4; на фиг. 7 — ротор гидродвигателя. Гидравлическая трансмиссия содержит масляный нагнетатель 1, реверсивный распределитель масляного давления 2, два гидродвигателя 3 и 4 с соответствующей кинематикой 5 и 6 с внутренней или наружной зубчатой передачей на обычное колесное устройство 7 и 8 соответственно. Тормозной привод 9, работающий от пружин с растормаживателем 10. Гидродвигатели 3 и 4 включают цилиндры 11, встречно движущиеся беспальцевые поршни 12, шаровой шатун 13. В центре гидродвигателей установлен вал 14 и на нем закреплены под углом 45^o два фланцево-эксцентриковые преобразователи движения на вращение 15 и 16. На вращающихся эксцентриках 17, 18 фланцев 18 установлены кожухи 19, 20. Кожухи имеют накладки и подшипники. Цилиндры 11 имеют кругло-секторное устройство их крепления, состоящее из двух дисковых стоек 21, с внутренней стороны соединенных между собой трубой или обоймой 22, имеющими цилиндровые постели 23, в которые укладываются эти цилиндры 11 и закрепляются крышками 24. С внешней стороны к стойкам 21 крепятся съемные подшипниковые стаканы 25. Фланец 26 подшипникового стакана является зубчатой шестерней. На другой фланец 27 крепятся пальцы с шаровыми втулками 28. На кожух 20 крепится зубчатая 29. На другой кожух 19 крепится шайба 30 с вертикальными окнами. С внешней стороны к стойкам крепятся съемные страховочные упоры 31 кожуха. На подшипниковые стаканы крепятся половинки муфты, которыми являются зубчатые шайбы 29, 30. На кожухах 19, 20 фланцев укреплены вторые половинки муфты, которыми являются шайбы 30. Муфты не дают кожуху вращаться, но дают возможность совершать возвратно-поступательное движение. В центре гидродвигателя на середине длины вала 14 установлен автоматический роторный распределитель 32 давления для отвода и подвода масла. Распределитель давления 2 имеет канал 33 и окна 34. Ротор 35 распределителя 2 имеет две емкости 36 и 37. Распределитель давления 2 также содержит корпус 38, в котором выполнены окна 39 и 40, соединенные трубопроводами 41, 42 и штуцерами 43, 44 с роторным распределителем 32 гидродвигателей 3 и 4. Корпус 38 содержит также окна 45 и 46. Роторный распределитель 32 имеет срез 47 и окна 48. Для исключения потерь давления масла роторная заслонка 49 должна иметь размер перепускного окна — 48 (чем меньше размер эксцентриков — 17, тем больше потери мощности). Гидротрансмиссия работает следующим образом. При подаче давления масляным нагнетателем 1 на реверсивный гидрораспределитель 2 масляного давления по каналу 33 через одно из окон 34 масло попадает в емкость 37 ротора 35. Далее через другое окно 34 ротора и окно 39 корпуса 38 по трубопроводу 41 и штуцер 43 попадает в роторный распределитель 32 двигателей и по срезу 47 ротора окна 48 — в цилиндры 11. Одновременный выпуск отработанного масла из цилиндров 11 другим срезом ротора происходит через штуцер 44, трубопровод 42, окно в корпусе 40, одно из окон ротора 35, емкость 36, другое окно ротора, окно в корпусе 46 слива масла в картер нагнетателя.

Формула изобретения

Гидравлическая трансмиссия, включающая масляный нагнетатель, реверсивный распределитель масляного давления, два гидродвигателя, каждый гидродвигатель имеет свою кинематику с внутренней или наружной зубчатой передачей на обычное колесное устройство, тормозной привод, работающий от пружин с растормаживателем, гидродвигатели включают цилиндры, встречно движущиеся беспальцевые поршни, шаровой шатун, в центре гидродвигателя установлен вал и на нем закреплены под углом два фланцево-эксцентриковых преобразователя движения на вращение, кожух имеет накладки и подшипники, установлен на вращающихся эксцентриках фланца, отличающаяся тем, что цилиндры имеют кругло-секторное устройство их крепления, состоящее из двух дисковых стоек, с внутренней стороны соединенных между собой трубой или обоймой, имеющими цилиндровые постели, в которых уложены цилиндры, закрепленные крышками, в центре гидродвигателя на середине длины вала установлен автоматический роторный распределитель давления для отвода и подвода масла, с внешней стороны к стойкам прикреплены страховочные упоры, к стойкам и упорам прикреплены съемные подшипниковые стаканы, на подшипниковый стакан крепится половина муфты, а на кожух фланца крепится ее вторая половина, муфты не дают кожуху вращаться, но и не мешают кожуху совершать возвратно-поступательное движение.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

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
• экономичность в работе
• надежность
• ремонтопригодность
• затраты на эксплуатацию

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

Сравнение трансмиссий	Гидромеханика	Гидростатика
Производительность	Максимальное тяговое усилие, низкий КПД	Большая управляемость, маневренность, высокий КПД
Экономичность	Большее потребление топлива	Меньшее потребление топлива
Ресурс и общая надежность	Более простая система, ресурс больше, неприхотлива в эксплуатации	Более сложная система, ресурс меньше, требовательна к эксплуатации и сервису, особенно при низких температурах
Ремонтопригодность	Компоненты тяжелее, их физически сложнее и дольше заменять, ремонт и замена длятся дольше	Компоненты легче, их быстрее заменять, ремонт и замена длятся меньше
Затраты на эксплуатацию	Служит дольше	Служит меньше

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.

механические, гидравлические, электрические. — Студопедия.Нет

Трансмиссией называют систему устройств, посредством которых передается движение от силовой установки к механизмам и рабочим органам машины. Трансмиссии позволяют изменять по величине и направлению развиваемые силовой установкой скорости, крутящие моменты и усилия.

По способу передачи энергии трансмиссии МЗР подразделяют на механические, электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные. Все они, кроме механических трансмиссий, имеют участки, на которых механическая энергия первичной силовой установки преобразуется в энергию других видов (электрического тока, рабочей жидкости, сжатого воздуха), а затем снова в механическую. В комбинированных трансмиссиях такое преобразование может происходить неоднократно. Любая трансмиссия представляет собой разомкнутую систему, имеющую вход и выход. Вход ее соединен с силовой установкой, а выход- с исполнительным механизмом рабочего органа. К основным параметрам входа и выхода относятся: момент М_вх (М_вых) или усилие Р_вх (Р_вых), угловая скорость ω_вх(ω_вых) или линейная V_вх  (V_вых), а также мощность N_вх (N_вых).

Показателем, оценивающим эффективность работы трансмиссии как системы является коэффициент полезного действия: 

; ; ;                (3.4)

К важным показателям трансмиссии относится степень прозрачности. Под которой понимают ее способность передавать колебания внешней нагрузки силовой установке.

Механические трансмиссии подразделяют на редукторные и канатно-блочные. Первые представляют собой системы редукторов в сочетании с муфтами, тормозами и различными передачами (зубчатыми, планетарными зубчатыми, карданными, цепными, ременными и др.). Составными частями вторых служат лебедки и канатные полиспасты с направляющими блоками.

Редукторные трансмиссии могут передавать движения только на короткие расстояния. При относительно больших размерах передач (на экскаваторах) используются канатно-блочные трансмиссии.

Положительными качествами механических трансмиссий является относительная простота конструкций, сравнительно небольшая стоимость, а также достаточная надежность в работе. К их недостаткам следует отнести значительные потери энергии в муфтах и тормозах, зубчатых и других передачах, ступенчатое изменение скоростей и моментов, сложность компоновки передач при большом числе скоростей, затруднительность автоматизации управления рабочим процессом машины. Существенным недостатком механических трансмиссий является их полная прозрачность.

Значительный эффект дает совмещение механических трансмиссий с гидромеханическими. Последние обеспечивают быстрый разгон и торможение, хорошо гасят крутильные колебания, выполняют функции автоматических бесступенчатых коробок скоростей, согласовывают работу механизмов, получающих энергию от одного приводного двигателя.

Гидравлические трансмиссии. К гидравлическим трансмиссиям относят гидродинамические и гидрообъемные передачи.

Гидродинамические трансмиссии выполняют с гидромуфтами или гидротрансформаторами. Их особенность в отсутствии жесткой связи между ведущей и ведомой частями. Мощность предается за счет кинетической энергии рабочей жидкости, воздействующей на лопасти рабочих колес.

Гидромуфта состоит только из двух колес (рис. 3.3 а): ведущего (насосного) 3 и ведомого (турбинного) 2. Первое соединяют с двигателем, второе – с ведомым элементом 1 трансмиссии. Оба колеса образуют замкнутое кольцевое пространство – рабочую полость, которую заполняют жидкостью. Лопатками насосного колеса, приводимого во вращение двигателем, жидкость отбрасывается к периферии рабочей полости и попадая на лопатки турбинного колеса, приводит его во вращение. Затем жидкость снова поступает к насосному колесу.

Гидромуфта не предназначена для преобразования величины и направления крутящего момента. Она может служить лишь надежной защитой механических трансмиссий и силовых установок МЗР от перегрузок.

Рис. 3.3 Принципиальные схемы гидродинамических трансмиссий: а – гидромуфты; б – гидротрансформатора.

Гидротрансформатор (рис. 3.3 б) состоит из 3-х рабочих элементов: насосного колеса 3, закрепленного на ведущем валу, турбинного колеса 2, жестко посаженного на ведомый вал и неподвижного направляющего аппарата (реактора) 7. Межлопаточные каналы этих рабочих элементов заполняют, как и в гидромуфте, циркуляционной жидкостью. Благодаря наличию направляющего аппарата при изменении внешней нагрузки в гидротрансформаторе преобразуется не только скорость вращения, но и крутящий момент. Коэффициент трансформации может меняться в пределах от 2 до 6.

Гидротрансформаторы в трансмиссиях МЗР могут выполнять роль бесступенчатых редукторов, плавно и автоматически изменяющих величины крутящих моментов. Гидротрансформатор надежно предохраняет двигатель от перегрузок. Однако из-за сравнительно низкого КПД гидротрансформатора возникает необходимость увеличивать мощность силовой установки на 10-15%, что снижает экономичность машины. Гидродинамические трансмиссии широко применяют на экскаваторах, самоходных скреперах, колесных бульдозерах и погрузчиках.

Более совершенны по сравнению с гидродинамическими трансмиссиями гидрообъемные трансмиссии. В конструкцию такой трансмиссии входят насосы, гидромоторы, гидроцилиндры, соединяющие их рабочие линии высокого и низкого давления, а также регулирующие и вспомогательные устройства.

По возможности регулирования различают трансмиссии нерегулируемые и регулируемые. В последних, количество жидкости поступающей в гидродвигатель в единицу времени, может изменяться за счет изменения сопротивления участка трубопровода (дросселированием) и регулированием производительности насоса путем изменением рабочего объема (объемное регулирование).

По количеству насосов (потоков) различают трансмиссии однопоточные и многопоточные. В однопоточных питание гидродвигателей происходит от одного насоса или группы их, подающих жидкость в одну линию. В многопоточных гидродвигатели питаются двумя и более насосами, которые подают жидкость в несколько напорных линий.

Схему гидрообъемной трансмиссии с нерегулируемыми насосами и дроссельным регулированием скорости применяют в приводах рабочих органов и механизмов, движение которых имеет остановочный характер (привод подъема отвалов бульдозеров и автогрейдеров, ковшей скреперов и одноковшовых экскаваторов).

Закрытую схему с объемным регулированием скорости движения применяют для привода рабочих органов, постоянно работающих во время технологического цикла машин (привод рабочего хода экскаваторов непрерывного действия, многоковшовых погрузчиков и конвейеров, грейдер — элеваторов).

Применение насосов переменной производительности с регуляторами мощности позволяет автоматически изменять скорости рабочих органов в зависимости от внешней нагрузки. С увеличением скорости при уменьшении нагрузки повышается производительность машины. Уменьшение скорости при увеличении нагрузки снижает динамические нагрузки и повышает надежность машины.

6 преимуществ гидростатической трансмиссии

2. Статьи
3. 6 преимуществ гидростатической трансмиссии

1. К списку статей

В конце 00-х годов прогремел финансовый кризис, который коснулся многих отраслей, дорожно-строительной техники в том числе. Объемы рынка упали. Это послужило толчком для создания нестандартного решения на заводе «ДСТ-УРАЛ». Началась разработка бульдозера, который был призван заменить модель с механической трансмиссией.

Конструкторы задумали устанавливать гидростатическую трансмиссию (ГСТ). Ранее такие решения уже принимали и даже выпускали массовые бульдозеры. Но к 2010 году ни челябинский «Добрыня», ни его модернизированный брат от «Орелдормаш» уже не выпускались. Зарубежные лидеры отрасли вариант критиковали, но часть компаний — Case, New Holland, Liebherr,John Deere производили машины с ГСТ.

Время расставило все по местам: гидростатическая трансмиссия оказалась эффективна, производство техники с ее применением растет. Чтобы понять, в чем преимущество привода, начнем с понятия.

Гидростатическая трансмиссия бульдозера — это гидрообъемная передача с закрытым замкнутым гидроконтуром. Принципиальное отличие экскаваторной трансмиссии — открытый контур.

Конструкция:

• 2 гидронасоса;
• 2 гидромотора (и более в машинах весом >40 т).

Принцип работы:

От вращения вала ДВС вырабатывается механическая энергия, которая с помощью насосов преобразуется в энергию потока масла и следует посредством рукавов высокого давления к гидромоторам. Далее энергия опять переходит в механическое вращение, заставляя работать приводной редуктор. Гидравлический контур закрыт, жидкость в нем обновляется на 10% в минуту с помощью клапанов и насосов подпитки — так контур очищается и охлаждается. Можно предотвратить сечения РВД подвода и отвода жидкости от приводного контура, а также компактно разместить трансмиссию.

Преимущества ГСТ

1. Более эффективный крутящий момент двигателя в сравнении со ступенчатым приводом во всем диапазоне нагрузок и скоростей машины. Это реализуется благодаря плавному бесступенчатому изменению передаточного отношения в широком диапазоне частот вращения.
2. Объем насосов регулируется пропорционально от 0 до max, что обеспечивает плавный разгон техники.
3. Разгон без потери мощности, рывков.
4. Машина сама держит обороты ДВС на нужном уровне за счет электронного контроля трансмиссии.
5. Максимальная тяга машины даже на низкой скорости и оборотах.
6. Маневренность: способность разворота на месте с нулевым радиусом.

К минусам относят низкий КПД по сравнению гидромеханической (механической) передачей. Есть миф, что для гидростатической трансмиссии нужно исключительно дорогое иностранное масло. На самом деле качество российских масел не уступает импортным: продукция соответствуют западным стандартам и используется при любых рабочих температурах.