Гидрообъёмный вариатор для автомобилей


Универсальный ролико-лопастной гидравлический привод типа ГОТр-V0 предназначен для бесступенчатого регулирования частоты вращения приводов трансмиссий как мобильных (тракторов, танков, грузовых автомобилей, вездеходов, амфибий и т.п.), так и стационарных машин различного назначения, транспортёров, приводов лебёдок, вариаторов транспортных передач и др. Привод имеет плавно изменяющееся передаточное число i от ≤1 до ≥200, заменяя в существующих трансмиссиях транспортных средств коробку перемены передач и муфту сцепления, обеспечивая необходимое отсоединение двигателя от движителя.


Принцип действия ГОТр-V0 и его конструктивная схема.


ГОТр-V0 может быть выполнен в двух вариантах: с внутренним распределением (ВР) рабочей жидкости (РЖ) и с наружным распределением (НР) РЖ.

 
Принципиальные схемы ГОТр-V0 с ВР и НР.


  1. Вариатор типа ГОТр может применяться в качестве автомобильной трансмиссии нового поколения, созданной на базе выпускаемых и эксплуатируемых в различных отраслях промышленности гидравлических моторов и насосов ролико-лопастного (роторного) типа мощностью Nmax от 0,5 до 700 кВт. Их конструкция защищена более 90-ами авторских свидетельств СССР и патентов России и 11 патентами США, Германии, Японии и других промышленно-развитых стран мира.
  2. Целесообразно применение ГОТр на транспортных средствах, требующих полной автоматизации управления трансмиссией. Управление всей трансмиссией объединяется и выполняется одним органом (рукояткой или педалью). Микропроцессор согласовывает режимы работы силовой установки и трансмиссии автомобиля. При этом обеспечивается минимальный расход топлива на 100 км пути. Применение ГОТр на автомобилях позволяет реализовать бесступенчатое оптимальное использование нагрузочных характеристик двигателя и легко поддерживать баланс мощности при изменении условий движения. Двигатель с ГОТр будет работать устойчивее с более высокими параметрами приспособляемости и приёмистости. Среднеэксплуатационная топливная экономичность повысится на 7-30%, а содержание токсических компонентов на основных скоростных режимах работы двигателя снизится на 20-25%.
  3. Сопоставление ГОТр с существующей широко распространенной механической трансмиссией и механическим вариатором представлено в сравнительной таблице. Можно ожидать, что создание автомобиля с ГОТр в сочетании с рядом других улучшений его узлов и агрегатов позволит получить принципиально новую модель с улучшенными основными характеристиками при примерно том же уровне цены.
Сравнительная таблица существующих серийных
механических трансмиссий и трансмиссий нового поколения
Параметры Существующая механическая трансмиссия Механический вариатор Гидростатическая ролико-лопастная трансмиссия (ГОТ) Гидрообъёмный вариатор (гидротрансформатор) типа ГОТр
Передаточное число, i от 6:1 до ≈1:1 от 6:1 до ≈1:1 от 200:1 до 1:1 от бесконечности до 1:1
Наличие муфты сцепления есть есть нет нет
Наличие карданной передачи в трансмиссии есть есть нет есть
Наличие механизма заднего хода есть есть нет нет
Общий КПД трансмиссии ≈0,90÷0,95 ≈0,80÷0,93 ≈0,94÷0,97 ≈0,94÷0,97
Особенности трогания автомобиля с места Работа с педалями сцепления и газа Возможность трогания даже на холостом ходу двигателя
Характер разгонных характеристик (приемистость) Есть разрывы силы тяги при переключении скоростей и «просадка» оборотов двигателя Есть разрывы силы тяги и «просадка» оборотов двигателя Нет разрывов силы тяги во всем скоростном диапазоне. Используя гидроаккумулятор, приёмистость увеличивается. Можно использовать менее мощный ДВС
Особенности движения автомобиля на малых (ползучих) скоростях Ограничение по времени по причине перегрева двигателя и надежности узла сцепления Движение с любыми скоростями в пределах i, удобное управление при движении в городских пробках Реализация любых скоростей в пределах i, удобное управление при движении в городских пробках
Торможение двигателем возможно
колодочное, фрикционное возможно
Гидро­статичес­кое нет нет Есть. Энергия торможения, запасается в гидроаккумуляторе
Количество заливаемого в трансмиссию масла, л 3÷4 нет 2÷3 1,5÷2
Требование охлаждения вариатора - есть - -
Наличие экономии топлива при неблагоприятных городских условиях эксплуатации Экономии топлива нет Экономия топлива ≈4% Экономия топлива ≈30% Экономия топлива свыше 50%
Возможность применения автоматизированных систем управления автомобилем Осуществить сложно Имеется возможность микропроцессорного управления

Некоторые недостатки механической трансмиссии и механических вариаторов:

  1. узкий диапазон передаточного числа i. Трудность получения больших передаточных чисел (i ≥ 10:1);
  2. дискретная разгонная характеристика с разрывами силы тяги;
  3. худшая приёмистость первичного двигателя с нагружением через коробку перемены передач;
  4. невозможность длительной работы на малых "ползучих" скоростях движения;
  5. требование обязательного применения муфты сцепления и сложность управления;
  6. необходимость в дополнительном механизме заднего хода;
  7. низкая долговечность (наличие многих узлов трения, требующих качественной смазки);
  8. низкий КПД трансмиссии;
  9. отсутствие устройств для предохранения от перегрузок.

Преимущества гидрообъёмного вариатора ГОТр:

  1. передача обладает высоким моментом страгивания на стоповом режиме (практически равном 100% от теоретического);
  2. малая удельная металлоемкость (порядка 0,3 кг•кВт-1 против существующих аксиально-поршневых передач с металлоемкостью в 1 кг•кВт-1);
  3. отсутствие в схеме узлов трения «металл - по металлу» и гидравлическая разгрузка всех основных деталей обеспечивает высокую надёжность в эксплуатации и бесшумность в работе. В среднем долговечность возрастает более чем в 10 раз;
  4. работа по закрытой схеме питания на небольшом (порядка 1-3 литра) количестве минерального масла не требует отдельной системы охлаждения, так как КПД вариатора достигает величины ≈97%;
  5. по сравнению с аксиально-поршневыми гидравлическими машинами трудоёмкость изготовления ролико-лопастного гидровариатора в 2 - 3 раза меньше. К тому же более 95% деталей вариатора могут быть изготовлены на станках с ЧПУ по «безлюдной» технологии;
  6. возможность применения принципов подобия для получения типоразмеров с любыми необходимыми мощностными и скоростными параметрами;
  7. универсальность, технологичность, простота конструкции, компактность, низкая стоимость изготовления (практически на уровне обычной серийной механической КПП);
  8. имеется дополнительная возможность работы навесного и вспомогательного гидрооборудования машины от гидросистемы ГОТр-V0 (привод винтового движителя, пилы и т.п.);
  9. выполняет функции ГИДРОТОРМОЗА, запасая энергию торможения в гидроаккумуляторе, что позволяет решить проблему рекуперации и последующего полезного использования энергии торможения для быстрого разгона автомобиля (машины) и повышения её приёмистости. Это преимущество позволяет не только обеспечить продолжительность работы тормозных колодок или вообще исключить их использование, но и снизить мощность первичного двигателя машины на 20-30% и увеличить его долговечность;
  10. в ГОТр-V0 удобно компонуется простая автоматика, управляющая производительностью насосной части и простое устройство заднего хода (ЗХ);
  11. ГОТр-V0 выполняется в едином блоке, который легко компануется вместо КПП или АКПП, после их демонтажа. Присоединительные размеры ГОТр-V0 унифицированы с широкораспространёнными КПП и АКПП.

Изготовлен действующий макетно-экспериментальный образец

Возможность производства ГОТр-V0 и ГОТ-V0 опирается на уже имеющийся опыт производства подобных машин и расходомеров на ряде предприятий страны (ЗАО НПП «Импульс», г. Химки, Московской области; Ковровском электромеханическом заводе, г. Ковров, Владимирской области; Экспериментальном заводе научного приборостроения, пос. Черноголовка, Московской области и др.). Для начала производства серийных образцов необходимы поэтапные финансовые вложения в размере не менее 400 000 € (экспериментальный и опытный образцы, первая промышленная партия, серийное производство). На каждый из этих этапов требуется не менее 100 000 €.