Гидротрансформатор — устройство и принцип работы¶

Гидротрансформатор — разновидность гидромуфты, гидродинамическая передача, обеспечивающая передачу вращающего момента между валами через поток рабочей жидкости (как правило, масла) с возможностью изменения крутящего момента. В отличие от обычной гидромуфты, в которой момент на ведомом валу всегда равен моменту на ведущем (при учёте потерь), гидротрансформатор содержит третий элемент — реактор (реакционную турбину), позволяющий трансформировать, то есть изменять, величину момента. Отношение момента на выходном валу к моменту на входном называется коэффициентом трансформации и в момент трогания может достигать 2–3.

¶Устройство

Основные элементы гидротрансформатора:

• Насосное колесо (насос) — связано с ведущим валом и забрасывает рабочую жидкость в рабочее колесо турбины.
• Рабочее колесо (турбина) — связано с ведомым валом и воспринимает энергию потока масла.
• Реактор (реакционная турбина) — неподвижное или блокируемое колесо, установленное между турбиной и насосом, перенаправляющее поток масла обратно на насос. Именно реактор создаёт эффект трансформации момента.

Колёса заключены в корпус (картер), заполненный рабочим маслом. Между элементами предусмотрены зазоры, формирующие замкнутую циркуляционную полость. При работе насосное колесо разгоняет масло, турбина принимает его энергию, а реактор изменяет направление потока, возвращая его к насосу с дополнительным моментом. В результате суммарный момент, передаваемый на турбину, превышает момент со стороны двигателя.

¶Принцип работы

При запуске двигателя и трогании автомобиля с места насос вращается с частотой вращения коленвала, а турбина ещё неподвижна или вращается медленно. Поток масла, закрученный насосом, обтекает лопатки турбины и реактора; реактор перенаправляет поток так, что момент на турбине складывается из момента насоса и момента реакции лопаток реактора. Коэффициент трансформации в этот момент максимален — это обеспечивает плавное трогание и увеличенный момент на колёсах.

По мере разгона турбина начинает вращаться почти синхронно с насосом, относительная скорость потока падает, и лопатки реактора перестают влиять на поток — в определённой точке рабочий процесс становится аналогичным работе обычной гидромуфты, коэффициент трансформации приближается к единице. Для повышения КПД на высоких скоростях реактор снабжается обгонной муфтой (односторонней), которая позволяет ему вращаться вместе с потоком, устраняя потери на перенаправление.

¶Классификация

По типу реактора различают:

1. С фиксированным реактором — простейшая конструкция, реактор закреплён неподвижно.
2. С блокируемым реактором — реактор может быть зафиксирован фрикционной муфтой после выхода на режим.
3. С обгонной муфтой — наиболее распространённый вариант в современных АКП; реактор свободно вращается при превышении определённой разницы частот.

По назначению гидротрансформаторы делятся на транспортные (автомобильные, железнодорожные, тракторные) и стационарные (в приводах насосов, компрессоров, судовых установках).

¶Применение

Основная область применения — автоматические коробки передач легковых и грузовых автомобилей. Гидротрансформатор сглаживает колебания крутящего момента, обеспечивает плавность хода, позволяет двигателю работать в оптимальном режиме при разгоне и снижает вибрации, передаваемые на трансмиссию. В российском автомобилестроении гидротрансформаторы применялись в АКП автомобилей «Волга», «Чайка», а также в трансмиссиях тракторов и бульдозеров (например, в тракторах Волгоградского тракторного завода).

В железнодорожном транспорте гидротрансформаторы используются в гидромеханических передачах тепловозов — например, в тепловозах ТЭП70 и 2ТЭ116 отечественного производства. В судостроении гидротрансформаторы применяются в гидропередачах главных двигателей. Стационарные варианты встречаются в приводах мощных насосов и компрессоров, где требуется мягкий пуск и защита от перегрузок.

¶Достоинства и недостатки

К достоинствам относятся: плавность передачи момента, отсутствие жёсткой механической связи между двигателем и трансмиссией, защита двигателя от перегрузок, возможность работы при остановленном выходном валу (как в гидротрансформаторных АКП при торможении двигателем). Недостатки: более низкий КПД по сравнению с жёсткой передачей (особенно на малых скоростях), сложность конструкции, необходимость системы охлаждения рабочего масла и его периодической замены.

¶Принципиальная схема работы

Источники:

• Автомобильные трансмиссии: учебник под ред. В. В. Шаталова
• Шестаков В. А. Детали машин: учебное пособие
• Справочник конструктора-машиностроителя в 3 томах
• Кулешов В. Н. Автомобили: конструкция и расчёт узлов и агрегатов