Hydraulická převodovka – způsoby řízení v hydrostatické převodovce, hydrodynamické převody: kapalinová spojka a měnič momentu

Automatická převodovka – AT, mechanismus pro změnu převodového poměru, pracující bez přímé účasti řidiče. Automobil vybavený automatickou převodovkou má místo tří pedálů (plynový, brzdový a spojkový) snížený počet ovládacích prvků, má dva pedály (plynový a brzdový, chybí pedál pro uvolnění spojky). V tomto případě se plynový pedál nepoužívá ke zvýšení nebo snížení otáček motoru, jako u vozu s manuální převodovkou, ale ke změně rychlosti vozu. Na rozdíl od manuální převodovky není automatická převodovka vybavena řadicí pákou, ale voličem režimu.
Podle konstrukce automatické převodovky se dělí na: obyčejný dvou a tříhřídelové manuální převodovky, doplněné o měnič točivého momentu (místo suché spojky) a automatický spínací systém (s elektronickým, elektromechanickým nebo elektropneumatickým ovládáním) a dále planetární, ve kterém planetová převodovka pracuje v tandemu s měničem momentu. Nejtypičtější jsou planetové automatické převodovky s měničem točivého momentu.

Zařízení

Planetová automatická převodovka se skládá z měniče točivého momentu, planetové převodovky (planetové převodovky), bubnů, třecí a jednosměrné spojky a spojovacích hřídelí. Bubny automatické převodovky jsou vybaveny pásovými brzdami pro jejich zastavení a zařazení požadovaného převodového stupně planetové převodovky.
Měnič točivého momentu v automatické převodovce plní funkce spojky a je instalován mezi klikovým hřídelem motoru a převodovkou. Měnič točivého momentu se skládá z přední a hnané turbíny a statoru upevněného na místě vzhledem k motoru (někdy se stator otáčí, v takovém případě je vybaven pásovou brzdou – použití pohyblivého statoru dodává měniči točivého momentu pružnost při nízkých otáčkách motoru a zlepšuje jeho výkon). Přední turbína se otáčí stejně jako přední kotouč spojky stejnou frekvencí jako klikový hřídel motoru. Hnaná turbína se otáčí vlivem hydrodynamických sil vznikajících z viskozity kapaliny vyplňující vnitřní dutinu měniče točivého momentu. Hlavním účelem měniče momentu je přenášet rotaci klikového hřídele na ozubená kola planetové převodovky s prokluzem, což zajišťuje plynulé řazení a rozjezd vozidla. Při vysokých otáčkách motoru se hnaná turbína zablokuje a měnič točivého momentu se vypne a přenáší točivý moment z klikového hřídele přímo na ozubená kola automatické převodovky (a tím i ztráty).
Planetová převodovka nebo planetové redukční kolo je komplex sestávající z velkého korunového kola (epicyklu), malého centrálního kola a spojovacích satelitních ozubených kol, upevněných na nosiči. V různých provozních režimech převodovky se otáčejí různá ozubená kola a jeden z bloků (epicykl, centrální kolo nebo planetový unašeč) je nehybně upevněn.

Schéma automatické převodovky: 1 — kolo turbíny;
2 — kolo čerpadla;
3 — kolo reaktoru;
4 — šachta reaktoru;
5 — primární hřídel planetového kola;
6 – hlavní olejové čerpadlo;
7 — spojka převodových stupňů II a III:
8 — brzda XNUMX. a XNUMX. rychlostního stupně;
9 — spojka III. stupně a zpátečky;
10 — spojka volnoběžky XNUMX. stupně;
11 — zpětná brzda;
12 — první mezilehlý hřídel;
13 — druhý mezilehlý hřídel;
14 – buben s ozubeným věncem;
15- odstředivý regulátor;
16 — sekundární hřídel;
17 — mechanismus řazení;
18 — škrticí klapka;
19 — vačka

Třecí spojky jsou určeny k řazení převodových stupňů zařazováním (nebo naopak vypínáním) převodových stupňů planetové převodovky automatické převodovky. Spojka se skládá z náboje a bubnu. Na vnějším povrchu náboje a vnitřního bubnu jsou pravoúhlé zuby (na náboji) a stejné drážky (uvnitř bubnu), které si navzájem odpovídají tvarem, ale nejsou v záběru. Mezi nábojem a bubnem je umístěna sada (balík) prstencových třecích kotoučů. Polovina kotoučů je vyrobena z kovu a je opatřena výstupky, které zapadají do drážek vnitřního povrchu bubnu. Druhá polovina kotoučů je vyrobena z plastu a má výřezy, do kterých zapadají zuby náboje. K mechanickému spojení náboje a bubnu tedy dochází prostřednictvím tření kovových a plastových kotoučů sady třecí spojky.
Komunikace a rozpojení náboje a bubnu třecí spojky nastává poté, co je disková sada stlačena prstencovým pístem instalovaným uvnitř náboje. Píst má hydraulický pohon. Kapalina je přiváděna do hnacího válce pod tlakem prstencovými drážkami v bubnu, hřídelích a skříni automatické převodovky.
Jednosměrná spojka se používá ke snížení rázového zatížení třecích spojek při řazení převodových stupňů a k vypnutí motoru, když vozidlo dojíždí (v některých provozních režimech automatické převodovky). Jednosměrná spojka je konstruována tak, že při otáčení jedním směrem volně prokluzuje a při otáčení opačným se zaseká (přenáší točivý moment na části automatické převodovky). Skládá se ze dvou kroužků – vnějšího a vnitřního – a sady válečků umístěných mezi nimi, oddělených oddělovačem. Po zvýšení otáček motoru a změně převodového stupně automatické převodovky má jedna z planetových převodovek tendenci se otáčet v opačném směru – jednosměrná spojka tuto jednotku zablokuje a zabrání zpětnému otáčení.

Princip činnosti automatické převodovky

Uvažujme fungování čtyřstupňové automatické převodovky vybavené dvěma planetovými převodovkami.
První rychlostní stupeň. Centrální kolo první planetové řady není spojeno s motorem, první řada se nepodílí na přenosu točivého momentu. Centrální kolo druhé řady je připojeno ke klikovému hřídeli motoru (měli bychom přidat – přes měnič točivého momentu). Planetový unašeč se satelity druhé planetové řady je spojen s výstupním hřídelem převodovky. Epicykl (největší korunové kolo) druhé řady se při nízkých otáčkách motoru otáčí přes jednosměrnou spojku a točivý moment se nepřenáší na převodové mechanismy. Jakmile se otáčky motoru zvýší, jednosměrná spojka zablokuje korunové kolo – začíná přenos točivého momentu přes satelity a planetový unašeč. Auto se rozjede a dá se do pohybu.
Druhý rychlostní stupeň. Centrální kolo první řady je zablokované a nehybné. Planetový nosič se satelity první řady je v záběru s epicyklem druhé řady přes jednosměrnou spojku. Epicykl první řady zabírá s planetovým unašečem druhé řady, který je spojen s výstupním hřídelem převodovky. Točivý moment z motoru je přenášen přes centrální kolo druhé řady. V tomto režimu pracují obě planetová soukolí převodovky.
Třetí rychlostní stupeň. Ozubená kola první řady se nepodílejí na přenosu točivého momentu. Centrální kolo druhé řady a planetová planeta druhé řady jsou spojeny se vstupním hřídelem, točivý moment je přenášen planetovým unašečem na výstupní hřídel. Nedochází k přeměně točivého momentu – automatická převodovka pracuje v režimu přímého převodu.
V režimech prvního, druhého a třetího rychlostního stupně nemůže řidič využívat brzdění motorem. Pro zajištění možnosti brzdění motorem je jednosměrná spojka blokována třecí spojkou. Poté, když uvolníte plynový pedál, ozubená kola převodovky neodpojí převodové mechanismy od motoru.
Čtvrtý rychlostní stupeň. Toto je režim rychloběhu, když je převodový poměr převodovky větší než jedna. Centrální kolo první řady je zastaveno. Točivý moment je přenášen na planetový unašeč se satelity první planetové řady. Epicykl první řady je v záběru s řidičem druhé řady, který zase přenáší točivý moment na převodové mechanismy. Centrální kolo a epicykl druhé řady se nepodílejí na přenosu točivého momentu.
Zpětný chod. Centrální kolo první řady je připojeno ke klikovému hřídeli motoru. Řidič druhé řady je zablokován třecí spojkou. Epicykl první řady zabírá s planetovým unašečem druhé řady, který je zase spojen s výstupním hřídelem. Výstupní hřídel se otáčí v opačném směru.

Řídicí systémy automatické převodovky

Řídicí systém pro provozní režimy automatické převodovky je navržen ve formě hydraulických pohonů, které přenášejí tlak oleje z hydraulického čerpadla na písty akčních členů třecích spojek a brzdových pásů bubnů. Proud oleje v olejových potrubích je přerozdělován šoupátkovými ventily, které jsou ovládány buď manuálně polohou voliče automatické převodovky, nebo automaticky. Řídicí jednotka automatické převodovky může být hydraulická nebo elektronická.
„Klasická“ automatická převodovka je ovládána hydraulickým mechanismem, který se skládá z odstředivého regulátoru tlaku kapaliny namontovaného na výstupní hřídeli motoru a snímače tlaku pohonu hydraulického pedálu. Šoupátkové ventily se pohybují pod tlakem obou hydraulických okruhů, což umožňuje automatické převodovce řadit rychlostní stupně v souladu s otáčkami klikového hřídele motoru a polohou plynového pedálu.
V elektronickém automatickém řídicím systému je místo hydraulického pohonu pro cívky použit elektromechanický pohon – cívky jsou posouvány pomocí elektromagnetů. Povely pro pohyb ventilů dává elektronická řídicí jednotka, v moderních autech – centrální palubní počítač automobilu. Stejný počítač obvykle řídí jak systém zapalování, tak vstřikování paliva. Elektronická řídicí jednotka přijímá příkazy k pohybu ventilů ze snímače otáček výstupního hřídele motoru a snímače polohy plynového pedálu. Převodové stupně můžete řadit i manuálně přesunutím voliče do požadované polohy.
Většina moderních automatických převodovek zajišťuje manuální ovládání převodovky i po úplném selhání elektronického řídicího systému. V každém případě lze manuálně zařadit přímý (třetí podle výše popsaného čtyřstupňového schématu) převodový stupeň a pokud není poškozena elektromechanická část řídicího systému, lze pohybem voliče manuálně zařadit všechny převodové stupně.

Volič automatické převodovky

V 50. letech minulého století byl obecně přijímaným standardem pro systém řízení automatické převodovky volič „PRNDL“ – seznam pořadí aktivace režimů automatické převodovky. Právě tato sekvence byla uznána jako nejbezpečnější a nejracionálnější z hlediska konstrukce automatické převodovky.
Pracovní režimy automatické převodovky – polohy voliče.

P — parkovací režim. Motor je odpojen od převodovky. Automatická převodovka je zablokována vnitřním mechanismem a je spojena s převodovkou, která zajišťuje uzamčení všech převodových mechanismů. Automatická převodovka přitom není nijak spojena s ruční brzdou a neodpadá tak nutnost jejího použití při parkování.
R – reverzní režim. U všech moderních automatických převodovek je volič v této poloze doplněn o blokovací mechanismus, který zabraňuje náhodnému zařazení zpátečky při pohybu vozu vpřed.
N – neutrální režim Automatická převodovka. Aktivuje se během zastavení, doběhu a tažení.
D – hlavní režim práce automatické převodovky (“Drive”). Jsou zařazeny všechny stupně automatické převodovky (obvykle i rychlostní stupeň, který lze jinak zařadit dodatečnou polohou volicí páky označenou „2“ nebo „D2“).
L – režim nízkého převodového stupně, který se používá pro jízdu v terénu a v prudkých stoupáních.
Toto pořadí přepínání voliče automatické převodovky bylo v roce 1964 zakotveno v zákoně v USA. Odchylka od této normy je považována za nepřijatelnou z hlediska bezpečnosti vozidla.

Hydraulický převod — soustava hydraulických zařízení, která umožňují spojení zdroje mechanické energie (motoru) s pohony stroje (kola automobilu, vřeteno stroje atd.)

Hydraulický převod se také nazývá hydraulický převod. Typicky je v hydraulickém převodu energie přenášena kapalinou z čerpadla do hydraulického motoru (turbíny).

Podle typu čerpadla a motoru (turbíny) se rozlišuje hydrostatické a hydrodynamické převody.

Hydrostatická převodovka

Hydrostatická převodovka je objemový hydraulický pohon.

V prezentovaném videu je jako výstupní článek použit pístový hydromotor. Hydrostatická převodovka využívá rotační hydromotor, ale princip činnosti je stále založen na zákonu hydraulické páky. V hydrostatickém rotačním pohonu je přiváděna pracovní kapalina od čerpadla k motoru.

V závislosti na pracovních objemech hydraulických strojů se může měnit točivý moment a frekvence otáčení hřídelů. Hydraulický převod má všechny výhody hydraulického pohonu: vysoký přenášený výkon, možnost realizace velkých převodových poměrů, plynulá regulace, možnost přenosu výkonu na pohyblivé, pohyblivé prvky stroje.

Způsoby regulace v hydrostatickém převodu

Otáčky výstupního hřídele u hydraulické převodovky lze regulovat změnou objemu pracovního čerpadla (regulace objemu), nebo instalací škrtící klapky nebo regulátoru průtoku (paralelní a sekvenční regulace plynu). Obrázek ukazuje objemovou proměnnou převodovku s uzavřenou smyčkou.

Hydraulická převodovka s uzavřenou smyčkou

Hydraulický převod lze realizovat dle uzavřený typ (uzavřený okruh), v tomto případě hydraulický systém nemá hydraulickou nádrž spojenou s atmosférou.

V hydraulických systémech s uzavřenou smyčkou lze rychlost otáčení hřídele hydromotoru regulovat změnou pracovního objemu čerpadla. Axiální pístové stroje se nejčastěji používají jako motory čerpadel v hydrostatických převodech.

Hydraulická převodovka s otevřenou smyčkou

OTEVŘENO se nazývá hydraulický systém spojený s nádrží, která komunikuje s atmosférou, tj. tlak nad volnou hladinou pracovní tekutiny v nádrži se rovná atmosférickému tlaku. U hydraulických převodovek otevřeného typu je možné realizovat objemové, paralelní a sekvenční ovládání plynu. Následující obrázek ukazuje hydrostatickou převodovku s otevřenou smyčkou.

Kde se používají hydrostatické převodovky?

Hydrostatické převodovky se používají ve strojích a mechanismech, kde je potřeba realizovat přenos velkého výkonu, vytvořit vysoký krouticí moment na výstupní hřídeli a provádět plynulou regulaci otáček.

Hydrostatické převodovky jsou široce používány v mobilních, silničních stavebních zařízeních, bagrech, buldozerech, v železniční dopravě – v dieselových lokomotivách a kolejových strojích.

Hydrodynamická převodovka

Hydrodynamické převodovky využívají k přenosu výkonu dynamická čerpadla a turbíny. Pracovní kapalina v hydraulických převodovkách je přiváděna z dynamického čerpadla do turbíny. Nejčastěji hydrodynamické převodovky využívají lopatkové čerpadlo a turbínové kolo umístěné přímo proti sobě, takže kapalina proudí z čerpadla přímo na kolo turbíny a obchází potrubí. Taková zařízení, která kombinují čerpadlo a turbínové kolo, se nazývají kapalinové spojky a kapalinové transformátory, které mají i přes některé podobné prvky v konstrukci řadu rozdílů.

Kapalinová spojka

Hydrodynamická převodovka sestávající z čerpadlo a kolo turbíny, instalované ve společné klikové skříni se nazývají kapalinová spojka. Točivý moment na výstupním hřídeli hydraulické spojky se rovná kroutícímu momentu na vstupním hřídeli, to znamená, že hydraulická spojka neumožňuje změnu točivého momentu. U hydraulické převodovky lze přenos výkonu provádět pomocí hydraulické spojky, která zajistí hladký chod, plynulé zvýšení točivého momentu a snížení rázového zatížení.

Měnič točivého momentu

Hydrodynamická převodovka, která se skládá z kola čerpadla, turbíny a reaktoru, umístěný v jediném krytu se nazývá měnič točivého momentu. Díky reaktoru, hydraulický transformátor umožňuje měnit točivý moment na výstupním hřídeli.

Hydrodynamická převodovka v automatické převodovce

Nejznámějším příkladem použití hydraulického převodu je Automatická převodovka automobilu, do kterého lze instalovat kapalinovou spojku nebo měnič momentu. Vzhledem k vyšší účinnosti měniče točivého momentu (ve srovnání s kapalinovou spojkou) se montuje na většinu moderních vozů s automatickou převodovkou.