Автомобиль с электромеханической трансмиссией

Устройство автомобилей

Бесступенчатые трансмиссии

Электрические и электромеханические трансмиссии

В электрической трансмиссии механическая энергия двигателя преобразуется в генераторе в электрическую энергию, и затем снова преобразуется в механическую в тяговых электродвигателях.

Очевидно, что двойное преобразование энергии из одного вида в другой связано с определенными потерями, однако, эти потери зачастую ниже потерь в механической трансмиссии, а кроме того, применение электрической трансмиссии имеет ряд существенных достоинств.

В первую очередь – это, конечно же, провода. Безусловно, электрическую проводку для подвода энергии к электродвигателю, установленному в колесе автомобиля, подвести значительно проще, чем от силовой установки к ведущему колесу посредством различного рода механических передач.
Во-вторых, электрические двигатели имеют приближенную к идеальной характеристику изменения крутящего момента в зависимости от частоты вращения вала (якоря). При увеличении частоты вращения крутящий момент на валу уменьшается, а при уменьшении частоты вращения – крутящий момент увеличивается, при этом произведение частоты вращения вала на крутящий момент в каждый момент времени остается постоянным (в идеале), равным мощности двигателя.

Исходя из приведенных выше доводов, становится очевидным, что электродвигатель является почти идеальной автоматической трансмиссией, самостоятельно подстраивающей величину крутящего момента на колесах автомобиля в зависимости от условий движения – возросла нагрузка, скорость снизилась – крутящий момент автоматически вырос.

Однако широко применять электродвигатели в качестве силовой установки современных автомобилей пока не удается, поскольку нет возможности запасаться электроэнергией в достаточном количестве впрок. Привязав автомобиль проводами к какому-нибудь источнику электрической энергии, мы лишим его автономности, а значит, и название «автомобиль» для такого транспортного средства потеряет смысл.
Современные аккумуляторные батареи тоже не способны обеспечить электромобиль достаточным запасом энергии для передвижения.

Многократное преобразование: тепловая энергия топлива – механическая энергия ДВС – электрическая энергия генератора – механическая энергия трансмиссии – электрическая энергия тягового электродвигателя – механическая энергия движителя (колеса) сопряжено со значительными потерями энергии и снижением КПД. Кроме того, чтобы обеспечить движение автомобиля с электрической силовой установкой в широком интервале тяговых усилий без применения дополнительной механической трансмиссии, необходим очень мощный, дорогой и тяжелый электрический двигатель, который сведет на нет все достоинства электропривода с экономической точки зрения.

Тем не менее, электрическая трансмиссия в совокупности с механической нашла применение на современных грузовых автомобилях повышенной грузоподъемности.

Основными элементами электрической трансмиссии (рис. 1, а) являются генератор 2, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания 1, и электрические двигатели 3, расположенные непосредственно в ведущих колесах автомобиля.
Достоинством данного вида трансмиссии является то, что генератор и тяговые электродвигатели могут устанавливаться в любом месте, диктуемом компоновкой автомобиля, при этом связь между ними поддерживается с помощью электрических проводов, которые можно проложить как угодно и где угодно, без ущерба внутреннему объему автомобиля.

Тем не менее, в таком упрощенном виде электрическая трансмиссия применяется редко. Чаще для увеличения крутящего момента в трансмиссию вводятся элементы механической трансмиссии. В таких случаях применяется один тяговый двигатель, а мощность к ведущим колесам передается посредством механических элементов – карданных передач и ведущих мостов (рис. 1, б).

Электромотор-колесо (рис. 2) является наиболее сложным элементом электромеханической трансмиссии, состоящим из следующих элементов: тягового электродвигателя 4, планетарного редуктора 1, ступицы 2 колеса с подшипниковыми узлами, фрикционного тормозного механизма 3, шины с ободом.
К конструкции электромотор-колесо могут также относиться отдельные узлы подвески, механизм переключения передач (при двухступенчатом редукторе) и некоторые другие элементы.

Электромеханические передачи нашли применение на автомобилях-самосвалах большой грузоподъемности. В частности, все самосвалы марки «БелАЗ» грузоподъемностью свыше 75 тонн оснащаются электромеханическими трансмиссиями.
В зарубежном автомобилестроении электромеханические трансмиссии также применяют на самосвалах большой грузоподъемности и на многозвенных автопоездах высокой проходимости. Перспективным считается применение электромеханических трансмиссий на многоприводных автомобилях высокой проходимости и автобусах большой вместимости.

Источник

Трансмиссия автомобиля. Автоматическая и механическая. В чем разница?

Машина состоит из нескольких основных узлов, которые дают возможность создавать и преобразовывать энергию, полученную от сгорания топлива, в крутящий момент и передавать ее на колеса. К этим основным узлам относится трансмиссия.

Что такое трансмиссия?

В машиностроении трансмиссией называют совокупность сборочных единиц и различных механизмов, которые предназначены для соединения двигателя внутреннего сгорания с ведущими колесами. При этом можно выделить несколько назначений этого механизма:

Трансмиссия является одним из основных узлов, который определяет показатели автомобиля при движении: максимальную скорость, скорость разгона. Назначение трансмиссии определяет ее как важный элемент автомобиля, за которым нужно постоянно следить, проводить диагностику и своевременный ремонт.

Какие бывают трансмиссии?

На сегодняшний день существует большое количество различных видов трансмиссий, которые отличаются друг от друга эксплуатационными свойствами, надежностью и принципом функционирования. По основному принципу работы можно выделить следующие виды механизмов переключения скоростей в автомобиле:

Как правило, вид установленной коробки передач зависит от стоимости автомобиля, его года выпуска и класса.

Из чего состоит трансмиссия?

Из-за наличия большого количества функций у данного агрегата его устройство можно назвать сложным. Устройство трансмиссии выглядит следующим образом:

Стоит учесть, что у переднеприводных автомобилей главная передача и дифференциал расположены в картере коробки передач.

Принцип работы трансмиссии заключается в следующем:

При нажатии на педаль, водитель приводит в действие механизм сцепления, который связывает ведущие колеса с двигателем. Крутящий момент передается от коленчатого вала на приводные валы, а оттуда в дифференциал. С помощью системы шестерен крутящий момент меняет свое направление и передается непосредственно на колеса.

Механическая трансмиссия – наиболее распространенный тип, который отличается максимальной простотой функционирования, именно поэтому она используется на шестерках и прочих тазах, даже после тюнинга ВАЗ 2106.

Необходимым атрибутом МКПП является рычаг переключения передач, который установлен в салоне автомобиля. Это необходимо для того, чтобы при необходимости переключении передачи водитель смог выполнить действия в соответствии с ситуацией. При помощи специального механизма тяги во время движения рычага происходит движение по осям трансмиссии ее шестерни.

Сцепление позволяет автомобиля стоять неподвижно или плавно переключать передачу во время движения. Во всех автомобилях первая передача дает меньшую максимальную скорость, но большую тягу и мощность; последняя передача наоборот дает большую скорость, но меньшую мощность.

Устройство трансмиссии зависит от ее вида и других особенностей автомобиля. Ведь существую автоматические и полуавтоматические типы КПП, которые имеют различные дополнительные механизмы для обеспечения быстрого и плавного переключения скоростей. Стоит отметить, что в современных автомобилях из Германии для улучшения показателя разгона автомобиля до первой сотни на спидометре применяют двойное сцепление.

Трансмиссия, как и любой другой агрегат автомобиля, нуждается в периодической диагностике и восстановлении.

Источник

Электромеханические трансмиссии

Механические трансмиссии.

Механические трансмиссии — (простые и планетарные) в коробках передач содержат лишь шестерёнчатые и фрикционные устройства. Преимущества их состоят в высоком коэффициенте полезного действия (КПД), компактности и малой массе, надёжности в работе, относительной простоте в производстве и эксплуатации. Недостатком механической трансмиссии является ступенчатость изменения передаточных чисел, снижающая использование мощности двигателя. Большое время на переключение передач рычагом усложняет управление машиной. Поэтому спортивные автомобили, снабжённые механической трансмиссией, оборудуют электронными переключателями передач (подрулевыми лепестками, кнопками на руле и пр.) и коробками передач со сверхбыстрыми синхронизирующими сервомеханизмами.

Читайте также:  Автомобиль срок эксплуатации для начисления амортизации

Применение механических трансмиссий характерно для советского танкостроения (простые механические — Т-55, Т-62; планетарные с гидросервоуправлением — Т-64, Т-72, Т-80).

Гидромеханические трансмиссии

Гидромеханические трансмиссии имеют гидромеханическую коробку передач, в состав которой входят гидродинамический преобразователь момента (гидротрансформатор, комплексная гидропередача) и механический редуктор. Преимущества этих трансмиссий состоят в автоматическом изменении крутящего момента в зависимости от внешних сопротивлений, возможности автоматизации переключения передач и облегчении управления, фильтрации крутильных колебаний и снижении пиковых нагрузок, действующих на агрегаты трансмиссии и двигатель, и в повышении вследствие этого надёжности и долговечности поршневого двигателя и трансмиссии.

Основным недостатком этих трансмиссий является сравнительно низкий КПД из-за низкого КПД гидротрансформатора. При КПД гидропередачи не ниже 0,8 диапазон изменения момента не более трёх, что вынуждает иметь механический редуктор на три-пять передач, считая передачу заднего хода. Необходимо иметь специальную систему охлаждения и подпитки гидроагрегата, что увеличивает габариты моторно-трансмиссионного отделения. Без специальных автологов или фрикционов не обеспечиваются торможение двигателем и пуск его с буксира.

Гидромеханические трансмиссии получили широкое распространение в западном танкостроении — М1 «Абрамс» (США), «Леопард-2» (ФРГ). В трансмиссиях этих танков использованы не только гидродинамические передачи в основном приводе, но и гидростатические (гидрообъёмные) передачи в дополнительном приводе для осуществления поворота. Из работающей на постсоветском пространстве железнодорожной техники гидромеханическую передачу имеет, например, дизель-поезд венгерского производства Д1.

Гидравлические трансмиссии

Гидравлическими трансмиссиями в транспортной технике называются трансмиссии, где переключения выполняются не механически, а гидравлическими аппаратами, так как чисто гидравлические трансмиссии встречаются весьма редко. В такой трансмиссии имеется коробка передач с первичным и вторичным валами и несколькими парами зубчатых колёс, как и в обычной КПП, но включение нужной пары в работу выполняет не кулачковая или фрикционная муфта, а гидромуфта или гидротрансформатор, заполняемый для включения передачи. Достоинство такой трансмиссии — совершенно безударное включение передач и отсутствие механических муфт, ненадёжно работающих при передаче больших моментов (например, на тепловозах), недостаток — необходимость установки отдельной гидромуфты (весьма громоздкого аппарата) на каждую передачу.

Из-за перечисленных особенностей гидропередача используется в основном на ЖД-технике. Из отечественных типов техники гидропередачу имеют, например, маневровые тепловозы ТГМ4 и ТГМ6, дизель-поезд ДР1.

Гидростатические трансмиссии

Гидромашина с наклонным блоком трансмиссии асфальтового катка

В гидростатической (гидрообъёмной) трансмиссии для передачи мощности используются аксиально-плунжерные гидромашины. Достоинства такой трансмиссии — малые габариты машин, малая масса и отсутствие механической связи между ведущим и ведомым звеньями трансмиссии, что позволяет разносить их на значительные расстояния и придавать большое число степеней свободы. Недостаток гидрообъёмной передачи — значительное давление в гидролинии и высокие требования к чистоте рабочей жидкости.

Гидростатическая передача используется на дорожно-строительных машинах (особенно катках — из-за необходимости обеспечивать очень большое передаточное число, а также зачастую приводить вальцы с торца, построение механической передачи затруднено), как вспомогательная — на тепловозах, авиационной технике (благодаря малой массе и возможности размещать мотор далеко от насоса), металлорежущих станках.

Электромеханические трансмиссии

Электромеханическая трансмиссия состоит из электрического генератора, тягового электродвигателя (или нескольких), электрической системы управления, соединительных кабелей. Основным достоинством электромеханических трансмиссий, является обеспечение наиболее широкого диапазона автоматического изменения крутящего момента и силы тяги, а также отсутствие жёсткой кинематической связи между агрегатами электротрансмиссии, что позволяет создать различные компоновочные схемы.

Недостатком, препятствующим широкому распространению электрических трансмиссий, являются относительно большие габариты, масса и стоимость (особенно если используются электрические машины постоянного тока), сниженный КПД (по сравнению с чисто механической). Однако, с развитием электротехнической промышленности, массовым распространением асинхронного, синхронного, вентильного, индукторного и др. видов электрического привода, открываются новые возможности для электромеханических трансмиссий.

Такие трансмиссии применяются в тепловозах, карьерных самосвалах, некоторых морских судах, тракторах, самоходных механизмах, военной технике — на танках ЭКВ (СССР) и немецких военных машинах «Фердинанд» и «Мышонок»), автобусах (которые с таким видом трансмиссии правильнее называются теплоэлектробус, например ЗИС-154).

Компоновка колёсного трактора[править | править вики-текст]

Тракторы с увеличенными задними колёсами[править | править вики-текст]

Заднеприводные тракторы с увеличенными задними колёсами
· Т-25 · Allgaier AP-17-2 · МТЗ-80
Полноприводные тракторы с увеличенными задними колёсами
· New Holland · Т-40А

Тракторы с колёсами равного диаметра[править | править вики-текст]

Полноприводные тракторы с колёсами одинакового диаметра
· CASE 9240 · К-700 · New Holland · Т-150К «ХТЗ»

Тракторы с колёсами одинакового диаметра, например, К-700, как правило имеют рамный остов, состоящий из двух полурам, соединенных шарнирами. На каждой из полурам установлено по ведущему мосту. Управление поворотом осуществляется за счет поворота полурам. Такая компоновка позволяет применять колёса увеличенного диаметра и ширины, но ухудшает устойчивость трактора, так как при повороте центр тяжести смещается в сторону от продольной оси. Расположение узлов трактора на полурамах может быть различным. Например, у трактора К-700 двигатель, коробка передач и кабина расположены на передней полураме, а на задней полураме имеется только механизм навески. У трактора-тягача МоАЗ-531 двигатель и редуктор отбора мощности расположены на задней полураме, а кабина и коробка передач на передней.

Колёсные самоходные шасси[править | править вики-текст]

Основная статья: Самоходное шасси

Компоновка тракторного колёсного универсального самоходного шасси строится исходя из необходимости размещения на раме трактора тяжелых или крупногабаритных машин, орудий или самосвального кузова. Поэтому колёсные самоходные шасси как правило имеют компактный силовой агрегат (двигатель в сборе с трансмиссией), размещенный сзади. Передняя часть представляет собой открытую раму.

Компоновочные схемы механических силовых передач: а – колесная формула 4 2; б – колесная формула 4 4; в – колесная формула 6 6; г – гусеничный трактор: 1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – коробка передач; 4 – карданная передача; 5 – задний ведущий мост; 6 – перед- ний ведущий мост; 7 – средний ведущий мост

Компоновка гусеничного трактора[править | править вики-текст]

Классической для гусеничных тракторов является схема с передним расположением двигателя и задним расположением поста управления. Такая схема оптимальна для сельскохозяйственного трактора, поскольку обеспечивает во-первых хороший обзор навесных машин и орудий, а с другой стороны — переднее расположение центра тяжести. Переднее расположение центра тяжести необходимо сельскохозяйственному трактору потому, что его задняя часть в процессе работы догружается весом и реакцией навесного орудия. Встречаются и иные схемы, например с передним расположением кабины и задним двигателя. Такая схема применена на промышленном тракторе Т-330. Переднее расположение кабины обеспечивает хороший обзор бульдозерного оборудования, а заднее расположение двигателя — оптимальную развесовку (ввиду того, что передняя часть догружается весом и реакцией бульдозерного отвала). Гусеничные тракторы могут иметь как рамный, полурамный или безрамный остов. Тип остова гусеничного трактора определяется его подвеской.

Рамный остов имеют тракторы с индивидуальной или парной упругой подвеской опорных катков, например тракторы ДТ-75 и Т-180. При этом узлы трактора монтируются на общей раме, представляющей собой сварную металлоконструкцию. Обычно, рама трактора состоит из двух продольных балок-лонжеронов, соединенных несколькими поперечными перемычками. Такая схема позволяет легко разбирать и собирать трактор при ремонте. Другим преимуществом рамного остова является возможность применения облегченных корпусов узлов и агрегатов, которые оказываются разгруженными от веса трактора и его тягового усилия. Однако сварная рама обладает низкой жесткостью, что вызывает относительные смещения валов узлов трактора и требует их соединения упругими муфтами или карданными шарнирами. Эти элементы обладают ограниченным ресурсом и не могут передавать большой крутящий момент.

Читайте также:  Автосалоны грузовых автомобилей скания

Полурамный остов имеют тракторы с полужесткой подвеской, например Т-4 и Т-130.

Безрамный остов имеют тракторы с групповой упругой или жесткой подвеской опорных катков к балансирному брусу, например тракторы Т-330. Преимущество безрамного остова — высокая жесткость, позволяющая отказаться от упругих соединительных муфт между валами агрегатов. Недостаток безрамного остова — сложность крепления на нем навесных систем и оборудования трактора. Агрегаты тракторов с полурамным и безрамным остовом имеют в стенках картеров люки, позволяющие осматривать и ремонтировать отдельные механизмы и системы без разбора всего трактора.

Источник

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ТРАНСМИССИИ

Mechanical Assistance for Electric Drives

Краткий обзор

В этом докладе анализируются некоторые методы, которые можно использовать для минимизации электротехнических требований к системе привода в разумной комбинации лучших свойств систем электрического и механического привода.

Рис. 1. Система классического серийного гибридного привода

Механическая энергия двигателя преобразуется в электроэнергию генератором. Эта электроэнергия соответственно кондиционируется и добавляется в шину питания тока. Прибор накопления энергии, обычно это аккумулятор, но также это может быть и маховик, добавляет или забирает энергию из шины питания, в зависимости от мгновенной максимальной нагрузки и обеспечения энергией.

Потребителями электроэнергии являются система привода и несколько других высокомощных приборов, таких как электродинамическая система пушки, активная система защиты и т.д.

Эта блок-схема привлекает своей простотой, но достигнуть преимущества возможно лишь с другими конструктивными техническими решениями.

· В серийном гибриде нельзя перенести энергию высокой эффективности питания двигателя непосредственно на колеса машины. Вся энергия привода должна пройти через многократные преобразования из механической в электрическую и обратно в механическую энергию.

· Нельзя перенести высокую мощность поворота с внутренней части гусеницы на внешнюю. С тех пор как энергия поворота должна проходить через два двигателя и два регулятора, потеря энергии снижает эффективность управления.

Все эти особенности достигнуты обычными трансмиссиями. Вся тяговая мощность привода может подаваться с одной стороны машины. Существует непосредственное механическое соединение двигателя с ведущими звездочками для прочной части нормально функционирующего привода. Энергия для поворота может переноситься с отстающей части гусеницы на забегающую через механический привод и валы.

Будет показано, что рациональный выбор конструкции трансмиссии позволит достичь эти преимущества в системе электропривода.

Требования к силе тяги. Гусеничная машина

Машина снабжена приводом таким образом, что может вырабатывать тяговое усилие равное 90% от полного веса машины при минимальной скорости. Максимальная скорость машины определяется пересечением линии уровня силы сопротивления со стороны и кривой тягового усилия. В этой точке двигатель работает с максимальной мощностью.

Очень высокое тяговое усилие при низких скоростях достигается, конечно, при помощи многоскоростной трансмиссии и гидротрансформатора. Типичная трансмиссия для тяжелого основного боевого танка (МВТ) может иметь диапазон от 4,5:1 до 5:1 с дополнительным диапазоном гидротрансформатора 2,5-3:1. При надлежащем согласовании двигателя и гидротрансформатора, максимальное тяговое усилие в силовом режиме может быть в 12-15 раз выше, чем тяговое усилие при максимальной скорости машины. Следовательно, обыкновенная трансмиссия легко может обеспечить тяговое усилие равное 90% от полного веса машины. Примечательно, что максимальный уклон, который в основном определен как 60%, ниже этого требования.

Однако существует число специфических требований к гусеничным боевым машинам, которое вызывает практически неразрешимую проблему для классического электропривода (рис.1).

Как только начинается поворот, внешнюю часть гусеницы нужно обеспечить очень высокой энергией, которая ускоряется и движется быстрее, чем центр тяжести машины. В высокодинамичном повороте энергия, которая должна обеспечивать внешнюю часть гусеницы, может достигать 1300-1500 кВт или более. Если трансмиссия не сможет передать такую энергию на внешнюю часть гусеницы, то машина будет терять скорость движения.

3. Полностью электрическая тяга

Успехи в современных высокоэффективных электродвигателях и регуляторах сделали возможным скомпоновать машину так, чтобы получить 90% требований по тяговому усилию (ТЕ) и еще достичь желаемой скорости для машины. Каждый из приводных электродвигателей на рисунке 1 вырабатывает тяговое усилие равное 45% от полного веса машины. Это, в общем, показывает результаты в конструкции системы, где компоненты имеют такие размеры, чтобы ответить максимальному требованию по тяговому усилию на низкой скорости.

Если идти другим путем, то тяговый двигатель, который может производить очень высокий крутящий момент на низкой скорости и все же работает при высокой скорости, имеет запас мощности для поворота. Требование к «мощности поворота» для шестидесятитонной машины, способной развивать скорость 70 км/ч и в то же время способной выработать тяговое усилие равное 90% от полного веса машины, составляет порядка 10 МВт.

В экстремальных условиях крутого склона или трудных условиях грязи или льда, весь вес машины может быть на одной гусенице. С тех пор как не стало прямого пути переместить крутящий момент, производимый одним из моторов, на ведущее колесо на другой стороне, один двигатель сам должен быть способен вырабатывать тяговое усилие 90% от полного веса машины. Другими словами, машина должна быть оснащена двумя двигателями и регуляторами, каждый из которых способен производить тяговое усилие равное 90% от полного веса машины. Такая машина имела бы тогда мощность поворота в 20 МВт.

Рис. 3. Электрическое решение для выработки тягового усилия (ТЕ), равного 90% от полного веса машины, на каждую сторону

4. Полностью электрическое управление

Рис. 4. Потоки энергии для полностью электрического управления

Из 575 кВт механической энергии, которая передается с отстающей гусеницы на внутренний электродвигатель, около 520 кВт превращаются в электрическую энергию на выходе из внутреннего регулятора. Чтобы обеспечить мощность 1320 кВт на забегающей гусенице, около 1530 кВт должно находиться на входе во внешний регулятор. Поскольку с отстающей гусеницы получены только 520 кВт, то первичный двигатель должен выработать 1000 кВт электроэнергии. Так как это больше, чем может обеспечить двигатель мощностью 1500 л.с., даже работающий на полную мощность, машина не может выполнить поворот, радиусом 18 м., без торможения.

Кроме того, общее количество электроэнергии, которое выработано внутренними и внешними двигателями и регуляторами, почти 2000 кВт. Система охлаждения должна быть сконструирована для удаления данного количества тепла на время, в течение которого длится маневр управления.

На самом деле в этом примере эффективность компонентов не была достигнута. С действительными компонентами количество энергии, которую должен обеспечивать первичный двигатель, и количество тепла, которое должно быть удалено, могут быть значительно выше.

5. Системы механического управления

Большинство трансмиссий для гусеничных боевых машин оснащены двойной дифференциальной системой управления, которая эффективно разделяет путь энергии управления от тяги или привода. Направление энергии для тяги оптимизировано для тяги машины, а путь энергии для управления оптимизирован для управления. Эти системы базируются на использовании сателлитов (в планетарных зубчатых передачах) для сочетания тяги и скоростей управления и крутящих моментов.

Рис. 5. Планетарный ряд где,

W –частота вращения вала, а

Т – крутящий момент на валу

Планетарный ряд полностью определяется отношением Z диаметров эпициклического колеса Æ S :

В классическом виде частоты вращения валов находятся в соотношении:

таким образом, чтобы найти частоту вращения третьего вала, нужно знать частоты вращения двух других звеньев.

Неучитываемые потери и энергия накапливались в планетарном ряде, полезная мощность в ряду равна нулю:

Поскольку эти уравнения верны для всех частот вращения и крутящих моментов, следует, что:

Читайте также:  Автомобиль моей мечты шевроле

Следовательно, если известен один из крутящих моментов, то крутящие моменты на двух других валах тоже известны.

Хотя данный анализ направлен на классический планетарный ряд, состоящий из эпициклической и солнечной шестерен, он действителен для любого типа планетарного ряда. Каждый тип будет иметь свое собственное определение отношения Z и свое собственное отношение частот, определяемые геометрией планетарного ряда.

В трансмиссии с двойным дифференциальным управлением используют планетарный ряд, чтобы отделить энергию тяги и управления, как показано на рисунке 6.

Рис. 6. Двойная дифференциальная система управления

Тяговая энергия из первичного двигателя поставляется на главный передаточный вал, соединяя выходы кольцевых зубчатых колес, в то время как водила планетарной передачи приводят в движение левый и правый передаточный вал. Солнечные зубчатые колеса планетарной системы управления соединены друг с другом через вал рулевой сошки управления. Для езды прямо вал рулевой сошки неподвижен, а частота вращения и крутящий момент на обоих валах выхода одинакова.

Чтобы начать поворот, вал рулевой сошки приводится в движение приводом управления таким образом, что вырабатывается достаточный крутящий момент на забегающей и отстающей гусеницах, для того чтобы гусеницы изменили скорости движения. С тех пор, как вал управления на всех скоростях машины при движении прямо неподвижен, а вал рулевой сошки должен только распределять крутящие моменты и скорости, передача между приводом управления и солнечными зубчатыми колесами может быть такой, что гусеницы смогут изменять скорости вращения при любой скорости машины, даже с рулевым приводным электродвигателем умеренного размера.

Как только начинается поворот, энергия с отстающей гусеницы передается через главный передаточный вал и через вал рулевой сошки управления, с приводом управления, отвечающим только за потери в системе.

6. Электрическое управление с механической рекуперацией

Тот же случай, что и показанный в четвертом разделе для привода с полностью электрическим управлением, будет проанализирован, когда в системе электропривода используется трансмиссия с механическим управлением.

Рис. 7. Энергия управления в электромеханической системе

Предполагается, что в электромеханической системе на рисунке 7 приводной электродвигатель обеспечивает энергией главный передаточный вал, а двигатель управления обеспечивает энергией вал рулевой сошки.

Итак, 600 кВт энергии поставляется от отстающей гусеницы, а 1320 кВт должно уйти на забегающую гусеницу.

Около 800 кВт энергии должно вырабатываться приводным двигателем и двигателем управления. В полностью электрической системе (согласно четвертому разделу) 2000 кВт электроэнергии должны быть на внутреннем и внешнем приводных электродвигателях.

7. Многоскоростная передача для снижения требований к энергии двигателя при повороте

Этот многоскоростной эффект может быть выполнен в обычной коробке передач, состоящей из обыкновенного планетарного блока шестерен, тормозов и сцепных муфт.

Преимущества использования многоскоростной трансмиссии для снижения требований к мощности при повороте обозначены ниже, на рисунке 8.

Рис. 8. Многоскоростной блок и трансмиссия с механическим управлением снижают требование к поворотной энергии двигателя

Трансмиссия должна передавать 530 кН на одну сторону машины, приводные электродвигатели используются такие же, как и в третьем разделе. Преимущества многоскоростной трансмиссии становятся очевидными. Если вал рулевой сошки неподвижен, то весь крутящий момент привода может быть перенесен на одну сторону.

Солнечные зубчатые колеса обеих планетарных систем остановлены до вращения, обеспечивая, таким образом, необходимый крутящий момент для планетарных рядов. В примере на рисунке 8 левая гусеница не обеспечивает тяги, весь крутящий момент привода передается на правую гусеницу.

Вдобавок к этому, коробка передач может иметь соотношение первой передачи, например 5:1, позволяя, таким образом, двум приводным двигателям обеспечивать такой же крутящий момент, как и десять двигателей из примера в третьем разделе. Чистым результатом является то, что два приводных электродвигателя с мощностью при повороте 2000 кВт могут обеспечивать тяговое усилие равное 90% от полного веса машины на одной ее стороне. В устойчивом режиме мощность этих двух двигателей 1240 кВт, которая примерно равна по величине максимальной мощности первичного двигателя.

Следовательно, использование трансмиссии с механическим управлением и коробкой передач позволяет выбрать приводные двигатели и регуляторы на основе количества мощности, вырабатываемом в номинальном режиме, необходимом для машины. В полностью электрической системе привода приводные электродвигатели, регуляторы и система охлаждения должны выбираться на основе условий максимальной тяги, которые на практике встречаются редко.

8. Преимущества в действиях двигателя и регулятора

Рис. 9. Крутящий момент двигателя как функция скорости машины

Использование коробки передач также приводит к существенному снижению максимального крутящего момента в двигателе и электрического тока в регуляторе, без какого-либо снижения крутящего момента на выходе. В примере, показанном на рисунке 9, рассмотрена система привода для 15-тонной гусеничной машины, у которой мощность системы электропривода – 200 кВт.

Если используется трансмиссия с одной передачей, требуется двигатель, вырабатывающий почти 1400 Н·м с сопутствующим максимально высоким электрическим током, при минимальной скорости движения и большим сопротивлением движению. Использование коробки с тремя передачами позволяет использовать двигатель с максимальным крутящими моментом 330 Н·м.

Кроме того, двигатель и регулятор работают в более благоприятных условиях с мультиплексной коробкой передач, особенно на низкой скорости и при высоком крутящем моменте. Например, при скорости 5 км/ч двигатель в системе с одной передачей работает на скорости 8% от номинальной скорости. В системе, имеющей коробку передач, двигатель эксплуатируется на скорости 60% от номинальной.

Чистый результат – это существенно меньшее потребление энергии при том же максимальном тяговом усилии.

9. Другие гибридные конфигурации

Как было упомянуто в шестом разделе, трансмиссия с механическим управлением поставляет всю энергию привода на один вал. При возможности установки коробки передач можно рассмотреть систему как альтернативу гибридной архитектуры.

Классический серийный гибридный привод (рис.1), где двигатель может развить полную мощность при любой скорости, страдает тем недостатком, что вся энергия привода должна передаваться электрически. Он проявляется в низкой эффективности на средних и больших скоростях. Это особенно верно, если сравнивать с обыкновенной системой привода, когда преобразователь крутящего момента находится в блокировке, а трансмиссия на третьей из четырех передач.

Этот недостаток можно устранить при использовании двойной системы, где механический и электрический каналы выходят от приводного двигателя на ведущие колеса.

Рис. 10. Гибридная трансмиссия с двумя каналами

При оптимальном выборе режима работы двигателя трансмиссия может быть оптимизирована для максимальной эффективности так, чтобы вся или почти вся энергия передавалась через механический канал.

Необходимо отметить, что система на рисунке представлена в форме блок-схемы. Этот тип системы, с соответствующими усовершенствованиями для оптимизации размеров электрических компонентов, может быть собран в компактную форму, пригодную для установки на боевую машину.

В настоящее время оказывается, что трансмиссия, содержащая в себе лучшие свойства электрической и механической систем, будет более эффективной, будет иметь более высокие тактико-технические данные, потребуется меньшая система охлаждения и будет более пригодной, чтобы отвечать реальным требованиям по функционированию, чем просто система электрического привода.

Не имеет значения, что является конечными архитектурными характеристиками или характеристиками тактико-технических данных электрической трансмиссии, такая система может быть рассмотрена только для сферы эксплуатации, если она может быть собрана, установлена и реализована также, как обыкновенная трансмиссия.

Система электропривода в любом случае будет установлена в непосредственной близости с ведущими колесами привода и займет все пространство между ними. Поэтому есть смысл пользоваться всеми преимуществами, которые может дать электромеханическая трансмиссия.

Источник

Ответы на популярные вопросы
Adblock
detector