Применение замкнутого гидростатического двухгусеничного привода на гусеничных транспортерах

В Китае все шире применяются гусеничные транспортные машины с замкнутым гидростатическим двухгусеничным приводом, особенно гусеничные бульдозеры, тракторы и транспортные машины. Такая схема позволяет изолировать двигатель от ударных нагрузок со стороны грунта, обеспечивает более высокую скорость движения и бесступенчатое регулирование скорости для разных режимов работы. Она гарантирует плавный запуск и подходит для особых условий эксплуатации, упрощает трансмиссию и снижает массу машины. Гидравлические компоненты отличаются высокой унификацией, а конструкцию базовой машины легко адаптировать. На мощных крупногабаритных машинах с двухгусеничным приводом преимущества замкнутой гидростатической трансмиссии особенно заметны. Несмотря на высокие требования к давлению и расходу, гидравлические компоненты, принадлежности и бак такой системы компактнее, чем у открытой гидросистемы аналогичной мощности, что упрощает компоновку машины. Ниже автор приводит обобщенные на основе многолетнего опыта проектирования гидростатических трансмиссий сведения для специалистов отрасли.

1. Состав системы

В стандартной конфигурации замкнутый гидростатический двухгусеничный привод состоит из регулируемого насоса с гидравлическим или электронным управлением и нерегулируемого гидромотора. Для обеспечения разных скоростей и тяговых усилий иногда требуется двухскоростной гидромотор. На рисунке 1 показана базовая схема гидростатической трансмиссии с замкнутым двухгусеничным приводом. В нее входят пилотные рукоятки, насосы, гидромоторы, редукторы и другие компоненты.

2. Согласование пилотной рукоятки и регулируемого насоса

При проектировании особенно важно правильно согласовать характеристику регулирования рабочего объема насоса по давлению (напряжению) с характеристикой регулирования давления в пилотной гидролинии или электрической цепи. Для приводного насоса машины с полностью гидравлическим двухгусеничным приводом желательно предусмотреть более широкую зону нечувствительности характеристики давления. Это поможет предотвратить нежелательное срабатывание насоса из-за вибрации пилотной рукоятки и улучшит курсовую устойчивость машины. Чем круче характеристика, тем лучше: это снижает чувствительность рулевого управления и позволяет поворачивать при малом рабочем объеме насоса, уменьшая скорость поворота и инерционное сопротивление. В результате снижается риск остановки двигателя. Обычно применяются два типа характеристик регулирования давления пилотной рукоятки. При согласовании систем начальное давление (напряжение) на выходе рукоятки при выходе из зоны нечувствительности должно быть ниже максимального давления (напряжения), соответствующего рабочему объему насоса в этой зоне (точка f). Это обеспечивает плавное начало движения, в том числе с нулевой скорости. Давление пилотной подачи (напряжение питания) должно превышать давление (напряжение), соответствующее максимальному рабочему объему насоса. Это позволяет в полной мере использовать бесступенчатое регулирование рабочего объема. При гидравлическом управлении давление подачи обычно должно примерно на 5 × 10^5 Па превышать давление, соответствующее максимальному рабочему объему насоса. Это помогает избежать нестабильной скорости машины из-за вибрации рукоятки при движении на высокой скорости. Чем больше ход рукоятки, соответствующий бесступенчатому регулированию рабочего объема насоса, тем лучше. Как показано на рисунке 2, по сравнению с кривой управления II кривая III увеличивает ход рукоятки для бесступенчатого регулирования рабочего объема (участок nj длиннее участка mi), однако его ограничивает полный ход рукоятки. Наклон пропорционального участка должен быть как можно меньше. При одинаковом ходе управления Δs изменение рабочего объема насоса по кривой II больше, чем по кривой III (Δq2 < Δq3). Поэтому управление по кривой II для оператора слишком чувствительное, тогда как кривая III обеспечивает более комфортное управление. При использовании кривой III максимальное давление (напряжение) на пропорциональном участке (точка c) должно быть близко к максимальному управляющему давлению (напряжению) на характеристике регулирования рабочего объема насоса (точка h). Чтобы улучшить управляемость и маневренность машины, а также уменьшить чрезмерное сопротивление при повороте с малым радиусом и связанный с ним повышенный расход мощности двигателя, можно ограничить рабочий объем насоса. Обычно для этого во время поворота ограничивают давление подачи (напряжение питания) на пилотную рукоятку, снижая его ниже управляющего давления (напряжения), соответствующего максимальному рабочему объему насоса. Ограничение задают с учетом параметров машины так, чтобы двигатель не останавливался.

3. Определение давления в системе

В машинах с замкнутым гидростатическим двухгусеничным приводом при преодолении сопротивления повороту обычно возникает максимальное давление — его можно принять за уставку давления системы. Однако при определении рабочего давления необходимо учитывать не только сопротивление повороту, но и достижимые характеристики имеющихся гидравлических компонентов и принадлежностей, условия эксплуатации и стоимость базовой машины.

4. Выбор гидромотора

Для обеспечения требуемых скорости движения и максимального тягового усилия, а также повышения КПД гидросистемы целесообразно использовать двухскоростные гидромоторы. Высокооборотные гидромоторы и низкооборотные гидромоторы с высоким крутящим моментом применяют по-разному. Высокооборотные гидромоторы могут быть компактными и встраиваться в редуктор либо объединяться с ним в единый узел. Оптимальный вариант — разместить их внутри гусеницы: это улучшает ходовые характеристики машины. Низкооборотные гидромоторы с высоким крутящим моментом имеют большие габариты. Чтобы повысить проходимость машины, такой гидромотор следует расположить выше центра ведущего колеса и дальше от земли.

5. Выбор насоса

Расчетную частоту вращения насоса следует по возможности выбирать высокой, предпочтительно близкой к его номинальной частоте. Тогда даже при работе двигателя на холостом ходу контур с насосом и гидромотором будет иметь высокий КПД передачи. Максимальный рабочий объем насоса обычно рассчитывают для первой передачи двухскоростного гидромотора — той, где его рабочий объем меньше. Это позволяет снизить потребную мощность привода и повысить КПД системы.

6. При выборе гидравлических принадлежностей для замкнутых гидросистем следует учитывать следующие особенности. 1) Всасывающий трубопровод должен быть как можно короче и иметь большой внутренний диаметр, чтобы избежать подсоса воздуха. Во всасывающей линии допускается устанавливать только фильтр грубой очистки. Если компоновка позволяет, используйте гидравлический бак с высоким расположением уровня масла — выше всасывающего патрубка насоса. Это улучшит условия всасывания. При подключении всасывающего трубопровода особенно внимательно проверьте герметичность соединений: утечки воздуха могут вызвать рывки машины, ухудшить прямолинейное движение и привести к повреждению насоса или гидромотора. 2) Внутренний диаметр сливных линий насоса и гидромотора должен быть как можно больше. Необходимо предусмотреть отдельный сливной бак без подпора. Не устанавливайте фильтр в сливной линии, чтобы минимизировать сопротивление и не допустить повреждения уплотнений валов насоса и гидромотора. В противном случае масло может попасть в гидросистему и связанные с ней компоненты трансмиссии, что приведет к потере и загрязнению масла, а также к более серьезным неисправностям системы.