Způsoby ovládání pomocného náhonu vozidla

Převodovka je nedílnou součástí každého vozu se spalovacím motorem. Účelem převodovky je přenášet a převádět točivý moment z motoru na kola a také provádět pomocný náhon pro pohon dalších agregátů a přídavných zařízení. Tento proces umožňuje zajistit optimální tažnou sílu a rychlost vozidla a také couvání. Box navíc pomáhá odpojit klikový hřídel motoru od hnacích kol, což zajišťuje chod vozu na volnoběh nebo úplné zastavení.

Nutno podotknout, že převodovky se rozšířily nejen ve vozidlech. Spínací skříňky jsou široce používány v průmyslových mechanismech a výrobních strojích.

Od té doby, co auta vyjela na silnice, výrobci vylepšili nejen motory, ale i převodovky. Vývoj tohoto směru vedl ke vzniku moderních automobilů s různými typy převodovek.

Typy převodů

Více než století vývoje automobilismu přineslo do moderního světa nejen ekologické a výkonné motory, ale také vylepšené převodovky. Dnes jsou na autech instalovány čtyři hlavní typy převodovek:

1. Manuální převodovka

2. Automatická převodovka

3. Robotická převodovka

4. Variabilní (plynule měnitelná) převodovka

Podívejme se blíže na jednotlivé typy krabic.

Manuální převodovka (mechanika, manuální převodovka)

Zvláštností činnosti spalovacího motoru je, že provozní výkon se vyvíjí pouze v malém rozsahu otáček. Z tohoto důvodu je pro změnu točivého momentu zapotřebí přídavný mechanismus.

Historie jeho vzniku sahá více než sto let zpět a vynález patří Karlu Bencovi. Strukturálně byl design prvního boxu primitivní a extrémně jednoduchý. Skříňový mechanismus byl realizován z dvojice řemenic různých průměrů, které byly umístěny na hnací hřídeli, řemenice byly spojeny s hřídelí motoru pomocí řemenu. V závislosti na jízdních podmínkách se řemen pohyboval z jedné kladky na druhou pomocí speciálně upravené páky. To umožnilo měnit točivý moment přenášený na hnací kola. Takový jednoduchý mechanismus našel uplatnění v moderním světě na kolech se přepínají podle stejného principu.

Moderní manuální převodovky se od takového mechanismu posunuly mnohem dále. Konstrukčně se skříň skládá ze sady ozubených kol a převodový poměr se mění řazením ozubených kol pomocí páky.

Manuální převodovky mohou být vybaveny různým počtem stupňů. Nejoblíbenější je pětistupňová převodovka. Mechanické převodovky se zase dělí na dvouhřídelové a tříhřídelové převodovky.

Dvouhřídelové manuální převodovky jsou instalovány na vozech vybavených pohonem předních kol. Tříhřídelové převodovky jsou instalovány na osobních a nákladních vozidlech, které mohou být vybaveny pohonem předních nebo zadních kol.

· Jednoduchý a spolehlivý design

· Snadnější jízda v terénu

· Jízda v ekonomickém režimu

· Levná služba

Nevýhody manuální převodovky:

· Nepříjemnost ovládání v komplexním městském režimu

Automatické převodovky (automatická, automatická převodovka)

Myšlenka pohodlné jízdy se zrodila téměř okamžitě s příchodem samotného vozu. Takový komfort by mohlo poskytnout automatické řazení. Tuto myšlenku ale nedokázali hned realizovat. Vozy s automatickou převodovkou se do série dostaly až v roce 1947, automatické převodovky se začaly vybavovat vozy Buick.

I když ve skutečnosti se sériové automatické převodovky objevily o něco dříve. Městské autobusy ve Švédsku byly vybaveny automatickými převodovkami již v roce 1928.

Je třeba poznamenat, že ke vzniku hydromechanické převodovky vedly tři nezávislé vývojové linie, které byly později spojeny do její konstrukce. Automatická převodovka je založena na měniči točivého momentu, vynálezu profesora Fettingera, na který získal patent již v roce 1903. Dalšími dvěma prvky jsou planetová převodovka a hydraulický řídicí systém.

Moderní automatická převodovka na rozdíl od klasické mechaniky pracuje za jiných podmínek a na jiném principu, i když hlavní účel zůstává nezměněn.

Měnič točivého momentu, neboli měnič točivého momentu, zahrnuje čerpadlo, turbínu a stator. Všechny části měniče momentu jsou umístěny ve společné skříni. Měnič točivého momentu je naplněn speciálním olejem, čerpadlo vytváří tok oleje uvnitř měniče točivého momentu, který otáčí statorovým kolem a turbínou. Tím se přenáší točivý moment z motoru.

Planetové soukolí se skládá z několika ozubených kol (nazývaných planetová soukolí nebo pastorky) otáčejících se kolem centrálního ozubeného kola. Planetová kola jsou spolu spojena pomocí unašeče. Kromě toho má další vnější ozubený věnec vnitřní záběr s planetovými koly. Satelity namontované na nosiči rotují kolem centrálního ozubeného kola, vnější ozubené kolo se otáčí kolem satelitů. Převodových poměrů je dosaženo vzájemným upevněním různých dílů. Pro získání většího rozsahu převodových poměrů používají moderní převodovky více planetových převodů.

Hydraulika funguje v naprosté symbióze se zbytkem automatické převodovky a její práci lze přirovnat k oběhové soustavě. Kapalina používaná jako pracovní tekutina má kromě vytváření tlaku v systému také řadu užitečných funkcí. Jako je mazání, odvod tepla a čištění vnitřků automatické převodovky od nečistot.

· Pohodlí a snadné ovládání

· Schopnost měnit rychlostní stupně při plném výkonu motoru

· Hladký chod při řazení

· Ochrana částí motoru před přetížením při volbě špatného převodového stupně

Nevýhody automatické převodovky:

· Náklady a četnost údržby

· Vyšší spotřeba paliva

· Nízká účinnost

· Nižší dynamika vozidla

Robotické převodovky (roboty)

Robotická převodovka je logickým pokračováním vývoje manuální převodovky. Robot není nic jiného než manuální převodovka, ve které se uvolňuje spojka a převody se mění pomocí dvou servopohonů (aktorů) řízených elektronickou jednotkou. Robot ve skutečnosti absorboval všechny pozitivní aspekty manuální převodovky a pohodlí automatické převodovky.

První prototyp robota se objevil v roce 1939, Adolf Kegress vytvořil dvouspojkovou převodovku, ale další vývoj tohoto slibného vynálezu se na dalších 40 let zastavil. To vše je způsobeno nedostatkem finančních prostředků na projekt.

Trvalo dlouho, než byly robotické převodovky zavedeny do série, ale inženýři Porsche se rozhodli technologii otestovat. Roboti se představili na modelech 956 a 962C, vozy byly určeny pro okruhové závody. Bohužel konstrukční chyby a značná hmotnost krabice nedovolily technologii jít za trať.

Sériová robotická krabice se objevila až v roce 2003. K takovému kroku se odvážil Volkswagen instalací předselektivní převodovky na sportovní verzi modelu Golf 4 R32. Krabice byla vyrobena společností BorgWarner. Koncern VAG dodnes tento typ převodovky na svých modelech aktivně prosazuje.

Zvláštnost tohoto boxu spočívá v jeho designu, a to přítomnosti dvou spojek. Princip fungování takové skříňky spočívá v tom, že sudé převody jsou vázány na jednu spojku a liché převody na druhou. Při pohybu se točivý moment přenáší přes jednu spojku, tzn. disk je uzavřen. Současně je otevřen druhý spojkový kotouč, ale uvnitř samotné skříně je již vytvořen další převodový stupeň, a když nastane čas řazení, první kotouč se jednoduše otevře a druhý se synchronně zavírá. Toto provozní schéma zajišťuje plynulé spínání a žádné trhání.

Robotické boxy jsou zase rozděleny do dvou typů:

· S mokrou spojkou – používá se u vozů s výkonným motorem, jehož točivý moment přesahuje 350 Nm.

· Se suchou spojkou – používá se u vozů s motory s nízkým výkonem do točivého momentu 250 Nm.

Výhody robota:

· Hladké řazení a chod

· Vysoká účinnost

· Ekonomická spotřeba paliva

· Vysoká dynamika

· Možnost volby provozních režimů převodovky

Nevýhody robota:

· Nízká spolehlivost jak samotné konstrukce, tak i mechatroniky

· Náklady na údržbu a opravy

· Citlivost na drsné podmínky vozovky

CVT převodovky (variátory)

Převodovky CVT jsou považovány za přímé nástupce klasických hydromechanických převodovek. Panuje silný názor, že CVT převodovky jsou budoucností, opět s přihlédnutím k městskému využití aut. Japonští výrobci jako Nissan a Subaru kladou zvláštní důraz na převodovky CVT. První převodovka CVT se sériově objevila na voze DAF v 50. letech XNUMX. století. Ukázalo se, že toto auto není náklaďák, jak si mnozí mohli myslet, ale malý osobní automobil.

Bohužel konstrukce nebyla nijak zvlášť spolehlivá a měla dlouhou životnost. Volvo se zase snažilo vyvíjet technologii řadu let, ale vše skončilo utlumením vývoje. Japonsko poskytlo nečekané pokračování historie variátoru.

Důvodem návratu a úpravy variátoru byla potřeba přizpůsobit automatické převodovky provozním podmínkám v městských zácpách. Činnost řazení v automatické převodovce přímo souvisí s otáčkami motoru. Klasická automatická převodovka v městských zácpách, na krátké vzdálenosti a v nízkých rychlostech začala řadit z jedničky na druhou, když to nebylo absolutně nutné. V jiném případě při jízdě setrvačností automatická převodovka držela rychlostní stupeň, aniž by přeřadila na nižší rychlostní stupeň, a dlouho čekala na povel řidiče ke zrychlení. Toto chování boxu více zatěžovalo vlastní komponenty, což vedlo ke zvýšené spotřebě paliva, zvýšenému opotřebení a brzkému selhání. To vše vedlo k intenzivní úpravě automatické převodovky, ale výsledkem byl zásadně nový typ převodovky – CVT.

Nejúžasnější je, že první variátor vynalezl Leonardo da Vinci v roce 1490. Na výkresech vynálezce můžete vidět schéma rovnoběžných kuželů a mezi nimi vrženého pásu, schopného pohybu přes osu otáčení kuželů, což umožnilo změnit převodový poměr dvojice.

Převodovka typu CVT nebo CVT je převodovka s plynule měnitelným převodem. Hlavní části skříně CVT jsou měnič točivého momentu a dvě kluzné řemenice plus řemen spojující je (řemenice). Část pásu má lichoběžníkový tvar. Princip činnosti je následující – pohyblivé poloviny hnací řemenice tlačí řemen směrem ven, což vede ke zvětšení poloměru řemenice, podél které řemen působí, zvyšuje převodový poměr; Při požadavku na snížení převodového poměru se hnaná řemenice oddálí a řemen se posune na menší poloměr. Měnič točivého momentu v tomto provedení zajišťuje startování, po kterém se zablokuje. Kladky jsou ovládány elektronicky.

Výhody variátoru:

· Řazení probíhá plynule, bez cukání

· Ekonomická spotřeba paliva

· Vysoká dynamika

Nevýhody variátoru:

· Nekompatibilní s výkonnými motory

· Náklady na údržbu a opravy

· Velký počet senzorů ovlivňujících činnost CVT

· Citlivost na těžký stav vozovky, tažení

Podívali jsme se na hlavní typy převodovek. Identifikovali jsme hlavní nevýhody a výhody každého typu. Nelze však jednoznačně odpovědět, která jednotka bude nejlepší. Každý z nich je dobrý ve svém vlastním rozsahu úkolů a výběr jednotky, kterou bude vůz vybaven, s ohledem na rozsah úkolů, již leží na bedrech konstruktérů automobilu a spotřebitele.

Převodovka typického nákladního automobilu je navržena tak, aby přenášela výkon z motoru na kola. Na podvozcích automobilů této třídy se montuje široká škála speciálních vozidel a na silnicích jich můžeme denně vídat desítky. Jedná se o různé typy vozidel pro čištění a údržbu komunikací, odtahové vozy, speciální vozidla určená pro stavební a montážní práce, přepravu kapalných a hromadných nákladů. Naléhavý úkol vyvstává při organizaci přenosu síly z motoru automobilu na různé mechanismy speciálních vozidel (hydraulické hnací čerpadlo, kompresor nebo čerpadlo pro čerpání kapalného nákladu, pohony různých mechanismů atd.).

Prvním článkem tohoto přenosu je pomocný náhon (PTO), nainstalovaný na jedné z jednotek základní převodovky podvozku automobilu. Například ISO pomocný náhon pro převodovku (Gearbox) KAMAZ, GAZ (reverzní výstup) s pneumatickým ovládáním je znázorněn na obr. 1.

Tradičně je ve většině případů PTO instalován na převodovce vozidla. Vzácnější řešení, která se však nacházejí v moderních speciálních vozidlech: instalace na rozdělovací převodovce a v sekci hnacího hřídele (od převodovky po hlavní ozubené kolo).

Ve většině případů je PTO mechanismus se schopností zapnout/vypnout přenášenou rotaci. Důvodem je skutečnost, že zařízení nainstalované na speciálním vozidle by nemělo fungovat, když je vozidlo v pohybu, například hydraulické čerpadlo sklápěče nebo jeřábu nebo přečerpávací čerpadlo paliva vozidla pro přepravu kapalných nebo zkapalněných paliv. plyn.

Mechanismus PTO se aktivuje, aby vykonával práci, když se vozidlo zastavilo s převodovkou v poloze „neutrál“. Existují však typy speciálních vozidel, jejichž mechanismy musí být zapojeny do procesu pohybu: zametací stroje, vozidla na mytí plotů – v těchto případech se používají PTO, které umožňují volbu výkonu za jízdy bez ohledu na polohu převodovka. U vozů s automatickou převodovkou je nejlogičtějším řešením vývodový hřídel uložený v záběru s kolem čerpadla měniče momentu (vstupní hřídel automatické převodovky). Vzácnějšími a technicky složitějšími případy je instalace neustále spínaného PTO na manuální převodovku nebo rozdělovací převodovku.

V tomto článku se na to podíváme blíže tři hlavní způsoby ovládání zapnutí/vypnutí PTO podle jejich fyzikálního principu: pneumatické, mechanické a vakuové.

Většina podvozků nákladních vozidel je vybavena pneumaticky poháněnými brzdami, tato vozidla jsou standardně vybavena kompresorem, přijímačem a veškerým potřebným zařízením pro ovládání pneumatického systému. Nejlogičtější způsob řízení je v tomto případě řízení přetlaku vzduchu – pneumaticky ovládaný PTO.

Obr. COM 01006200175 s pneumatickým ovládáním a na něm nainstalovaným axiálním pístovým čerpadlem.

Mezi výhody tohoto řešení patří:

• Pohodlné pokládání pneumatických trubek po celém vozidle (průřez až 10 mm)
• malý přípustný poloměr ohybu.

Obr. COM 01004302176 s pneumatickým ovládáním pro dva výstupy. Instalováno čerpadlo (nahoře) a třecí spojka mechanický převod (dole).

Pneumatické trubky, fitinky a ventily jsou vyráběny v široké škále a jsou vhodné pro automobilové aplikace: verze odolné proti korozi a povětrnostním vlivům. Ergonomické a pokročilé pneumatické spínače jsou k dispozici pro ovládání PTO z kabiny pro aplikace, které umožňují pneumatické vedení do kabiny a nevyžadují automatické zamykání pro zvýšení bezpečnosti.

Obr.5. Pneumatický spínač N-GAGE 10000100515 s vestavěným indikátorem.

Instalace pneumatického řídicího systému na automobil není obtížný úkol. Soupravy pneumatického ovládání jsou k dispozici pro 12V a 24V; zahrnuje: pneumatickou trubku, kabel, armatury, elektricky ovládaný pneumatický ventil, pomocné prvky. Při instalaci tohoto systému je v kabině instalován elektrický kabel ovládání ventilu.

Obr. Sada pneumatického ovládání 24V 46010700406.

Vážnou výhodou pneumaticky ovládaného PTO je schopnost automatizovat bezpečnostní funkce řízení. Náhodná aktivace PTO za jízdy vozidla může vést k poškození poháněného zařízení nebo převodovky vozidla. Instalace elektricky ovládaného pneumatického ventilu do spínacího vedení vývodového hřídele proto může být účinným opatřením, které zabrání zapnutí za jízdy vozidla.

Konstruktér vozu také musí pečlivě analyzovat rizika aktivace PTO, když je směr otáčení převodovky v nepřijatelném směru (například při instalaci PTO na rozdělovací převodovku v důsledku chybné aktivace hnaného). může dojít k poškození mechanismu (například nereverzibilního čerpadla). Nezbytným a dostatečným bezpečnostním opatřením může být v tomto případě i elektricky ovládaný pneumatický ventil.

Nevýhodou tohoto způsobu ovládání je, že jej nelze implementovat na automobil bez pneumatického systému.

Pro vozy, které nemají palubní standardní pneumatický systém jako např.: Gazelle, Hyundai HD-78, Isuzu NQR 75, Hino 300 a některé další jsou nabízeny PTO s mechanickým ovládáním přes kabelové ovládání.

Obr. COM 08506300131, nainstalovaný na GAZELE.

Nejjednodušší a nejspolehlivější možný ovládací mechanismus. A bohužel to není bez nevýhod během provozu: síla pro ovládání PTO je znatelně větší ve srovnání s pneumatickou, když teplota klesne, tato síla se může vážně zvýšit v důsledku zamrznutí maziva mezi kabelem a jeho vnějším pláštěm a snížení elasticity samotné skořápky.

Obr.8. Instalováno lano mechanická aktivace PTO v kokpitu.

Navíc je vyžadována zvýšená pozornost obsluhy vozidla při ovládání PTO není zajištěna automatická ochrana proti chybné aktivaci při pohybu vozidla. Ano, na lankovém ovládání je pákový zámek, který nedovolí s ním nechtěně pohnout, ale nelze sestrojit jednoduchý automatický systém blokování aktivace PTO s mechanickým ovládáním při pohybu auta. Při instalaci takového PTO se může instalační technik setkat se zvláštními obtížemi: ​​poměrně tuhý kabel má značný povolený poloměr ohybu (asi 400-600 mm).

Obr. 9. KOM 06837900136 pro Hyundai HD-78 s ovládáním podtlaku.

Uvedené nevýhody ovládání a instalace pro mechanicky ovládaný PTO se nevyskytují u třetího typu ovládání – podtlakového ovládání. U vozů bez pneumatického systému lze podtlak vznikající při provozu spalovacího motoru využít k pohonu brzdových mechanismů. V ovládání a instalaci je tento typ PTO srovnatelný s pneumaticky ovládaným, ale z hlediska spolehlivosti je mu znatelně horší. Během provozu se ve vakuových trubicích a v samotné řídicí komoře PTO vytváří snížený tlak (vzhledem k atmosféře). Jakákoli vůle ve spojení mechanických částí vede k tomu, že v těchto místech je nasáván vzduch z prostředí, které často obsahuje silniční nečistoty, částice roztoku odmrazovacího činidla a další nečistoty. V důsledku toho dochází k urychlené korozi vnitřních částí mechanismů a jejich zasekávání. Je také nutné vzít v úvahu, že energetický potenciál vakuového systému je výrazně nižší než pneumatického, a proto instalace dalšího vakuového mechanismu do standardního vakuového řídicího systému brzdových mechanismů vozidla vážněji snižuje spolehlivost vozidla. ve srovnání s instalací pneumatického PTO na vozidlo se standardním kompresorem.

Obr. 10 Elektrický kompresor řady AIR-PACK

Pro úkoly, kde by si klient přál zachovat pohodlí a spolehlivost pneumaticky ovládaného PTO, při instalaci na vozidlo, které nemá standardní kompresor, můžeme nabídnout autonomní elektrický kompresor v blokovém provedení s přijímačem AIR- série PACK. Instalace tohoto zařízení vám umožní používat pneumaticky ovládaný PTO na autě se všemi jeho výhodami, pokud jde o spolehlivost a snadnou instalaci, a také mít další zdroj stlačeného vzduchu pro ostatní spotřebitele s nízkou spotřebou.

Článek připravil přední inženýr Hydraulics Group

Kulikov Dmitrij Gennadievič

Tel.: 8(495)505-63-23, ext. 106

Ponomarev Vladimir Viktorovič

Společnost děkuje svým partnerům za poskytnuté fotografie.