Гидравлическая система конструкция назначения и принцип работы. Реферат: гидравлические системы акпп

Гидравлический домкрат устройство и принцип действия имеет на основе физических свойств жидкостей, сохраняющих свой объем в процессе сжатия.

Гидродомкрат представляет собой переносное грузоподъемное устройство, предназначенное для тяжелых предметов.

Назначение гидравлического домкрата

Гидродомкрат — это стационарное, переносное или передвижное грузоподъемное устройство, предназначенное для тяжелых предметов. Применяется при выполнении ремонтно-строительных работ и в составе кранов, прессов, подъемников.

Современные конструкции гидравлических устройств используются на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности, объектах энергетического сектора промышленности, в сельском хозяйстве. Высокий уровень производительности и показатель КПД, легкость в работе и обслуживании позволяют применять гидродомкраты в бытовой сфере.

Этот тип оборудования способен с легкостью функционировать как в горизонтальном, так и в вертикальном положениях, что нашло свое применение на площадках для проведения монтажно-строительных работ. Агрегат используется для натяжения арматурных конструкций, изготовленных из напряженного бетона.

Конструкция гидравлического устройства подъема

Агрегат устроен следующим образом:

• корпус;
• рабочая жидкость;
• рабочий поршень.

Конструкция устройства может иметь удлиненный или короткий корпус, для изготовления которого применяется закаленная специальная сталь. На корпус устройства возложено выполнение нескольких функций. Он является направляющим цилиндром для рабочего поршня и служит резервуаром для хранения рабочей жидкости.

Винт с подъемной пятой способен по специальной резьбе вворачиваться в плунжер. Осуществляя его выкручивание, можно изменить максимальную высоту подъема пяты домкрата. Гидравлические устройства оснащаются рабочими насосами, имеющими ручной, ножной или воздушный привод. Конструкция предусматривает установку клапанов безопасности и некоторые конструктивные элементы, обеспечивающие длительную и безаварийную работу подъемника.

Гидравлический насос и цилиндр с поршнем устроены так, что обеспечивают выдвижение и подъем специальной площадки. После выдвижения штока возврат в начальное положение осуществляется при помощи использования перепускного клапана.

Существует несколько различных модификаций подъемных гидравлических агрегатов, которые имеют свои сферы применения.

Наиболее распространенными являются:

• устройства бутылочного типа;
• устройства подкатного типа;
• гидравлические домкраты гибридной конструкции;
• агрегаты зацепного типа;
• ромбовые агрегаты.

Различные конструкции гидродомкратов имеют свои особенности в устройстве, которые обусловлены областью применения приспособления.

Каждый из типов гидродомкратов сконструирован по-своему, однако, принцип функционирования у всех одинаковый.

Принцип работы гидравлического домкрата основан на применении в конструкции аппарата сообщающихся сосудов с рабочим телом, роль которого выполняет специальное масло. Перед использованием устройство требуется разместить на ровной твердой поверхности и закрыть перепускной клапан. После установки и подготовки агрегата можно использовать его в работе.

Подъем штока с пятой осуществляется при помощи насоса, нагнетающего рабочую жидкость в специальный цилиндр.

За счет свойства жидкости противодействовать сжатию при повышении давления происходит перемещение поршня в рабочем цилиндре. Это приводит к движению штока с подъемной пятой. Спуск последней происходит при помощи открытия перепускного клапана против часовой стрелки.

Перекачивание рабочего масла осуществляется приводным насосом и рычагом, установленным на нем. Масло перемещается из насоса в рабочий цилиндр через специальный клапан.

Возврату жидкости в процессе работы аппарата препятствуют два клапана: нагнетательный и всасывающий.

Для установки подъемника в исходное положение в его конструкции предусмотрен специальный клапан, при открытии которого происходит перетекание рабочей жидкости из цилиндра в насос агрегата.

Наличие в устройстве домкрата выкручивающегося винта под рабочей пятой позволяет расширить возможности применения устройства.

Для осуществления подъема специальная пята изготавливается из высокопрочной стали. Усилие гидродомкрата регулируется при помощи встроенного манометра.

Достоинства и недостатки гидродомкратов

Физические особенности жидкости позволяют осуществлять плавное поднятие, опускание груза и фиксировать его на определенной высоте. Гидродомкраты обеспечивают высокий показатель КПД, который достигает 80% . Грузоподъемность агрегата обусловлена наличием большого передаточного отношения между показателями поперечного сечения насосного и рабочего цилиндра, плунжера.

Необходимо регулярно проводить промывку гидродомкрата, а также замену масла и прокачку.

Гидравлические подъемники имеют ряд недостатков. В первую очередь следует отметить, что любая модель этого оборудования имеет определенную стартовую высоту подъема груза, ниже которой устройство эксплуатировать невозможно. Недостатком этого оборудования является также отсутствие возможности точной регулировки высоты опускания. Для того чтобы обеспечить бесперебойную работу приспособления, рекомендуется постоянно следить за чистотой, качеством и уровнем масла в резервуаре домкрата. Нормальная работоспособность устройства обеспечивается герметичностью клапанов и сальников, используемых в конструкции агрегата. Транспортировка и хранение аппарата производится исключительно в вертикальном положении, при нарушении этого требования рабочая жидкость способна вытечь из резервуара устройства.

Одним из недостатков является медлительность агрегатов в работе. К минусам относится также вес устройства, его большой размер и высокая стоимость. Помимо этого одноплунжерные устройства имеют небольшой ход рабочего штока, что является еще одним недостатком.

Возможные неисправности в работе гидродомкрата

Гидравлические домкраты в любом случае требуют ухода и обслуживания, которое заключается в проведении доливки масла в рабочий резервуар агрегата. Помимо этого, через определенное время эксплуатации требуется проводить промывку приспособления, замену масла и прокачку. Масло из рабочего резервуара способно подтекать через сальники и различные уплотнения, используемые в конструкции устройства. Кроме подтекания при эксплуатации приспособления могут возникать такие неисправности, как заклинивание при осуществлении поднятия и невозможности опускания штока.

Для устранения подтекания масла в процессе функционирования приспособления осуществляется замена уплотнителей и сальников. Для этой цели применяются специально разработанные ремкомплекты. В процессе ремонта проводится разборка агрегата, замена уплотнителей, сборка гидродомкрата, после чего проводится заправка рабочей жидкостью и прокачка.

Для устранения заклинивания проводится разборка устройства и осмотр его комплектующих на предмет коррозии и загрязнения. В случае выявления первой проводится специальная обработка, а грязь вымывается.

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ГИДРАВЛИКИ

Гидравлическая система управления играет очень важную роль в обеспечении нормальной работы автоматической трансмиссии. Без гидравлической системы невозможна ни передача мощности, ни автоматическое управление трансмиссией. Рабочая жидкость обеспечивает смазку, переключение передач, охлаждение и соединение трансмиссии с двигателем. При отсутствии рабочей жидкости ни одна из этих функций не будет выполняться. Поэтому перед детальным изучением работы фрикционов и тормозов автоматической трансмиссии необходимо изложить основные положения гидравлики.

Гидравлический «рычаг» (Закон Паскаля)

В начале 17-го века французский ученый Паскаль открыл закон гидравлического рычага. Проведя лабораторные исследования, он выяснил, что сила и движение могут передаваться посредством сжатой жидкости. Дальнейшие исследования Паскаля с использованием грузов и поршней различной площади показали, что гидравлические системы можно использовать в качестве усилителей, а соотношения между силами и перемещениями в гидравлической системе подобны соотношениям сил и перемещений в рычажной механической системе.

Закон Паскаля гласит:

"Давление на поверхности жидкости, вызванное внешними силами, передается жидкостью одинаково во всех направлениях". В правом цилиндре (рис. 6-1) создается давление пропорциональное площади поршня и приложенному усилию. Если к поршню приложено усилие 100 кг, а его площадь -10 см2, то созданное давление будет равно 100 кг/10 см2=10 кг/см2. Вне зависимости от формы и размеров системы давление жидкости распределяется равномерно. Другими словами, давление жидкости одинаково во всех точках.

Естественно, если жидкость не сжимать, то давление создаваться не будет. К этому могут привести, например, утечки через уплотнения поршня. Поэтому уплотнение поршня играет важную роль в обеспечении нормальной работы гидравлической системы.

Необходимо отметить, что, создав давление 10 кг/см2, можно перемещать груз массой 100 кг, прикладывая к другому поршню (меньшего диаметра) усилие всего 10 кг. Приведенный закон очень важен, так как он используется при управлении фрикционными муфтами и тормозами.

1.2. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АКПП

Рассмотрим теперь, принципы работы элементов, входящих в состав гидравлической части системы управления АКПП.

Рассмотрим, каким образом происходит формирование, регулирование и изменение различных давлений, используемых в системе управления автоматических коробок передач, назначение и принципы работы других клапанов, их взаимодействие при переключении передач. Кроме того, будет показано, каким образом осуществляется управление качеством переключения. В заключении рассмотрим принципы работы системы смазки, охлаждения ATF и управления блокировочной муфтой гидротрансформатора.

Поток жидкости в АКПП создается насосом, расположенным в передней части картера трансмиссии между гидротрансформатором и коробкой передач. Обычно, насос приводится непосредственно от двигателя через корпус гидротрансформатора и приводную втулку (рис.6-3). Основная задача насоса -обеспечение независимо от режима работы двигателя непрерывным потоком ATF всех обслуживаемых систем.

Для управления коробкой передач ATF от насоса через систему клапанов подводится к исполнительным элементам управления тормозами и блокировочными муфтами. Все это, вместе, называется гидросистемой управления АКПП. К элементам гидросистемы относятся насосы, гидроцилиндры, бустеры, поршни, жиклёры, гидроаккумуляторы и клапаны.

В процессе развития гидросистема претерпела значительные изменения, в основном с точки зрения выполняемых функций. Первоначально, она отвечала за все процессы, происходящие в АКПП во время движения автомобиля. Она формировала все необходимые давления, определяла моменты переключения передач, отвечала за качество переключения и т.п. Однако, с момента появления на автомобилях электронных блоков управления, гидросистема утратила часть своих функций в управлении АКПП. В настоящее время большая часть управляющих функции АКПП переданы электронному блоку управления, а гидросистема используется только лишь в качестве исполнительного элемента.

Перед тем, как приступить к изучению принципов работы гидравлической части системы управления, познакомимся с основами работы наиболее часто используемых в ней гидравлических элементов.

Гидросистемы автоматических коробок передач схожи, поскольку все они состоят из одних и тех же элементов. Даже в самой современной АКПП с электронным блоком управления используется гидросистема, мало, чем отличающаяся по составу элементов от АКПП с чисто гидравлической системой управления.

Любую гидравлическую систему управления АКПП упрощенно можно представить в виде системы, состоящей из резервуара (поддона), насоса, клапанов, соединительных каналов (магистралей) и устройств, преобразующих гидравлическую энергию в механическую (гидропривод) (рис.6-2).

1.2.1. РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ATF

Для нормальной работы гидросистемы необходимо, чтобы в резервуаре постоянно находился определенный уровень ATF. Функцию резервуара в АКПП легковых автомобилей, как правило, выполняет поддон или картер трансмиссии.

Поддон через трубку щупа для измерения уровня ATF или сапун соединяется с атмосферой. Соединение с атмосферой необходимо для нормальной работы насоса и манжетных уплотнений. Во время работы насос создает во всасывающей магистрали разряжение, в результате чего ATF из поддона под действием атмосферного давления поступает через фильтр во всасывающую магистраль насоса.

Если роль резервуара ATF выполняет поддон, то внутри него располагается постоянный магнит (иногда он находится внутри сливной пробки) для улавливания железных продуктов износа.

1.2.2. НАСОС

Создание непрерывного потока жидкости, а также давления, в гидросистеме АКПП осуществляется с помощью насоса. Однако следует отметить, что насос непосредственно не формирует давление. Давление возникает только в том случае, если в гидросистеме имеется сопротивление потоку жидкости. Первоначально ATF свободно заполняет систему управления АКПП. Только после полного заполнения в гидросистеме из-за наличия тупиковых каналов начинает формироваться давление.

Обычно, насосы располагают между гидротрансформатором и коробкой передач и приводят через корпус гидротрансформатора и приводную втулку (рис.6-3) непосредственно от коленчатого вала двигателя. Таким образом, если двигатель не работает, то насос не может создавать давление в гидросистеме управления АКПП.

В настоящее время в трансмиссиях с автоматическими коробками передач используются насосы, следующих типов:

Шестерёнчатого;

Трохоидного;

Лопастного.

Принцип работы насосов шестерёнчатого и трохоидного типов весьма схож. Эти насосы относятся к насосам постоянной производительности. За один оборот коленчатого вала двигателя они поставляют в гидросистему постоянный объём жидкости, независимо от режима работы двигателя и потребностей гидросистемы. Поэтому, чем выше частота вращения двигателя, тем большее количество ATF за единицу времени поступает в гидросистему управления АКПП, и наоборот, чем ниже частота вращения двигателя, тем меньший объём ATF за единицу времени попадает в гидросистему. Таким образом, режим работы таких насосов никак не учитывает потребностей самой системы управления в количестве ATF, необходимой для управления переключениями, подпитки гидротрансформатора и т.п. В результате в случае малой потребности ATF, большая часть подаваемого насосом в гидросистему жидкости, будет сливаться через регулятор давления обратно в поддон, что приводит к лишним потерям мощности двигателя и снижению топливно-экономических показателей автомобиля. Но при этом насосы шестерёнчатого и трохоидного типа имеют достаточно простую конструкцию и надежны в эксплуатации.

Лопастные насосы позволяют регулировать объём ATF, подаваемой насосом в гидросистему за один оборот двигателя, в зависимости от режима работы системы управления АКПП. Так при запуске двигателя, когда необходимо заполнить трансмиссионной жидкостью все каналы и элементы гидросистемы, или во время переключения передачи, когда происходит заполнение жидкостью гидроцилиндра или бустера, система управления насосом обеспечивает его максимальную производительность. При равномерном же движении без переключения передач, когда ATF расходуется только лишь на подпитку гидротрансформатора, смазку и компенсацию утечек, производительность насоса имеет минимальную величину.

Насос шестерёнчатого типа

Шестерёнчатый насос состоит из двух зубчатых колес, установленных в корпусе (рис.6-4). Существует две разновидности шестерёнчатых насосов: с внешним и внутренним зацеплением зубчатых колес. В автоматических коробках передач используется, как правило, шестерёнчатые насосы с внутренним зацеплением. Ведущей шестерней является внутреннее зубчатое колесо, которое, как уже отмечалось, приводится непосредственно от коленчатого вала двигателя. Работа насоса похожа на работу зубчатой передачи с внутренним зацеплением. Но только в отличие от простой зубчатой передачи в насосе устанавливается делитель (рис.6-4), который по своей форме очень похож на полумесяц. Назначение делителя - предотвратить утечку жидкости из зоны нагнетания.

При выходе зубьев из зацепления объём между зубьями колес увеличивается, что приводит к появлению в этом месте зоны разряжения, поэтому к этому месту подводится всасывающая магистраль насоса. Поскольку давление в зоне разряжения меньше атмосферного, то ATF выталкивается из поддона во всасывающую магистраль насоса.

В месте, где зубья шестерён начинают входить в контакт, пространство между зубьями начинает уменьшаться, из-за чего возникает зона повышенного давления, поэтому в этом месте располагается выходное отверстие, соединенное с напорной магистралью насоса.

Насос трохоидного типа

Принцип работы насоса трохоидного типа точно такой же, как и у шестерёнчатого, но только вместо зубьев внутренний и внешний роторы имеют кулачки специального профиля (рис.6-5). Кулачки спрофилированы таким образом, что отпадает необходимость в установке делителя, без которого не могут работать шестерёнчатые насосы с внутренним зацеплением зубчатых колес.

Внутренний ротор, являющаяся ведущим элементом, с помощью кулачков вращает внешний ротор. Насосная камера формируется между кулачками и впадинами роторов. При вращении кулачки выходят из впадин, и камера увеличивается, создавая при этом зону разряжения. В дальнейшем кулачки внешнего и внутреннего роторов вновь входят в контакт, постепенно уменьшая объём камеры. В результате чего жидкость вытесняется в напорную магистраль (рис.6-5).

Насос лопастного типа

Типичный лопастной насос состоит из ротора, лопаток и корпуса (рис.6-6). Ротор имеет радиальные прорези, куда устанавливаются лопатки насоса. При вращении ротора лопатки могут свободно скользить в его прорезях.

Ротор приводится во вращение двигателем через корпус гидротрансформатора. Вращение ротора вызывает действие на лопатки центробежной силы, которая прижимает их к цилиндрической поверхности корпуса. Таким образом, между лопатками формируется насосная камера.

Ротор размещен в цилиндрическом отверстии корпуса насоса с некоторым эксцентриситетом, поэтому нижняя часть ротора расположена ближе к цилиндрической поверхности корпуса насоса (рис.6-6), а верхняя часть - дальше. При выходе лопаток из зоны, где ротор расположен ближе к корпусу насоса, в насосной камере возникает разряжение. В результате ATF из поддона под действием атмосферного давления выталкивается в напорную магистраль. При дальнейшем повороте ротора, после прохождения точки максимального удаления ротора от цилиндрической поверхности корпуса, насосная камера начинает уменьшаться. Давление жидкости в ней увеличивается, и далее ATF под давлением попадает в напорную магистраль.

Таким образом, чем больше эксцентриситет ротора по отношению к цилиндру корпуса насоса, тем выше производительность насоса. Очевидно, что в случае нулевого эксцентриситета производительность насоса будет также нулевой.

В автоматических коробках передач используются усовершенствованные версии лопастных насосов, обеспечивающие переменную производительностью при постоянной частоте вращения двигателя. В отличие от лопастного насоса постоянной производительности здесь в корпус насоса установлено подвижное кольцо, внутри которого и размещается ротор с лопатками (рис.6-7).

Подвижное кольцо имеет одну шарнирную опору, относительно которой оно может поворачиваться, и изменять, таким образом, положение относительно ротора. Это обстоятельство дает возможность увеличивать или уменьшать эксцентриситет между подвижным кольцом и ротором, и, следовательно, соответствующим образом изменять производительность насоса.

Внутри ротора находится опорное кольцо лопаток, которое ограничивает перемещение лопаток внутрь ротора (рис.6-7). Кроме того, оно обеспечивает прижатие лопаток к цилиндрической поверхности подвижного кольца в тех случаях, когда частота вращения ротора мала и центробежной силы не достаточно для того, чтобы обеспечить должную герметичность между торцами лопаток и цилиндрической поверхностью подвижного кольца.

Если двигатель не работает, то подвижное кольцо за счет действия возвратной пружины находится в крайнем левом положении (рис.6-7а). В таком положении эксцентриситет между подвижным кольцом и ротором имеет самую большую величину, что обеспечивает максимальную производительность насоса, необходимую для запитывания всей гидросистемы трансмиссионной жидкостью во время запуска двигателя.

После запуска двигателя лопастной насос переменной производительности работает точно так же, как и простой лопастной насос.

Большинство эксплуатационных режимов движения автомобиля не требуют от насоса максимальной производительности, поэтому логично на таких режимах уменьшать объём ATF, подаваемой насосом в гидросистему АКПП. Для этого, обычно, в пространство между корпусом насоса и подвижным кольцом подают управляющее давление (рис.6-7), таким образом, чтобы сила давления переместила подвижное кольцо в сторону уменьшения эксцентриситета. Уменьшение эксцентриситета между подвижным кольцом и ротором приводит к снижению производительности насоса и, следовательно, снижает потребную мощность на привод насоса. Насос будет иметь минимальную производительность, когда подвижное кольцо при повороте относительно шарнирной опоры займет крайнее правое положение. В случае снижения давления управления, подвижное кольцо под действием возвратной пружины начинает перемещаться в обратном направлении, увеличивая тем самым величину эксцентриситета и производительность насоса.

В процессе работы насоса всегда возникают утечки, поэтому ATF может скапливаться в полости образованной подвижным кольцом и правой частью корпуса насоса. Наличие в этой полости ATF может привести к возникновению давления, которое будет препятствовать перемещению подвижного кольца. Поэтому эту полость соединяют со сливной магистралью с тем, чтобы просочившаяся туда ATF сливалась в поддон и не мешала перемещению подвижного кольца.

Управление производительностью лопастного насоса осуществляет регулятор давления (рис.6-8), который в процессе движения автомобиля соответствующим образом формирует управляющее давление, корректируя при этом производительность насоса.

1.2.3. КЛАПАНЫ

Каждая АКПП имеет клапанную коробку, в которой расположены всевозможные клапаны, выполняющие в составе гидравлической части системы управления различные функции. Все многочисленные клапаны можно разделить по их функциональному назначению на две группы:

Клапаны, регулирующие давление;

Клапаны, управляющие потоками ATF.

В гидросистемах АКПП с электронным блоком управления активно используются электромагнитные клапаны (соленоиды), которые позволяют достаточно точно управлять фрикционными элементами управления, учитывая при этом разнообразные условия эксплуатации автомобиля. Кроме того, использование соленоидов значительно упрощает конструкцию клапанной коробки.

Принцип работы клапанов

Большинство клапанов, используемых в системах управления АКПП, представляют собой клапаны золотникового типа и несколько напоминают катушку (рис.6-9). Клапан имеет, как минимум, два пояска, с помощь которых образуется кольцевая канавка.

Клапан перемещается внутри отверстия втулки. При этом пояски перекрывают то или иное отверстие во втулке клапана. Давление, действующее на торцы клапана, совместно с пружиной определяют его положение относительно отверстий. В клапанных коробках АКПП можно найти множество вариантов исполнения клапанов золотникового типа. Некоторые, наиболее простые, имеют только одну кольцевую канавку и управляют только одним отверстием, в то время как другие клапаны могут иметь четыре и более кольцевых канавок и отверстий. Пружина чаще всего устанавливается только с одного торца клапана, и при отсутствии давления смещает клапан в одно из предельных положений.

Торцы поясков, образующих кольцевые канавки, не всегда имею одинаковый диаметр. Разные диаметры торцевых поверхностей поясков позволяют формировать силы, действующие на клапан, различной величины, поскольку согласно основному закону гидравлики сила давления, действующего на какую-либо поверхность прямо пропорциональна площади этой поверхности. С помощью поясков различного диаметра также можно осуществлять управление положением клапана относительно отверстий. При равном давлении клапан будет перемещаться в сторону действия той силы, которая формируется на большей площади (рис.6-10).

В клапанах часто используются пружины, обеспечивающие дополнительную силу, направление которой может совпадать или не совпадать с направлением суммарной силы давления жидкости на торцы клапана (рис.6-9). В большинстве случаев, с помощью пружин осуществляется согласование работы клапанов с характеристиками автомобиля, на котором используется данная трансмиссия. Это позволяет использовать одну и туже трансмиссию на различных автомобилях, отличающихся друг от друга как по массе, так и по мощности двигателя. Для каждого клапана подбирается пружина вполне определенной жёсткости и длины.

Большинство пружин, используемых в одной и той же клапанной коробке, не взаимозаменяемы и, поэтому их использование в других клапанах не допустимо.

Клапаны, регулирующие давление

Клапаны, регулирующие давление, предназначены для формирования в гидросистеме давления, пропорционального тому или иному параметру состояния автомобиля (скорости автомобиля, углу открытия дроссельной заслонки и др.), или для поддержания давления в переделах заданной величины. В автоматических коробках передач используется два типа таких клапанов: регуляторы давления и предохранительные клапаны.

Принцип действия регулятора давления

Регулятор давления представляет собой комбинацию клапана золотникового типа и пружины. Подбирая соответствующим образом характеристики пружины можно задавать величину давления, формируемого данным клапаном. Если регулятор давления установлен в магистрали сразу же после насоса, то, как уже отмечалось выше, формируемое им давление называется давлением основной магистрали или рабочим давлением.

Принцип работы регулятора давления достаточно прост. На один торец клапана действует пружина, а к другому подводится давление (рис.6-11).

В начальный момент клапан под действием пружины находится в крайнем левом положении. В таком положении он открывает входное отверстие и перекрывает своим левым пояском выходное отверстие. При поступлении в клапан жидкости, в кольцевой канавке и в левой полости клапана начинает формироваться давление, которое создает на левом торце клапана силу, пропорциональную величине формируемого давления и площади торца клапана. Как только, сила давления достигнет величины, способной деформировать пружину, клапан начнет перемещаться вправо, открывая при этом выходное отверстие и перекрывая входное отверстие. В результате ATF устремится в выходное отверстие и давление в клапане начнет уменьшаться. Сила давления на левый торец клапана уменьшается, и клапан под действием пружины начнет перемещаться влево. Выходное отверстие перекрывается, а входное вновь откроется. Давление в клапане опять возрастет, и процесс повторится вновь. Результатом такой работы клапана будет определенное устойчивое давление в выходной магистрали. Величина этого давления определяется, прежде всего, жёсткостью пружины. Чем жестче пружина, тем выше давление в выходной магистрали.

В некоторых регуляторах давления к клапану со стороны пружины подводится дополнительно давление, например, пропорциональное углу открытия дроссельной заслонки, что позволяет получать на выходе давление основной магистрали, зависящее уже и от режима работы двигателя. Бывают и более сложные схемы регулирования давления в основной магистрали.

Электромагнитные клапаны (соленоиды) регулирования давления

В системах управления с электронным блоком управления для регулирования давления в основной магистрали используются PWM-соленоиды или по-другому Duty Control-соленоиды (рис.6-12).

Для управления такими соленоидами электронный блок непрерывно посылает сигналы определённой частоты. Управление заключается в изменении времени включенного состояния соленоида по отношению ко времени выключенного состояния при неизменной частоте сигнала, в зависимости угла открытия дроссельной заслонки, скорости автомобиля и других параметров. При этом клапан соленоида постоянно находится в циклическом режиме «Вкл»-«Выкл». Такой способ регулирования давления позволяет весьма точно формировать давление в системе управления в зависимости от параметров движения автомобиля.

Предохранительный клапан

Назначение предохранительного клапана заключается в предохранении магистрали, в которой он установлен, от чрезмерно высокого давления. В случае, когда давление превысит определенную величину, сила давления, действующая на клапан, сжимает его пружину, и клапан открывается, соединяя при этом магистраль со сливом в поддон (рис.6-13). Давление в магистрали и, следовательно, сила давления быстро уменьшаются, и пружина вновь закроет клапан.

Отсутствие предохранительного клапана может приводить к нежелательным последствиям, как, например, разрушение уплотнений, появлению утечек и т.п. Поэтому в гидроситеме управления АКПП, как правило, используется несколько предохранительных клапанов.

Предохранительные клапаны бывают двух типов: тарельчатые (рис.6-13) и шариковые (рис.6-14).

Клапаны, управляющие потоками жидкости

Клапаны, управляющие потоками жидкости или клапаны переключения, направляют ATF из одного канала в другой. Эти клапаны открывают или закрывают проходы в соответствующие магистрали. В автоматических коробках передач используется несколько типов клапанов переключения.

Одноходовые клапаны

Эти клапаны управляют потоком жидкости в одной магистрали (рис.6-15). Одноходовой клапан очень похож на предохранительный клапан, за исключением того, что при открытии клапана ATF попадает не в поддон, а в какую-то магистраль. Пока, давление не достигнет определенной величины, пружина подпирает шарик и не позволяет, таким образом, жидкости перемещаться по магистрали, где установлен этот клапан. При определенном давлении, которое также определяется жёсткостью пружины, клапан открывается и ATF попадает в магистраль (рис.6-15а). Движение жидкости через клапан будет происходить до тех пор, пока давление не станет меньше заданной пружиной величины. Движение жидкости в обратном направлении через одноходовой клапан невозможно.

Второй тип одноходового клапана - клапан, в котором сила пружина заменена силой тяжести. Принцип работы такого клапана точно такой же, как и одноходового клапана с пружиной, но только сила пружины заменена силой тяжести самого шарика.

Двухходовые клапаны

Двухходовой клапан управляет потоками жидкости одновременно в двух магистралях, направляя поток ATF в выходную магистраль либо из левой входной магистрали, либо из правой входной магистрали (рис.6-16).

При поступлении жидкости из правой входной магистрали шарик перекатывается и садится в левое седло клапана, перекрывая тем самым доступ жидкости в левую входную магистраль (рис.6-16а). ATF из правой входной магистрали через клапан направляется в выходную магистраль. В случае, если жидкость подводится к клапану через левую входную магистраль, шарик перекрывает правую входную магистраль (рис.6-16б), обеспечивая тем самым доступ ATF из левой входной магистрали в выходную магистраль.

Шарики клапанов, управляющих потоками жидкости обычно изготавливаются из стали, но в некоторых АКПП используются шарики, изготовленные из резины, нейлона или композитного материала. Стальные шарики обладают большей износостойкостью, но вызывают больший износ седла клапана. Шарики, изготовленные из других материалов, меньше изнашивают седла клапана, но больше изнашиваются сами.

Клапан выбора режима (Manual Valve )

Клапан выбора режима (рис.6-17), является одним из основных управляющих элементов в гидравлической системе АКПП.

Этот клапан имеет механическую связь с рычагом селектора режимов, установленного в салоне автомобиля. Перемещение селектора через механическую связь передается клапану выбора режима, каждое положение которого фиксируется с помощью специального механизма - гребёнки, поджимаемой пружинным фиксатором (рис.6-18).

Основная задача клапана выбора режима распределить поток ATF таким образом, чтобы жидкость подводилась только к тем клапанам переключения, которые используются для включения разрешенных в данном режиме передач. К клапанам переключения передач, включение которых запрещено в выбранном режиме, ATF не подводится (рис.6-19).

Клапаны, формирующие вспомогательные давления

Основными параметрами состояния автомобиля, по соотношению которых в АКПП определяются моменты переключения передач, являются скорость движения автомобиля и загруженность двигателя, определяемая углом открытия дроссельной заслонки и оборотами коленчатого вала. В чисто гидравлических системах управления для определения этих двух параметров формируются соответствующие давления, для чего используется давление основной магистрали, которое подводится к соответствующему клапану, на выходе из которого, в зависимости от назначения клапана, формируется либо давление пропорциональное скорости движения автомобиля, либо давление пропорциональное степени открытия дроссельной заслонки.

Для получения давления, зависящего от загруженности двигателя, используется клапан-дроссель, который, чаще всего располагается в клапанной коробке. Управление этим клапаном на различных моделях АКПП осуществляется двумя различными способами. В соответствии с первым способом используется механическая связь между дроссельной заслонкой двигателя и клапаном-дросселем. В качестве механической связи может использовать либо трос, либо система тяг и рычагов. Во втором способе для управления клапаном-дросселем используется вакуумный модулятор. Модулятор с помощью трубки соединен с задроссельным пространством впускного коллектора двигателя. Степень разряжения во впускном коллекторе и является задающим параметром для получения давления, пропорционального степени загруженности двигателя. Чем выше загрузка двигателя, тем выше давление, которое формирует клапан-дроссель. Часто давление клапана-дросселя называю TV-давлением, что происходит от английского словосочетания «Throttle Valve pressure».

Для получения давления, пропорционального скорости движения автомобиля, используются скоростные регуляторы давления, принцип работы которых аналогичен принципу работы центробежного регулятора. Привод скоростного регулятора давления осуществляется механическим путем и весьма схож с механическим приводом спидометра. Устанавливается скоростной регулятор, как правило, на выходном валу коробки передач, и он устроен таким образом, что с увеличением частоты вращения выходного вала АКПП, увеличивается и формируемое скоростным регулятором давление.

Давление клапана-дросселя и скоростного регулятора подводится к клапанам переключения передач. Соотношение этих давлений, действующих на торцы клапанов переключения, и определяет моменты переключения передач в АКПП с чисто гидравлической системой управления.

В современных трансмиссиях с электронными блоками управления необходимость формирования TV-давления и давления скоростного регулятора отпала. Теперь для определения положения дроссельной заслонки двигателя и скорости автомобиля используются соответствующие электрические датчики. Сигналы этих датчиков поступают в электронный блок управления, где на основе анализа их сигналов, а также сигналов ряда других датчиков, вырабатывается определенное решение и выдается сигнал на соответствующий соленоид.

Клапаны переключения

Клапаны переключения предназначены для управления переключением передач (рис.6-20).

В чисто гидравлических системах управления моменты переключения определяются соотношением TV-давления и давления скоростного регулятора. Поэтому к одному торцу клапана подводится давление клапана-дросселя, а к другому давление скоростного регулятора (рис.6-20). В зависимости от соотношения этих давлений клапан может занимать крайнее нижнее положение (передача выключена) или крайнее верхнее положение (передача включена). С помощью пружины, действующей на торец клапана со стороны подвода TV-давления, можно осуществлять корректировку моментов включения и выключения передачи. Кроме того, пружина при отсутствии в гидросистеме давления удерживает клапан переключения в положении, соответствующему выключению передачи.

Рассмотрим принцип работы клапана переключения несколько подробнее. В начальный момент суммарная сила упругости пружины и давления клапана-дросселя, действующая на правый торец клапана, больше силы давления скоростного регулятора, которая приложена к левому торцу клапана (рис.6-21а). Это обстоятельство определяет крайнее левое положение клапана. При этом клапан своим правым пояском перекрывает отверстие подвода давления основной магистрали и не позволяет, таким образом, жидкости пройти через клапан и попасть в гидропривод фрикционного элемента управления АКПП.

Как только сила давления скоростного регулятора, в результате роста скорости автомобиля, станет больше суммарной силы пружины и силы давления клапана-дросселя, так сразу же клапан переместится в крайнее правое положение (рис.6-21 б). При этом основная магистраль через клапан переключения соединяется с магистралью подвода давления в бустер фрикционного элемента управления, в результате чего начнется процесс переключения передачи.

1.2.4. КЛАПАННАЯ КОРОБКА

Большая часть клапанов системы управления АКПП расположено в клапанной коробке (рис.6-22). Корпус клапанной коробки чаще всего изготавливается из алюминиевого сплава. Клапанная коробка с помощью болтов крепится к картеру АКПП.

В корпусе клапанной коробки имеются многочисленные каналы весьма причудливой формы. В некоторых таких каналах устанавливаются одноходовые шариковые клапаны. Кроме того, на торцевых поверхностях имеются отверстия для установки в них деталей многочисленных клапанов. Большинство клапанных коробок состоит из двух или трех частей, которые стягиваются между собой болтами, а между ними устанавливают сепараторные (разделительные) пластины с прокладками. Часть каналов гидросистемы, а иногда и часть клапанов располагаются в картере АКПП. Сепараторные пластины имеют большое количество калиброванных отверстий (жиклёров), через которые осуществляется сообщение между различными частями клапанной коробки.

1.2.5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАГИСТРАЛИ

Насос всасывает ATF из поддона, который затем, пройдя регулятор давления, попадает в клапанную коробку. В клапанной коробке происходит распределение потока жидкости к соответствующим сервоприводам, с помощью которых и осуществляется управление фрикционными муфтами и тормозами. Кроме того, часть жидкости из регулятора давления подается в систему подпитки и управления блокировочной муфтой гидротрансформатора. После гидротрансформатора ATF попадает в систему охлаждения, затем используется в системе смазки АКПП и вновь попадает в поддон.

Для обеспечения нормальной циркуляции ATF в описанном контуре используются специальные каналы. В валах также имеются отверстия для подвода ATF в бустеры фрикционных элементов управления и к трущимся поверхностям для обеспечения их смазки.

1.2.6 ГИДРОЦИЛИНДР

Гидроцилиндр - это исполнительный механизм системы управления АКПП. Эти механизмы преобразовывают давление трансмиссионной жидкости в механическую работу, обеспечивая тем самым, включение и выключение фрикционных элементов управления.

Давление жидкости создает силу на поверхности поршня гидроцилиндра, которая вызывает перемещение поршня (рис.6-24). Величина этой силы пропорциональна площади поршня и давлению, действующего на поршень.

Термин гидроцилиндр, как правило, относится к механизму, который используется для включения ленточного тормоза (рис.6-25а). Если же речь идет о включении дискового тормоза или блокировочной муфты, то используется термин «бустер» (рис.6-25б), который представляет собой кольцевое пространство, куда подается ATF.

1.2.7. ЖИКЛЁРЫ И ГИДРОАККУМУЛЯТОРЫ

Второй основной задачей любой системы управления АКПП, после определения моментов переключения передач, является задача обеспечение требуемого качества самих переключений. Иными словами система управления АКПП должна так управлять переключениями, чтобы исключить слишком длительное скольжение фрикционных элементов, но при этом и не слишком быстро их включать, иначе, пассажиры будут ощущать во время переключения передач толчки. Все эти моменты, связанные с качеством переключения передач, обуславливаются скоростью изменения давления в гидроприводах фрикционных элементов управления АКПП. Если давление в гидроприводе нарастает слишком быстро, то во время переключения передачи будет ощущаться толчок. При слишком медленном нарастании давления фрикционные элементы будут слишком долго скользить, что отражается неоправданным увеличением оборотов двигателя, и, кроме того, отрицательно сказывается на долговечности фрикционных элементов.

Поэтому в системе управления любой АКПП можно найти элементы, отвечающие за качество переключения передач. К таким элементам относятся жиклёры и гидроаккумуляторы, которые используются в настоящее время в каждой модели АКПП, независимо от используемой на ней типа системы управления (чисто гидравлическая или электрогидравлическая). Если управление АКПП осуществляется с помощью электронного блока управления, то за качество переключения дополнительно отвечает еще и сам блок управления, который во время переключения передачи соответствующим образом изменяет давление в основной магистрали. Кроме того, в некоторых моделях АКПП используются специальные соленоиды, назначение которых - обеспечение требуемого качества переключения передач.

Жиклёры

Жиклёр - это резкое локальное уменьшение площади поперечного сечения канала (рис.6-26). Жиклёр создает дополнительное сопротивление для движения жидкости, что позволяет, например, снизить скорость заполнения жидкостью гидроцилиндра или бустера фрикционного элемента управления.

Из-за резкого изменения поперечного сечения канала жидкость не может свободно проходить через жиклёр, и поэтому со стороны насоса создается повышенное давления, а за жиклёром формируется более низкое давление. Если за жиклёром нет тупика, т.е. жидкость может свободно двигаться дальше, то в канале возникает перепад давлений. Если же после жиклёра имеется тупик в виде гидроцилиндра или бустера фрикционного элемента управления (рис.6-27), то давление по обе стороны жиклёра по истечении некоторого времени постепенно станет одинаковым.

Жиклёры используются в гидросистемах управления АКПП для обеспечения плавного нарастания давления или управления расходом жидкости. Как правило, жиклёры устанавливаются перед гидроцилиндром или бустером фрикционных элементов управления АКПП, где они совместно с гидроаккумуляторами формируют требуемый закон нарастания давления. Поэтому при включении фрикционного элемента управления жиклёры играют весьма существенную роль. Однако, для того, чтобы процесс переключения передачи проходил с высоким качеством (без заметных толчков автомобиля и повышенного скольжения во фрикционных элементах управления), необходимо быстро сбрасывать давление в гидроприводе выключаемого элемента управления. Наличие же в канале жиклёра не позволяет это сделать, поэтому в схемах управления АКПП иногда к гидроприводу подводятся два канала (рис.6-28).

В одном канале устанавливается жиклёр, а во втором шариковый клапан одностороннего действия. Во время включения фрикционного элемента давление жидкости, подводимой из основной магистрали, прижимает шарик к седлу клапана (рис.6-28а). В результате жидкость попадает в гидропривод только через жиклёр, и формирование давления происходит по заданному закону. В случае выключения фрикционного элемента гидропривод соединяется со сливной магистралью, поэтому давление отжимает шарик клапана одностороннего действия (рис.6-28б), и жидкость вытекает по двум каналам, что значительно увеличивает скорость его опорожнения.

Жиклёры, как правило, располагаются в сепараторной пластине клапанной коробки, и представляют собой отверстия вполне определенного диаметра (рис.6-29).

Гидроаккумуляторы

Гидроаккумулятор представляет собой обычный цилиндр с подпружиненным поршнем, который устанавливается параллельно гидроцилиндру или бустеру фрикционного элемента управления АКПП, и его задачей является снижение скорости нарастания давления в гидроприводе. В настоящее время используются два типа аккумуляторов: обычные и управляемые клапаном.

В случае использования обычного гидроаккумулятора (рис.6-30), процесс включения любого фрикционного элемента можно разделить на четыре этапа (рис.6-31):

Этап заполнения цилиндра или бустера;

Этап перемещения поршня;

Этап неуправляемого включения фрикционного элемента;

Этап управляемого включения фрикционного элемента.
После того, как клапан переключения переместится и соединит основную

магистраль с каналом подвода давления в гидропривод фрикционного элемента управления АКПП, жидкость начинает заполнять цилиндр или бустер (этап заполнения). По окончании этого этапа поршень гидропривода под действием давления начинает перемещаться, выбирая при этом зазор во фрикционном элементе (этап перемещения поршня). При соприкосновении поршня с пакетом фрикционных дисков поршень останавливается и начинает сжимать пакет фрикционных дисков. Причем, поскольку перемещение поршня прекратилось, то давление в гидроцилиндре или бустере, практически мгновенно изменяется до некоторой величины, которая определяется жёсткостью и величиной предварительной деформацией пружины гидроаккумулятора.

Следует отметить, что жёсткость и предварительная деформация пружины подбираются таким образом, чтобы на первых трех этапах работы поршень гидроаккумулятора оставался неподвижным. После того, как давление в гидроприводе и, следовательно, в гидроаккумуляторе достигнет величины, при которой сила давления на поршень гидроаккумулятора, будет способна преодолеть силу пружины, начнется заключительный, этап управляемого включения фрикционного элемента. Перемещение поршня гидроаккумулятора приводит к снижению интенсивности нарастания давления в гидроприводе, и в результате происходит плавное включение фрикционного элемента. В момент остановки поршня гидроаккумулятора давление в гидроцилиндре или бустере должно стать равным давлению основной магистрали. На этом процесс включения фрикционного элемента заканчивается.

Нетрудно показать, что, чем меньше жёсткость или предварительная деформация пружины гидроаккумулятора, тем меньше скачок давления на третьем этапе включения фрикционного элемента управления и тем более растянут этап управляемого скольжения фрикционного элемента (рис.6-31а). И, наоборот, увеличение жёсткости или величины предварительной деформации пружины приводят к большему скачку давления в гидроприводе и уменьшению времени скольжения фрикционного элемента.

Следует отметить, что изменение жёсткости пружины в ту или иную сторону от номинальной величины приведет к ухудшению качества включения фрикционного элемента. Уменьшение жёсткости или величины предварительной деформации пружины вызовет чрезмерное длительное скольжение фрикционного элемента, и, как следствие этого, быстрый износ фрикционных накладок. При увеличении этих двух параметров включение фрикционного элемента должно происходить ударно, что будет ощущаться пассажирами автомобиля в форме неприятных толчков.

Таким образом, качество включения фрикционного элемента определяется тем, насколько правильно подобраны жёсткость и величина предварительной деформации пружины гидроаккумулятора. Однако, такое устройство гидроаккумулятора не позволяет изменять время включения фрикционного элемента в зависимости от того, с какой интенсивность водитель нажимает на педаль управления дроссельной заслонкой. Как уже отмечалось выше, если водитель спокойный и не нажимает до упора на педаль управления дроссельной заслонкой, то гидросистема должна обеспечивать мягкие, практически незаметные переключения. Если же водитель предпочитает разгон с большим ускорением, то основная задача системы управления в этом случае - обеспечить быстрые во времени переключения, принося в жертву этому качество переключения. И все это должен обеспечивать один и тот же гидроаккумулятор. Для решения этой задачи в автоматических коробках передач используется весьма простой прием. К поршню гидроаккумулятора со стороны расположения пружины подводится давление, называемое давлением подпора (рис.6-32).

Как правило, в качестве давления подпора используется TV-давление или давление, формируемое специальным клапаном пропорционально TV-давлению. Для малых углов открытия дроссельной заслонки характерно малое давление клапана-дросселя, и поэтому включение фрикционных элементов будет происходить мягко. Чем больше угол открытия дроссельной заслонки, тем больше TV-давление и давление подпора и тем жестче будет происходить переключения передач.

Для эффективной работы гидроаккумулятора, его рабочий объём должен быть соизмерим с объёмом гидропривода включаемого элемента управления, поэтому все вышеописанные гидроаккумуляторы имеют достаточно большие размеры.

1.3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРВЛЕНИЯ АКПП

1.3.1. РЕГУЛЯТОРЫ ДАВЛЕНИЯ

Среднее давление, создаваемое насосом, несколько выше, чем это требуется для нормальной работы гидросистемы, что вполне естественно, поскольку режим работы двигателя в процессе движения автомобиля непрерывно изменяется от минимальных оборотов до максимальных. Поэтому насосы рассчитывают таким образом, чтобы они обеспечивали нормальное давление в гидросистеме при минимальных оборотах двигателя. В связи с этим в системе управления каждой АКПП, в том числе и с электронным блоком управления, обязательно используется клапаны, назначение которых - поддерживать соответствующую величину давления в гидросистеме.

Кроме регулятора давления в гидросистеме могут использоваться и другие клапаны, формирующие всякого рода вспомогательные давления.

В автоматических коробках передач с чисто гидравлической системой управления за все процессы, происходящие в АКПП, такие, как определение моментов переключения и качество переключения передач, отвечает гидравлический блок управления. Для этого в гидравлическом блоке формируются три основных давления:

Давление основной магистрали;

Давление клапана-дросселя (TV-давление);

Давление скоростного регулятора.

Кроме того, независимо от типа системы управления, в АКПП используются еще и дополнительные давления:

Давление подпитки гидротрансформатора;

Давление управления блокировочной муфтой гидротрансформатора;

Давление системы охлаждения ATF;

Давление системы смазки АКПП.

Давление в основной магистрали

Как уже отмечалось, производительность насоса рассчитана на обеспечение системы управления достаточным потоком жидкости при минимальных оборотах двигателя. При номинальных частотах вращения его производительность становится явно выше потребной. В результате в гидросистеме может возникнуть слишком высокое давление, которое приведёт к выходу из строя ее некоторых элементов. Для того, чтобы этого не происходило, в каждой системе управления АКПП имеется регулятор давления, задачей которого является формирования давления в основной магистрали. Кроме того, в гидросистемах большинства трансмиссий с помощью регулятора давления происходит регулирование еще ряда других вспомогательных давлений, таких, например, как давления подпитки гидротрансформатора, давление управления производительностью насоса лопастного типа и др.

В настоящее время существует два основных способа регулирования давления в основной магистрали:

Чисто гидравлический, при котором давление в основной магистрали формируется с помощью вспомогательных давлений;

Электрический, когда давление в основной магистрали
регулируется с помощью соленоида, управление которым осуществляет
электронный блок управления.

Гидравлический способ регулирования давления

Давление основной магистрали создается насосом и формируется регулятором давления. Оно, прежде всего, используется для включения и выключения фрикционных элементов управления АКПП, с помощью которых, в свою очередь, обеспечиваются соответствующие переключения передач. Кроме того, пропорционально давлению основной магистрали осуществляется формирование всех остальных перечисленных выше давлений гидросистемы АКПП.

Обычно регулятор давления устанавливается в основной магистрали сразу же после насоса. Регулятор давления начинает работать сразу же после запуска двигателя. Трансмиссионная жидкость из насоса проходит через регулятор давления и направляется затем в два контура: в контур системы управления АКПП и в контур системы подпитки гидротрансформатора (рис. б – ЗЗ а). Кроме того, ATF по внутреннему каналу подается под левый торец клапана.

После заполнения всей гидросистемы жидкостью, в ней начинает возрастать давление, которое создает на левом торце клапана силу, пропорциональную величине давления и площади торца клапана регулятора давления. Силе давления ATF противодействует сила пружины, поэтому до определенного момента клапан регулятора давления остается неподвижным. При достижении величины давления определенного значения его сила становится больше силы, развиваемой пружиной, и в результате клапан начнет перемещаться вправо, открывая при этом отверстие слива жидкости в поддон (рис.6-33б). Давление в основной магистрали станет падать, результатом чего будет уменьшение силы давления, действующей на левый торец клапана. Под действием силы пружины клапан переместится влево, перекрыв при этом сливное отверстие, и давление в основной магистрали вновь начнет увеличиваться. Далее весь процесс регулирования давления повторится вновь.

Следует отметить, что в случае использования в гидросистеме лопастного насоса переменной производительности, при открытии сливного отверстия регулятора давления часть ATF направляется в поддон, а другая часть поступает в насос для управления его производительностью.

Так происходит формирование давления в основной магистрали при использовании в гидросистеме простого регулятора давления. При этом следует отметить, что величина давления, формируемая таким регулятором, определяется только жёсткостью и величиной предварительной деформации его пружины.

Простые регуляторы давления, принцип работы которых был только что рассмотрен, обеспечивают на выходе только лишь одно фиксированное значение давления. Они не позволяют изменять величину регулируемого ими давления в зависимости от внешних условий движения автомобиля и режимов работы АКПП и двигателя.

Регуляторы, используемые в системах управления АКПП, при формировании давления в основной магистрали должны непременно учитывать все выше перечисленные факторы, с тем, чтобы обеспечить достаточно длительную и нормальную работу элементов коробки передач.

В начале движения двигателю приходится преодолевать, помимо сопротивления качению колес, еще и значительные инерционные нагрузки, складывающиеся из инерции поступательного движения автомобиля, инерции вращательного движения колес и деталей трансмиссии. Кроме того, при движении на передаче заднего хода, моменты во включенных при этом фрикционных элементах управления АКПП имеют максимальное значение по сравнению с моментами в элементах управления, включаемых на передачах переднего хода. Помимо сказанного, следует отметить, что величина момента, подводимого к коробке передач, существенным образом зависит от степени открытия дроссельной заслонки, и может изменяться в значительных пределах. Поэтому во всех перечисленных случаях для предотвращения возникновения скольжения во фрикционных элементах управления АКПП следует увеличивать давление основной магистрали. Таким образом, при формировании давления в основной магистрали системы управления АКПП необходимо учитывать режимы движения автомобиля и загруженность двигателя.

Для увеличения давления в основной магистрали существует несколько способов, но все они основаны на использовании дополнительной силы, прикладываемой к одному из торцев клапана регулятора давления. Для создания такой силы используется или механическое воздействие на клапан или для этого используется одно из вспомогательных давлений, формируемых в гидросистеме. Чаще всего для создания дополнительной силы используют специальный клапан, называемый клапаном повышения давления, который устанавливается в том же самом отверстии, что и сам регулятор давления. Типовой регулятор давления с клапаном повышения давления показан на рисунке 6-34.

Клапан повышения давления может управляться несколькими давлениями. Так на рисунке 6-34а к правому торцу его клапана подводится TV-давление, т.е. давление пропорциональное степени загрузки двигателя. В этом случае силе давления, действующей на левый торец клапана регулятора, необходимо преодолевать теперь, помимо силы пружины, еще и силу, создаваемую TV-давлением. В результате, при неизменной площади левого торца клапана регулятора давления, давление в основной магистрали должно возрасти. Чем выше загрузка двигателя, тем выше TV-давление, поэтому и давление в основной магистрали будет также увеличиваться пропорционально степени загрузки двигателя.

Аналогичным образом происходит увеличение давления в основной магистрали во время движения автомобиля задним ходом. При включении передачи заднего хода давление, поступающее в гидропривод фрикционного элемента управления этой передачи, по специальному каналу подводится в кольцевую канавку клапана повышения давления (рис.6-34б). Здесь за счет разности диаметров левого и правого торцов клапана повышения давления, создается сила давления, направленная в сторону торца, имеющего больший диаметр. Таким образом, в этом случае силе давления, действующей на левый торец клапана регулятора давления, необходимо преодолевать сопротивление деформации пружины и силы давления, возникающей в кольцевой канавке клапана повышения давления. В результате давление в основной магистрали также должно повыситься.

Электрический способ регулирования давления

В настоящее время нашел широкое применение электрический способ регулирования давления в основной магистрали, который позволяет делать это гораздо точнее, учитывая при этом более широкий спектр параметров состояния автомобиля. При таком способе в формировании одной из сил, действующих на клапан регулятора давления, используется управляемый электронным блоком соленоид, устройство которого показано на рисунке 6-35.

Электронные блок получает информацию от многочисленных датчиков, измеряющих различные параметры состояния, как трансмиссии, так и всего автомобиля в целом. Анализ этих данных позволяет компьютеру определить наиболее оптимальное для данного момента времени давление в основной магистрали.

Соленоиды, которые используются для регулирования какого-либо давления, как правило, управляются сигналами широтно-импульсной модуляции (Duty Control). Такие соленоиды способны с высокой частотой переключаться из положения «Вкл» в положение «Выкл». Управление таким соленоидом можно представить, как следующий один за другим циклов сигналов (рис.6-36).

Каждый цикл состоит из двух фаз: фазы наличия (Вкл.) сигнала (напряжения) и фазы отсутствия (Выкл.) сигнала (рис.6-36). Длительность всего цикла Т принято называть периодом цикла. Время в пределах одного цикла t, когда на соленоид подается напряжение, называется шириной импульса. Данный вид управляющего сигнала принято характеризовать отношением ширины импульса к периоду цикла, выраженным в процентах. Следует отметить, что период импульса в течение всего процесса управления остается постоянной величиной, а ширина импульса может изменяться плавно от нуля до величины равной периоду импульса. Тем самым достигается плавное регулирование давления.

Давление клапана-дросселя (TV -давление)

Для определения степени загруженности двигателя в АКПП с чисто гидравлической системой управления формируется давление, пропорциональное открытию дроссельной заслонки. Клапан, формирующий это давление, называется клапаном-дросселем, а давление, которое он формирует, -TV-давлением. Уже отмечалось, что для получения TV-давления используется давление основной магистрали.

В настоящее время существует несколько способов формирования давления, пропорционального степени открытия дроссельной заслонки. В некоторых, более ранних образцах АКПП, управление клапаном-дросселем осуществлялось с помощью модулятора, принцип работы которого основан на использовании разряжения во впускном коллекторе двигателя. На более поздних моделях АКПП использовалась механическая связь между приводом управления дроссельной заслонкой и клапаном-дросселем.

Во всех моделях автоматических коробок передач TV-давление используется, как уже отмечалось, и для управления давлением в основной магистрали. Для этого оно подводится к клапану повышения давления, который через пружину воздействует на регулятор давления (рис.6-34а).

В трансмиссиях с электронным блоком управления от использования TV-давления отказались. Для определения степени открытия дроссельной заслонки на ее корпус устанавливается специальный датчик - TPS (Throttle Position Sensor), по величине сигнала которого электронный блок управления определяет угол поворота дроссельной заслонки. В соответствии с сигналом этого датчика в электронном блоке формируется сигнал управления соленоидом, который отвечает за регулирование давления в основной магистрали. Кроме того, сигнал датчика положения дроссельной заслонки используется блоком управления и для определения моментов переключения передач.

Механический привод управления клапаном-дросселем

Механическую связь дросселя с клапаном-дросселем можно осуществить двумя способами: с помощью рычагов и тяг (рис.6-37) и с помощью троса (рис.6-38).

Устройство клапана-дросселя с механическим приводом управления весьма похоже на устройство регулятора давления. Он также состоит из клапана и пружины, которая упирается в один из торцов клапана (рис.6-39). В корпусе клапана имеется внутренний канал, который позволяет подводить формируемое давление к другому торцу клапана. К клапану-дросселю подводится давление основной магистрали, из которого и формируется TV-давление.

В начальный момент плунжер клапана-дросселя под воздействием пружины находится в крайнем левом положении (рис.6-39). При этом отверстие, соединяющее клапан с основной магистралью, полностью открыто и ATF под давлением поступает в канал формирования TV-давления и под левый торец клапана-дросселя. При определенном давлении, определяемом жёсткостью и величиной предварительной деформации пружины, сила давления на левый торец клапана превысит усилие пружины, и он начнет перемещаться вправо. При этом поясок клапана перекроет отверстие основной магистрали и откроет сливное отверстие (рис.6-40). TV-давление начнет падать, и клапан под действием пружины вновь переместится влево, перекрывая при этом сливную и открывая основную магистраль. Давление в канале формирования TV-давления вновь начнет возрастать.

При таком варианте управления клапан-дроссель практически ничем не отличается от обычного регулятора давления. Отличительной особенностью его работы является то обстоятельство, что с помощью толкателя можно изменять величину предварительной деформации пружины. Толкатель с помощью механического привода жёстко соединен с педалью управления дроссельной заслонкой (рис.6-37 и 6-38), и его положение зависит от положения педали. При полностью отпущенной педали толкатель под действием все той же пружины занимает крайнее правое положение (рис.6-40). В этом случае пружина имеет минимальную величину предварительной деформации, поэтому в канале формирования TV-давления достаточно небольшого давления, чтобы переместить клапана-дроссель вправо. При нажатии на педаль управления дроссельной заслонкой перемещение педали с помощью механического привода передается толкателю. Он перемещается влево, увеличивая тем самым величину предварительной деформации пружины. Теперь для того, чтобы переместить клапана-дроссель вправо потребуется повышение TV-давления. Причем, чем больше перемещение педали управления дроссельной заслонкой, тем больше должно быть давление на выходе из клапана-дросселя. Так происходит формирование давления пропорционального степени открытия дроссельной заслонки. Причем, чем больше угол открытия дроссельной заслонки, тем выше TV-давление, и наоборот.

Управление клапаном дросселем с помощью модулятора

Во многих АКПП с чисто гидравлической системой управления для управления клапаном-дросселем используется модулятор. Модулятор представляет собой камеру, разделенную с помощью металлической или резиновой диафрагмы на две части (рис.6-41).

Левая часть камеры соединена с атмосферой, правая с помощью шланга с впускным коллектором двигателя. Пружина, которая в случае механического привода непосредственно действовала на клапан дросселя, размещена в этом случае в камере модулятора, соединенной с впускным коллектором двигателя. Клапан-дроссель соединен с диафрагмой модулятора с помощью толкателя.

Таким образом, слева на диафрагму модулятора действует сила атмосферного давления и сила TV-давления, которая создается на левом торце клапана-дросселя и передается на диафрагму с помощью толкателя. С права на диафрагму действует сила пружины и сила, создаваемая давлением во впускном коллекторе двигателя.

При работе двигателя на холостых оборотах разрежение во впускном коллекторе из-за, практически, полного перекрытия дроссельной заслонкой впускного отверстия, имеет максимальную величину (иными словами давление во впускном коллекторе намного меньше атмосферного давления). Поэтому сила атмосферного давления, действующая на диафрагму значительно больше силы давления во впускном коллекторе. Это приводит к тому, что пружина под действием силы давления сжимается и диафрагма перемещает толкатель и клапан-дроссель вправо (рис.6-42).

При таком положении клапана достаточно небольшого TV-давления, чтобы один поясок клапана перекрыл отверстие основной магистрали, а второй открыл отверстие сливной магистрали. Результатом этого является низкое значение TV-давления.

В случае открытия дроссельной заслонки разряжение во впускном коллекторе двигателя начинает уменьшаться (т.е. давление во впускном коллекторе возрастает) Поэтому сила давления, действующая на диафрагму модулятора, увеличивается и начинает частично уравновешивать силу атмосферного давления, действующую в противоположную сторону диафрагмы. В результате диафрагма вместе с толкателем перемещается влево, что приводит к такому же перемещению клапана-дросселя (рис.6-43). В этом случае для того, чтобы сместить клапан вправо, требуется уже более высокое TV-давление.

Таким образом, чем больше открыта дроссельная заслонка, тем меньше степень разряжения во впускном коллекторе и тем выше TV-давление.

Давление скоростного регулятора

Давление скоростного регулятора используется, наряду с TV-давлением, для определения моментов переключения передач.

Величина давления скоростного регулятора пропорциональна скорости движения автомобиля. Оно так же, как и давление клапана-дросселя, формируется из давления основной магистрали.

В коробках передач заднеприводных автомобилей скоростной регулятор обычно устанавливается на ведомом валу, а в АКПП переднеприводных автомобилей на промежуточном валу, где расположена ведущая шестерня главной передачи.

В трансмиссиях с электронным блоком управления скоростные регуляторы не используются, а определение скорости движения автомобиля осуществляется с помощью специальных датчиков, которые также устанавливаются на выходном валу АКПП.

Скоростные регуляторы, используемые в АКПП можно разделить на две группы:

Регуляторы с приводом от ведомого вала АКПП;

Регуляторы расположенные непосредственно на ведомом валу
АКПП.

Регуляторы с приводом от ведомого вала бывают двух типов -золотникового типа и шариковые. Для их привода используется специальное зубчатое зацепление, одна шестерня которого установлена на ведомом или промежуточном валу АКПП, а вторая на самом скоростном регуляторе.

Скоростной регулятор золотникового типа и приводом от ведомого вала АКПП

Скоростной регулятор золотникового типа состоит из клапана, двух типов грузов (первичного и вторичного) и пружин (рис.6-44). В начальный момент, когда автомобиль стоит на месте, скоростной регулятор, соединенный с помощью зубчатого зацепления с ведомым валом коробки передач, также неподвижен. Поэтому клапан скоростного регулятора под действием собственного веса находится в крайнем нижнем положении. При таком положении верхний поясок

клапана перекрывает отверстие, соединяющее регулятор с основной магистралью, а нижний поясок открывает сливную магистраль (рис.6-44а). В результате давление на выходе из скоростного регулятора равно нулю.

При движении автомобиля, скоростной регулятор вращаться с угловой скоростью, пропорциональной угловой скорости ведомого или промежуточного вала АКПП. При определенной скорости транспортного средства под действием центробежной силы грузы скоростного регулятора начинают расходиться и, преодолевая силу тяжести клапана, перемещают его вверх. Такое перемещение клапана приводит к открытию отверстия основной магистрали и закрытию отверстия сливного канала (рис.6-44б). В результате ATF из основной магистрали начинает поступать в канал формирования давления скоростного регулятора. Кроме того, по радиальному и осевому отверстиям трансмиссионная жидкость поступает в полость между корпусом скоростного регулятора и верхним торцом клапана (рис.6-44б). Давление жидкости на этот торец клапана создает силу, которая совместно с силой тяжести клапана противодействует центробежной силе, возникающей в грузах. При достижении определенного значения давления сумма сил, действующих на верхний торец клапана, станет больше центробежной силы грузов, и клапан начнет перемещаться вниз, перекрывая отверстие основной магистрали и открывая одновременно сливной канал. При этом давление скоростного регулятора начнет уменьшаться, что приведет уменьшению силы давления на верхний торец клапана. В какой-то момент действие центробежной силы опять станет больше силы веса и давления, и клапан вновь начнет подниматься. Так происходит формирование давления скоростного регулятора. В случае увеличения скорости движения автомобиля для того, чтобы клапан стал опускаться вниз, потребуется, очевидно, более высокое давление скоростного регулятора. В конечном счете, при определенной скорости автомобиля вес клапана регулятора совместно с давлением, действующим на верхний торец клапана, не смогут уравновесить центробежную силу грузов. В этом случае отверстие основной магистрали полностью откроется, и давление скоростного регулятора станет равным давлению в основной магистрали. При уменьшении скорости автомобиля уменьшится и центробежная сила, действующая на грузы скоростного регулятора, и, следовательно, должно уменьшиться давление скоростного регулятора.

Система грузов скоростного регулятора состоит из двух ступеней (первичной и вторичной) и двух пружин. Такое устройство регулятора позволяет получить зависимость давления скоростного регулятора (р) от скорости движения автомобиля (V) близкую к линейной (рис.6-45).

На первом этапе первичные (более тяжелые) и вторичные (легкие) грузы действуют на клапан скоростного регулятора совместно. Пружины удерживают вторичные грузы относительно первичных. Конструкция выполнена таким образом, что более легкие грузы через рычаги действуют непосредственно на клапан скоростного регулятора. При этом грузы двигаются совместно.

Начиная с определенных оборотов, скоростного регулятора центробежная сила, которая, как известно, зависит от квадрата частоты вращения, становится весьма большой. Так, например, двукратное увеличение оборотов увеличивает центробежную силу в четыре раза. Поэтому становится необходимо принять меры к снижению влияния центробежной силы на формируемое скоростным регулятором давление. Жёсткость пружин подобрана таким образом, что, примерно, на скорости движения 20 миль/ч (16 км/ч), центробежная сила первичных грузов превышает силу пружины, и они отклоняются в крайнее положение и упираются в ограничители (рис.6-44б). Первичные грузы в таком положении не воздействуют на вторичные и становятся неэффективными, а клапан скоростного регулятора на втором этапе уравновешивается центробежной силой только вторичных грузов и силой пружины.

Скоростной регулятор шарикового типа с приводом от ведомого вала АКПП

Скоростной регулятор шарикового типа состоит из полого вала, который приводится во вращение с помощью зубчатого зацепления ведомым валом АКПП, двух шариков, установленных в отверстиях вала, одной пружины и двух грузов различной массы, шарнирно закрепленных на валу (рис.6-46). К валу через жиклёр подводится давление основной магистрали, из которого во внутреннем канале вала формируется давление скоростного регулятора. Величина давления скоростного регулятора определяется величиной утечек через отверстия, в которых установлены шарики. Каждый из двух грузов имеет специальной формы захваты, с помощью которых они удерживают противоположно расположенный им шарики (рис.6-46).

При неподвижном автомобиле скоростной регулятор не вращается, поэтому грузы не оказывают ни какого воздействия на шарики, и вся жидкость, подводимая к валу из основной магистрали, сливается через незакрытые шариками отверстия в поддон. Давление скоростного регулятора равно нулю.

В случае движения с небольшой скоростью центробежная сила, действующая на вторичный (легкий) груз мала, и пружина не позволяет прижать его к седлу отверстия. В это время регулировка давления скоростного регулятора осуществляется только за счет первичного (более тяжелого) груза, который прижимает свой шарик к седлу с силой пропорциональной квадрату скорости движения автомобиля. При определенной скорости движения первичный груз полностью прижимает шарик к седлу отверстия, и утечки ATF через него уже не происходит. При этом центробежная сила, возникающая во вторичном грузе, достигает величины, способной преодолеть силу сопротивления пружины, и специальный захват этого груза начинает прижимать второй шарик к седлуотверстия вала. Теперь одно из двух отверстий вала полностью закрыто, и формирование давления скоростного регулятора осуществляется только за счет второго шарика. При высокой скорости движения автомобиля вторичный груз также полностью прижимает свой шарик к седлу отверстия, и давление скоростного регулятора становится равным давлению основной магистрали.

Давление подпитки гидротрансформатора

Часть ATF после регулятора давления поступает в основную магистраль, а другая его часть используется в системе подпитки гидротрансформатора. Для предотвращения в гидротрансформаторе кавитационных явлений желательно, чтобы жидкость в нем находилась под небольшим давлением. Поскольку давление основной магистрали для этой цели слишком велико, то давление подпитки гидротрансформатора чаще всего формируется дополнительным регулятором давления.

Давление управления блокировочной муфтой гидротрансформатора

Все современные трансмиссии имеют в своем составе только блокирующиеся гидротрансформаторы. Как правило, для блокировки гидротрансформатора используется фрикционная муфта, которая, как уже было показано, обеспечивает прямую механическую связь двигателя с коробкой передач. Это позволяет устранить скольжение в гидротрансформаторе и улучшить топливную экономичность автомобиля.

Включение блокировочной муфты гидротрансформатора возможно только при выполнении следующих условий:

Охлаждающая жидкость двигателя имеет рабочую температуру;

Скорость автомобиля достаточно высока, что позволяет ему
двигаться без переключения передач;

Педаль тормоза не нажата;

В коробке передач не происходит переключение передачи.
При выполнении перечисленных требований гидросистема обеспечивает подвод давления к поршню муфты гидротрансформатора, результатом чего является жёсткое соединение вала турбинного колеса с коленчатым валом двигателя.

В современных модификациях автоматических коробок передач используется не простое управление блокировочной муфтой гидротрансформатора, которое основано на принципе «Вкл»-«Выкл», а осуществляется управление процессом скольжения блокировочной муфты. При таком управлении муфтой достигается плавность ее включения. Естественно, что подобный способ управления блокировочной муфтой гидротрансформатора возможен только лишь в случае использования на автомобиле электронного блока управления.

Давление в системе охлаждения

Даже во время штатной работы трансмиссии с автоматической коробкой передач выделяется большое количество тепла, что приводит к необходимости охлаждения ATF, используемой в трансмиссии. В результате перегрева, трансмиссионная жидкость быстро теряет свои свойства, необходимые для нормальной работы трансмиссии. В результате снижается ресурс коробки передач и гидротрансформатора. Для охлаждения ATF постоянно пропускается через радиатор, куда она поступает из гидротрансформатора, поскольку именно в гидротрансформаторе выделяется большая часть тепла.

Для охлаждения ATF используются два типа радиаторов: внутренний или внешний. На многих современных автомобилях используются внутренний тип радиатора. В этом случае он расположен внутри радиатора охлаждающей жидкости двигателя (рис.6-47). Горячая жидкость поступает в радиатор, где отдает тепло, охлаждающей жидкости двигателя, которая, в свою очередь, охлаждается воздушным потоком.

Внешний тип радиатора располагается отдельно от радиатора охлаждающей жидкости двигателя и отдает тепло непосредственно воздушному потоку.

После охлаждения, как правило, ATF направляется в систему смазки АКПП.

Давление в системе смазки АКПП

В автоматических коробках передач используется принудительный способ смазки трущихся поверхностей. Трансмиссионная жидкость непрерывно под давлением через специальную систему каналов и отверстий подается к зубчатым зацеплением, подшипникам, фрикционным элементам управления и всем остальным трущимся деталям коробки передач. В большинстве АКПП жидкость поступает в систему смазки после прохождения через радиатор, в котором она предварительно охладилась.

1.3.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ КЛАПАНОВ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ

Клапаны переключения предназначены для управления маршрутами, по которым ATF из основной магистрали подводится в гидроцилиндр или бустер (гидропривод) включаемого на данной передаче фрикционного элемента управления. Как правило, любая система управления АКПП, независимо от того, чисто гидравлическая она или электрогидравлическая, имеет в своем составе несколько клапанов переключения.

В АКПП с чисто гидравлической системой управления клапаны переключения являются, условно говоря, интеллектуальными, поскольку именно они определяют моменты переключения передач. В АКПП с электронным блоком управления эти клапаны также используются, но их роль уже весьма пассивна, поскольку решение о переключении передач принимает компьютер, который посылает определенный сигнал на соленоид переключения, а тот, в свою очередь преобразует его в давление жидкости, которое подводится к соответствующему клапану переключения.

Поскольку принцип работы клапана переключения в случае электрогидравлической системы управления достаточно прост, то рассмотрим более подробно, каким образом работают эти клапана в АКПП с чисто гидравлической системой управления.

Повышающие переключения

Любой клапан переключения это клапан золотникового типа, к которому подводится давление основной магистрали. Клапан переключения может занимать только два положения либо крайнее правое (рис.6-48а), либо крайнее левое (рис.6-48б). В первом случае правый поясок клапана перекрывает отверстие основной магистрали, и давление не поступает в гидропривод фрикционного элемента управления АКПП. В случае перемещения клапана в крайнее левое положение он открывает отверстие основной магистрали, соединяя ее тем самым с каналом подвода давления в гидропривод.

Одно из двух упомянутых положений клапана переключения определяется тремя факторами: давлением скоростного регулятора, давлением клапана-дросселя и жёсткостью пружины. На левый торец клапана действует сила пружины, и к этому же торцу подводится давление клапана-дросселя (TV-давление). К правому же торцу клапана подводится давление скоростного регулятора. При неподвижном автомобиле давление скоростного регулятора TV-давление, практически, равны нулю, поэтому клапан под действием пружины будет находиться в крайнем правом положении, разъединяя основную магистраль и канал подвода давления в гидропривод фрикционного элемента (рис.6-48а). После начала движения начинают формироваться давления скоростного регулятора и TV-давление. Причем, при неизменном положении педали управления дроссельной заслонкой, давление клапана-дросселя будет оставаться постоянным, а давление скоростного регулятора по мере увеличения скорости движения автомобиля будет увеличиваться. При определенной скорости давление скоростного регулятора достигнет величины, при которой сила, создаваемая им на правый торец клапана переключения, станет больше суммы силы пружины и TV-давления, которые действуют на левый торец клапана. В результате клапан переместится из крайнего правого положения в крайнее левое положение и соединит канал подвода давления в гидропривод фрикционного элемента с основной магистралью. Таким образом, происходит повышающее переключение.

Работу системы управления АКПП необходимо согласовывать с режимом работы двигателя и внешними условиями движения автомобиля. Переключения в коробке передач должны происходить таким образом, чтобы передаточное отношение АКПП, момент сопротивления движению автомобиля и момент, развиваемый двигателем, имели бы оптимальное сочетание.

Если водитель управляет автомобилем так, что разгон происходит с небольшим ускорением, то, этот водитель, предпочитающий спокойную езду, и для него важно обеспечить режим движения с минимальным расходом топлива. Для этого необходимо производить повышающие переключения на более низких скоростях, при оборотах двигателя близких к минимальному расходу топлива, т.е. иными словами переключения должны быть ранними. Кроме того, в этом случае следует обеспечить такое качество переключения передач, при котором езда на автомобиле была наиболее комфортной. Поэтому, при малых углах открытия дроссельной заслонки за счет низкого давления клапана-дросселя, повышающие переключения происходят на более низких скоростях движения, по сравнению со случаем, когда дроссельная заслонка открыта на большой угол.

Если же водитель старается максимально открыть дроссельную заслонку, стремясь получить максимальное ускорение автомобиля, то в этом случае речь об экономии топлива не идет, и для быстрого разгона необходимо использовать максимальную мощность двигателя. Для чего необходимы более поздние по скорости повышающие переключения, что обеспечивается более высоким значением TV-давления, которое формируется при больших углах открытия дроссельной заслонки.

Весьма важную роль в определении моментов переключения оказывает жёсткость пружины клапана-дросселя и величина ее предварительной деформации. Чем больше жёсткость и величина предварительной деформации пружины, тем позже будут происходить повышающие переключения, и наоборот меньшие жёсткость и предварительная деформация пружины приводят к более ранним повышающим переключениям.

Поскольку TV-давление и давление скоростного регулятора к разным клапанам переключения подводятся одинаковые, то единственный способ предотвратить одновременное включение всех фрикционных элементов управления, это установка в разные клапаны переключения пружин с различной жёсткостью. Причем, чем выше передача, тем большей жёсткостью должна обладать пружина.

В качестве примера рассмотрим в упрощенном виде работу системы управляющей переключением трехскоростной коробки передач. В этой системе использовано два клапана переключения: клапан переключения с первой передачи на вторую (1-2) и клапан переключения со второй на третью передачу (2-3).

Для включения первой передачи клапан переключения не требуется, поскольку первая передача включается непосредственно клапаном выбора режима. Давление жидкости от насоса через регулятор давления подается к клапану выбора режима. Поток ATF разделяется этим клапаном на четыре. Один из них подводится к скоростному регулятору давления, второй к клапану-дросселю, третий к клапану переключения 1-2 и четвертый направляется непосредственно в гидропривод фрикционного элемента, включаемого на первой передаче (рис.6-49).

При достижении определенной скорости давление скоростного регулятора становится таким, что сила создаваемая им на правом торце клапана переключения 1-2 становится больше силы пружины и TV-давления, которые действуют на левый торец клапана.

Клапан переключения 1-2 перемещается, соединяя при этом основную магистраль с каналом подвода давления в сервопривод включения второй передачи (рис.6-50). Помимо этого давление основной магистрали подводится к клапану переключения 2-3, готовя его тем самым к следующему переключению. Кроме того, давление основной магистрали подается в канал подвода давления к клапану, ответственному за выключение первой передачи, что необходимо делать для предотвращения одновременного включения двух передач.

За счёт большей жёсткости пружины, установленной в клапане переключения 2-3, клапан остается на этом этапе управления АКПП неподвижным. Дальнейшее увеличение скорости автомобиля приводит к тому, что сила давления скоростного регулятора становится способной переместить и клапан переключения 2-3. В этом случае давление основной магистрали поступает в сервопривод включения третьей передачи и подается к клапану выключения второй передачи (рис.6-51).

Дальнейшее движение автомобиля при неизменном положении педали управления дроссельной заслонкой и неизменных внешних условиях движения будет происходить на третьей передаче.

Однако следует отметить, что если не предпринять дополнительных мер, то состояние коробки передач при движении на второй или третьей передачах будет неустойчивым. Небольшое отклонение педали в сторону увеличения угла открытия дроссельной заслонки, и в результате увеличения TV-давления в коробке произойдет понижающее переключение. К такому же эффекту приведет и небольшое уменьшение скорости движения автомобиля, вызванного, например, незначительным подъемом. В дальнейшем опять-таки из-за небольшого отпускания педали управления дроссельной заслонкой или восстановления скорости движения автомобиля АКПП вновь произойдет повышающее переключение. И этот процесс может многократно повториться. Такие колебательные переключения передач нежелательны, и необходимо защитить коробку передач от их воздействия.

Для защиты АКПП от воздействия многократно повторяющихся повышающих и понижающих переключений в гидросистеме предусматривается гистерезис между скоростями, при которых происходят повышающие переключения, и скоростями, на которых в АКПП осуществляются понижающие переключения. Иными словами понижающие переключения происходят на несколько меньших скоростях, по сравнению со скоростями на которых происходят повышающие переключения. Это достигается весьма простым приемом.

После того, как произошло повышающее переключение (1-2 или 2-3), в соответствующем клапане переключения (1-2 или 2-3) происходит блокировка канала подвода давления клапана-дросселя (рис.6-52). В этом случае силе давления скоростного регулятора, действующей на торец клапана переключения, противодействует только усилие сжатой пружины. Такая отсечка TV-давления от клапана переключения действует как фиксатор для предотвращения включения пониженной передачи и устраняет возможность возникновения колебательного процесса при переключении передач.

Если во время движения водитель полностью отпустит педаль управления дроссельной заслонкой, то автомобиль начнет постепенно замедляться, что автоматически приведет и к снижению давления скоростного регулятора. В момент, когда сила этого давления на клапан переключения станет меньше силы пружины, клапан начнет перемещаться в противоположное положение. При этом основная магистраль перекроется и в АКПП произойдет понижающее переключение.

Режим принудительного понижения передачи (kickdown )

Часто, особенно при обгоне впереди движущегося автомобиля, необходимо развить большое ускорение, которое возможно получить только лишь в случае подвода к колесам более высокого значения крутящего момента. Для этого желательно произвести переключение на пониженную передачу. В системах управления АКПП, как чисто гидравлических, так и с электронным блоком управлении, такой режим работы предусмотрен. Для принудительного переключения на пониженную передачу водитель должен нажать до упора на педаль управления дроссельной заслонкой. При этом, если речь идет о чисто гидравлической системе управления, то это вызывает повышение TV-давления до величины давления основной магистрали и, кроме того, в клапане-дросселе открывается дополнительный канал, позволяющий подвести TV-давление к торцу клапана переключения в обход ранее заблокированного канала. Под действием повышенного TV-давления клапан переключения перемещается в противоположное положение и в АКПП произойдет понижающее переключение. Клапан, с помощью которого осуществляется весь описанный выше процесс, называется клапаном принудительного понижения передачи.

В некоторых трансмиссиях для принудительного включения пониженной передачи используется электропривод. Для этого под педалью устанавливается датчик, сигнал которого в случае нажатия на него поступает на соленоид

принудительного понижения передачи (рис.6-53). При наличии сигнала управления соленоид открывает дополнительный канал подвода максимального TV-давления к клапану переключения.

В случае использования в трансмиссии электронного блока управления все решается несколько проще. Для определения режима принудительного понижения передачи может использоваться так же, как и в предыдущем случае, специальный датчик под педалью управления дроссельной заслонкой или сигнал датчика, определяющего полное открытие дроссельной заслонки. И в том и в другом случае их сигнал поступает в электронный блок управления АКПП, который и вырабатывает соответствующие команды на соленоиды переключения.

2. ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Начиная со второй половины 80-х годов прошлого столетия, для управления автоматическими трансмиссиями стали активно использоваться специальные компьютеры (электронные блоки управления). Их появление на автомобилях позволило реализовать более гибкие системы управления, учитывающие гораздо большее, по сравнению с чисто гидравлическими системами управления, число факторов, что, в конечном счете, повысило КПД связки двигатель-трансмиссия и качество переключения передач.

Первоначально компьютеры использовались только для управления блокировочной муфтой трансформатора и в некоторых случаях для управления повышающим планетарным рядом. Последнее касается трехскоростных коробок передач, в которых для получения четвертой (повышающей передачи) использовался дополнительный планетарный ряд. Это были достаточно простые блоки управления, как правило, входящие в состав блока управления двигателем. Результаты эксплуатации автомобилей с подобной системой управления имели положительный результат, что и послужило толчком развития уже специализированных систем управления трансмиссией. В настоящее время практически все автомобили с автоматическими коробками передач выпускаются с электронными системами управления. Такие системы позволяют гораздо точнее управлять процессом переключения передач, используя для этого гораздо больше параметров состояния, как самого автомобиля, так и его отдельных систем.

В общем случае электрическую часть системы управления трансмиссией можно разделить на три части: измерительную (датчики), анализирующую (блок управления) и исполнительную (соленоиды).

В состав измерительной части системы управления, могут входить следующие элементы:

Датчик положения селектора режимов;

Датчик положения дроссельной заслонки;

Датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя;

Датчик температуры ATF;

Датчик частоты вращения выходного вала коробки передач;

Датчик частоты вращения турбинного колеса гидротрансформатора;

Датчик скорости автомобиля;

Датчик принудительного понижения передачи;

Выключатель повышающей передачи;

Переключатель режимов работы коробки передач;

Датчик использования тормозов;

Датчики давления.

На анализирующую часть системы управления возложены следующие задачи:

Определение моментов переключения;

Управление качеством переключения передач;

Управление величиной давления в основной магистрали;

Управление блокировочной муфтой гидротрансформатора;

Контроль за работой трансмиссии;

Диагностика неисправностей.

К исполнительной части системы управления относятся различные соленоиды:

Соленоиды переключения;

Соленоид управления блокировочной муфтой
гидротрансформатора;

Соленоид регулятора давления в основной магистрали;

Прочие соленоиды.

В блок управления поступают сигналы от датчиков, где они обрабатываются и анализируются, и на основании результатов их анализа блок вырабатывает соответствующие сигналы управления. Принцип работы блоков управления всех трансмиссий, независимо от марки автомобиля, примерно один и тот же.

Иногда работой трансмиссии управляет отдельный блок управления, называемый трансмиссионным. Но в настоящее время наметилась тенденция использования общего блока управления двигателем и трансмиссией, хотя, по сути, этот общий блок также состоит из двух процессоров, только расположенных в едином корпусе. В любом случае оба процессора взаимодействуют друг с другом, но при этом процессор управления двигателем всегда имеет приоритет над процессором управления трансмиссией. Кроме того, блок управления трансмиссией использует в своей работе сигналы некоторых датчиков, относящихся к системе управления двигателем, например, датчика положения дроссельной заслонки, датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя и др. Как правило, эти сигналы поступаю сначала в блок управления двигателем и затем в блок управления трансмиссией.

Задача блока управления заключается в обработке сигналов датчиков, входящих в систему управления данной трансмиссии, анализе получаемой информации и выработке соответствующих управляющих сигналов.

Сигналы датчиков, поступающих в блок управления, могут быть как в форме аналогового сигнала (рис.7-1а) (непрерывно изменяющегося), так и в форме дискретного сигнала (рис.7-1б).

Аналоговые сигналы преобразовываются в блоке управления с помощью аналого-цифрового преобразователя в оцифрованный сигнал (рис.7-2). Полученная информация оценивается в соответствии с алгоритмами управления, находящимися в памяти компьютера. На основе сравнительного анализа поступивших и хранящихся в памяти данных, вырабатываются управляющие сигналы.

В электронной памяти блока управления хранится набор команд по управлению трансмиссией в зависимости от внешних условий движения автомобиля и состояния АКПП. Кроме того, современные системы управления автоматическими коробками передач анализируют манеру управления автомобилем и выбирают соответствующий алгоритм переключения передач.

В результате анализа полученной информации блок управления вырабатывает команды для исполнительных механизмов, в качестве которых в электрогидравлических системах используются электромагнитные клапаны (соленоиды). Соленоиды преобразовывают поступающие к ним электрические сигналы в механическое перемещение гидравлического клапана. Кроме того, блок управления трансмиссией осуществляет обмен информацией с блоками управления других систем (двигателя, круиз-контроля, кондиционера и др.).

Назначение давления и потока.

При изучении основ гидравлики были использованы следующие термины: сила, передача энергии, работа и мощность. Эти термины используются при описании взаимоотношения давления и потока. Давление и поток - два основных параметра каждой гидравлической системы. Давление и поток взаимосвязаны, но выполняют разную работу. Давление сжимает или прикладывает усилие. Поток двигает предметы Водяной пистолет является хорошим примером давления и потока в применении. Нажатие на спусковой крючок создаёт давление внутри водяного пистолета. Вода под давлением вылетает из водяного пистолета и таким образом сбивает деревянного солдатика.

Что такое давление?

Давайте подумаем, как и почему создаётся давление. Текучая среда (газ и жидкость) стремится к расширению или происходит сопротивление при их сжатии. Это и есть давление. Когда вы накачиваете шину, вы создаёте в шине давление. Вы закачиваете в шину воздух больше и больше. Когда шина полностью наполнена воздухом, происходит нажатие на стенки шины. Такое нажатие является видом давления. Воздух является видом газа и может быть сжат. Сжатый воздух давит на стенки шины с одинаковой силой в каждой точке. Жидкость находится под давлением. Основное отличие состоит в том, что газы могут сжиматься в болы.

Одинаковая сила в каждой точке

Давление в сжатой жидкости

Если вы нажмёте на сжатую жидкость, возникнет давление. Так же как и в случае с шиной, давление одинаково в каждой точке бочки, содержащей жидкость. Если давление слишком велико, бочка может сломаться. Бочка сломается в слабом месте, а не там, где больше давление, потому что давление одинаково в каждой точке.

Жидкость почти не сжимается

Сжатая жидкость удобна при передаче силы по трубам, на изгибе, вверх, вниз, потому что жидкости почти несжимаемы и передача энергии происходит немедленно.

Многие гидравлические системы используют масло. Это потому, что масло почти не сжимается. В тоже время, масло может использовать в качестве смазки.

Закон Паскаля: Давление, производимое внешними силами на поверхность жидкости или газа, передаётся по всем направлениям без изменения.

Секция 2

Отношение давление и силы

По закону Паскаля, отношение между давлением и силой выражается формулами:

F = P / S, где P - давление, F - сила, S - площадь

Гидравлический рычаг

На модели поршня, показанной на рисунке ниже, можно увидеть пример уравновешивания различного веса через гидравлический рычаг. Паскаль открыл, как видно на этом примере, что малый вес малого поршня уравновешивает большой вес большого поршня, доказывая, что площадь поршня пропорционально весу. Это открытие применительно к сжимаемой жидкости. Причина, почему это возможно, это то, что жидкость всегда действует с равной силой на равную площадь.

На рисунке изображён груз 2 кг и груз 100 кг. Площадь одного груза, весом 2 кг - 1см?, давление составляет 2 кг/см?. Площадь другогогруза, весом 100 кг - 50 см?, давление составляет 2 кг/см?. Два веса уравновешивают друг друга.

Механический рычаг

Та же ситуация может быть проиллюстрирована на примере механического рычага на рисунке ниже.

Кот весом 1 кг сидит на расстоянии 5 метров от центра тяжести рычага и уравновешивает кота весом 5 кг на расстоянии 1 метра от центра тяжести, подобно грузу на примере гидравлического рычага.

Преобразование энергии гидравлического рычага

Важно помнить, что жидкость действует равной силой на равную площадь. При работе это очень сильно помогает.

Имеется два цилиндра одинакового размера. Когда мы нажимаем на один поршень с усилием 10 кг, другой поршень выдавливается с усилием 10 кг, потому что площадь каждого цилиндра одинаковая. Если площади разные, силы тоже разные.

Например, допустим, что большой поршень имеет площадь 50 см?, а маленький поршень имеет площадь 1 см?, при усилии в 10 кг на маленький поршень происходит воздействие 10 кг/см? на каждую часть большого клапана согласно закона Паскаля, поэтому большой поршень получает общую силу 500 кг. Мы используем давление для передачи энергии и выполнения работы.

Имеется важный пункт при преобразовании энергии, а именно, отношение между силой и расстоянием. Вспомни, на механическом рычаге, малый вес требует длинный рычаг для достижения равновесия. Для того, чтобы поднять кота весом 5 кг на 10 см, кот весом 1 кг должен опустить рычаг на 50 см вниз.

Давайте посмотрим на рисунок гидравлического рычага снова и подумаем о ходе малого поршня. Ход малого поршня 50 см необходим для передачи достаточного количества жидкости для передвижения поршня большого цилиндра на 1 см.

Секция 3

Поток создаёт движение

Что такое поток?

При разнице давления в двух точках гидравлической системы, жидкость стремится к точке с наименьшим давлением. Такое движение жидкости называется потоком.

Здесь приведены несколько примеров потока. Вода в городском водопроводе создаёт давление. Когда мы поворачиваем кран, то за счёт разности давления из крана течёт вода.

В гидравлической системе поток создаёт насос. Насос создаёт непрерывный поток.

Скорость и величина потока

Скорость и величина потока используются для измерения потока.

Скорость показывает расстояние, пройденное за определённый промежуток времени.

Величина потока показывает, сколько жидкости протекает через определённую точку за данный момент времени.

Величина потока, лит./мин.

Величина потока и скорость

В гидравлическом цилиндре легко рассмотреть отношение между величиной потока и скоростью.

Во первых, мы должны подумать об объёме цилиндра, который мы должны заполнить и затем подумать о ходе поршня.

На рисунке показан цилиндр А длинной 2 метра и объёмом 10 литров и цилиндр В длинной 1 метр и объёмом 10 литров. Если закачать 10 литров жидкости в минуту в каждый цилиндр, полный ход обоих поршней длится 1 минуту. Поршень цилиндра А двигается в два раза быстрее, чем цилиндра В. Это происходит потому, что поршень должен пройти расстояние в два раза больше за один и тот же промежуток времени.

Это значит, что цилиндр с меньшим диаметром двигается быстрее, чем цилиндр с большим диаметром при одинаковой скорости потока для обоих цилиндров. Если мы увеличим скорость потока до 20 л/мин, обе камеры цилиндра наполнятся в два раза быстрее. Скорость поршня должна увеличиться в два раза.

Таким образом, мы имеем два пути увеличения скорости цилиндра. Один путём уменьшения размера цилиндра и другой за счёт увеличения скорости потока.

Скорость цилиндра, таким образом, пропорциональна скорости потока и обратно пропорционально площади поршня.

Давление и сила

Создание давления

Если вы надавите на пробку в бочке, заполненную жидкостью, пробка будет остановлена жидкостью. При нажатии, жидкость под давлением давит на стенки бочки. При чрезмерном нажатии возможен разрыв бочки.

Путь наименьшего сопротивления

Если имеется бочка с водой и отверстием. При нажатии на крышку сверху, вода вытекает из отверстия. Вода, проходя через отверстие, не встречает сопротивления.

Когда сила прикладывается к сжатой жидкости, жидкость ищет путь наименьшего сопротивления.

Неисправности оборудования, использующие давление масла.

Вышеописанные характеристики гидравлических жидкостей являются полезными для гидравлического оборудования, но также являются источником многих неисправностей. Например, если произошла течь в системе, гидравлическая жидкость будет вытекать, так как ищет путь наименьшего сопротивления. Типичными примерами является течь ослабленных соединений и уплотнений.

Естественное давление

Мы разговаривали про давление и поток, но часто давление существует без потока.

Сила тяжести является хорошим примером. Если мы имеем три взаимосвязанных резервуара разного уровня, как показано на рисунке, сила тяжести сохраняет жидкости во всех резервуарах на одном уровне. Это другой принцип, который мы можем использовать в гидравлической системе.

Масса жидкости

Масса жидкости также создаёт давление. Дайвер, который ныряет в море, скажет, что он не может нырять слишком глубоко. Если дайвер опустится слишком глубоко, давление раздавит его. Это давление создаётся массой воды. Таким образом, мы имеем вид давления, которое появляется самостоятельно от веса воды.

Давление возрастает пропорционально глубине и мы можем точно измерить давление на глубине. На рисунке изображена квадратная колонна с водой высотой 10 метров. Известно, что один кубический метр воды весит 1000 кг. При увеличении высоты колонны до 10 метров, вес колонны увеличится до 10000 кг. На дне образуется один квадратный метр. Таким образом вес распределяется на 10000 квадратных сантиметров. Если мы разделим 10000 кг на 10000 квадратных сантиметров, то получится, что давление на этой глубине составляет 1 кг на 1 квадратный сантиметр

Значение силы тяжести

Под действием силы тяжести масло попадает из бака к насосу. Масло не всасывается насосом, как думают многие люди. Насос служит для подачи масла. Что обычно понимают под всасыванием насоса, обозначает подачу масла к насосу под действием силы тяжести.

Масло к насосу поступает под действием силы тяжести.

Что вызывает давление?

Когда давление смешивается с потоком, мы имеем гидравлическую силу. Откуда поступает давление в гидравлическую систему. Часть - это результат силы тяжести, но откуда берётся остальное давление.

Большая часть давления появляется от воздействия нагрузки. На рисунке ниже, насос подаёт масло непрерывно. Масло из насоса находит путь наименьшего сопротивления и направляется через шланг к рабочему цилиндру. Вес нагрузки создаёт давление, величина которого зависит от веса.

Гидравлическая сила рабочего цилиндра

(1) Закон инертности говорит о том, что свойство тела сохранять своё состояние покоя или прямолинейного равномерного движения, пока какая-либо внешняя сила не выведет его из этого состояния. Это одна причина, почему поршень рабочего цилиндра не двигается

(2) Другая причина, почему поршень не двигается это нахождение на нём груза.

Поток

Ранее мы говорили, что поток совершает работу и двигает предметы. Имеется другой ключевой момент - Каким образом скорость потока относится к работе гидравлической системы?

Ответом является то, что скорость потока постоянная,

Возрастающая скорость потока создаёт высокую скорость

Многие люди думают, что возрастающее давление повышает скорость, но это не правда. Вы не можете заставить двигаться поршень быстрее, повысив давление. Если вы хотите заставить двигаться поршень быстрее, вы должны повысить скорость потока.

Давление в параллельном соединении

Имеется три различных груза, соединённых параллельно в одной гидравлической системе, как показано на рисунке ниже. Масло, как обычно, ищет путь наименьшего сопротивления. Это значит, что самый лёгкий груз поднимется первым, потому что цилиндру В понадобится наименьшее давление. Когда самый лёгкий груз поднимется, давление возрастёт, чтобы поднять следующий по весу груз из оставшихся. Когда цилиндр А достигнет окончания хода, давление возрастёт, чтобы поднять самый тяжёлый груз. Цилиндр С поднимется последним.

(3) Когда насос начинает давить на цилиндр, рабочий поршень и груз оказывают сопротивление потоку масла. Таким образом, давление возрастает. Когда это давление преодолевает сопротивление поршня, поршень начинает движение.

(4) Когда поршень двигается вверх, он поднимает груз. Давление и поток используются вместе для выполнения работы. Это гидравлическая сила в действии.

При закрытие предохранительного клапана, скорость не возрастает

Здесь приведена одна распространённая ошибка при поиске неисправности в гидравлической системе. Когда скорость цилиндра падает, некоторые механики сразу направляются к предохранительному клапану, потому что они думают, что повышение давления увеличит рабочую скорость. Они стараются уменьшить настройки предохранительного клапана, что предполагается повысит максимальное давление в системе. Такие изменения не приводят к увеличению скорости действия. Предохранительный клапан служит для защиты гидравлической системы от чрезмерного давления. Параметры давления никогда не должны быть выше величины установленного давления. Вместо повышения установок давления, механики должны искать другие причины неисправности системы.

Заключение

Сейчас вы имеете знания основ теории гидравлики. Вы знаете, что Закон Паскаля говорит о том, что давление, производимое внешними силами на поверхность жидкости или газа, передаётся по всем направлениям без изменений.

Вы также узнали, что гидравлическая жидкость под давлением стремится по пути наименьшего сопротивления. Это хорошо, когда работает для нас и плохо, когда вызывает течь в системе. Вы видели, как мы можем использовать малый вес на одном цилиндре для движения большого веса на другом цилиндре. В данном случае, ход поршня малого груза больше. Также вы получили чёткое понимание взаимоотношения давления и силы, скорости потока и скорости и конечно давления и потока.

Гидравлические механизмы

Гидравлические системы

Гидравлические системы используются для передачи механической энергии с одного места в другое. Это происходит через использование энергии давления. Гидравлический насос приводится в действие механической энергией. Механическая энергия преобразуется в энергию давления и кинетическую энергию гидравлической жидкости и затем снова преобразуется в механическую энергию для выполнения работы.

Значение преобразования энергии

Энергия, которая передаётся в гидравлическую систему, преобразуется из механической энергии двигателя, которая приводит в действие гидравлический насос. Насос преобразует механическую энергию в поток жидкости, преобразуя механическую энергию в энергию давления и кинетическую энергию. Поток жидкости передаётся через гидравлическую систему и направляется к приводам цилиндров и моторов. Энергия давления и кинетическая энергия жидкости вызывает движение привода. При этом движении происходит ещё одно преобразование в механическую энергию.

Как это работает в гидравлическом экскаваторе.

В гидравлических экскаваторах, первичная механическая энергия двигателя приводит в действие гидравлический насос. Насос направляет поток масла в гидравлическую систему. При движении привода под действием давления масла происходит ещё раз преобразование в механическую энергию. Стрела экскаватора может подниматься или опускаться, производится движение ковша и т.д.

Гидравлика и работа

Три элемента работы

Когда имеется какая либо работа, то для выполнения этой работы необходимы определённые условия. Необходимо знать, какая понадобится сила. Вам надо решить, как быстро необходимо произвести работу и вы должны определить направление работы. Это три условия работы: сила, скорость и направление используются в гидравлических терминах, как показано ниже.

Компоненты гидравлической системы

Основные компоненты

Гидравлическая система состоит из многих частей. Основными деталями являются насос и привод. Насос подаёт масло, преобразуя механическую энергию в энергию давления и кинетическую энергию. Привод является частью системы, которая преобразует гидравлическую энергию обратно в механическую энергию для выполнения работы. Другие детали, кроме насоса и привода, необходимы для полной работы гидравлической системы.

Бак: хранение масла

Клапаны: контроль за направлением и величиной потока или ограничение давления

Линии трубопровода: соединение деталей системы

Давайте посмотрим на две простые гидравлические системы.

Пример 1, гидравлический домкрат

Что вы видите на рисунке, называется гидравлический домкрат. Когда вы прилагаете усилие к рычагу, ручной насос подаёт масло в цилиндр. Давление этого масла давит на поршень и поднимает груз. Гидравлический домкрат во многом напоминает гидравлический рычаг Паскаля. Здесь добавлен гидравлический бак. Обратный клапан установлен, чтобы держать масло в баке и цилиндре между ходом поршня.

На верхнем рисунке, давление удерживается, обратный клапан закрыт. Когда ручка насоса тянется вверх, впускной обратный клапан открывается и масло попадает из бака в камеру насоса.

Нижний рисунок показывает открытый запорный клапан для соединения бака и цилиндра, позволяя маслу перетекать в бак, при этом поршень движется вниз.

Пример 2, работа гидравлического цилиндра

1. Во первых, имеется гидравлический бак, заполненный маслом и подсоединённый к насосу.

3. Насос работает и качает масло. Важно понять, что насос перемещает только объём. Объём устанавливает скорость гидравлического действия. Давление создаётся нагрузкой и не создаётся насосом.

4. Шланг от насоса соединён с распределительным клапаном. Масло поступает из насоса к клапану. Работа данного клапана заключается в направлении потока или к цилиндру, или в бак.

5. Следующим шагом является цилиндр, который выполняет фактическую работу. Два шланга от распределительного клапана соединены с цилиндром.

6. Масло из насоса направляется в нижнюю полость поршня через распределительный клапан. Нагрузка вызывает сопротивление потоку, которое в свою очередь создаёт давление.

7. Система выглядит законченной, но это не так. Ещё необходима очень важная деталь. Мы должны знать, как защитить все компоненты от повреждения в случае внезапной перегрузки или другого происшествия. Насос продолжает работать и подавать масло в систему, даже если с системой произошло происшествие.

Если насос подаёт масло и нет возможности для выхода масла, давление возрастает до тех пор, пока какая либо деталь не сломается. Мы устанавливаем предохранительный клапан, чтобы предотвратить это. Обычно он закрыт, но когда давление достигает установленной величины, предохранительный клапан открывается и масло течёт в бак.

8. Бак, насос, распределительный клапан, цилиндр, шланги соединения и предохранительный клапан являются основой гидравлической системы. Все эти детали необходимы.

Теперь мы имеем чёткое представление, как работает гидравлическая система.

Классификация насосов

Что такое насос?

Подобно вашему сердцу, которое прокачивает кровь по вашему телу, насос является сердцем гидравлической системы. Насос - это часть системы, которая качает масло для совершения работы. Как мы писали раньше, гидравлический насос преобразует механическую энергию в энергию давления и кинетическую энергию жидкости.

Что такое гидравлический насос?

Каждый насос создаёт поток. Жидкость перемещается из одного места в другое.

Имеется два типа насосов перемещения.

Насос принудительного действия

Насос не принудительного действия

Водяной круг на рисунке - пример не принудительного насоса. Круг поднимает жидкость и двигает её.

Другой насос принудительного действия. Называется принудительного действия, так как насос нагнетает жидкость и препятствует возврату её назад. Если насос не может это делать, в системе не будет достаточного давления. Сегодня все гидравлические системы используют высокое давление, и таким образом необходимы насосы принудительного действия.

Типы гидравлических насосов

Сегодня на многих машинах установлен один из трёх насосов:

• Шестерёнчатый насос
• Лопастный насос
• Поршневой насос

Все насосы работают по роторно поршневому типу, жидкость приводится в действие вращением детали внутри насоса.

Поршневые насосы делятся на два типа:

Аксиально поршневого типа

Радиально поршневого типа

Насосы аксиально поршневого типа называются так, потому что поршни насоса расположены параллельно оси насоса.

Насосы радиально поршневого типа называются так, потому что поршни расположены перпендикулярно (радиально) оси насоса. Насосы обоих типов совершают возвратно поступательное движение. Поршни двигаются вперёд и назад и используют роторно поршневое движение.

Рабочий объём гидравлического насоса

Рабочий объём, значит объём масла, которое насос может прокачать или переместить в каждом цилиндре. Гидравлические насосы разделяются на два типа:

Фиксированного рабочего объёма

Изменяемого рабочего объёма

Насосы фиксированного рабочего объёма прокачивают одинаковое количество масла за каждый цикл. Чтобы изменить объём такого насоса необходимо изменить скорость насоса.

Нсосы с изменяемым рабочим объёмом могут менять объём масла в зависимости от цикла. Это может быть сделано без изменения скорости. Такие насосы имеют внутренний механизм, который регулирует выходное количество масла. Когда давление в системе падает, объём возрастает, когда давление в системе возрастает, объём уменьшается автоматически.

Мощность

Насос фиксированного рабочего объёма Насос изменяемого рабочего объёма

Конструкция

Классификация привода

Что такое привод?

Привод является частью гидравлической системой, которая производит энергию. Привод преобразует гидравлическую энергию в механическую энергию для совершения работы. Различают линейный и роторный приводы. Гидравлический цилиндр является линейным приводом. Усилие гидравлического цилиндра направлено прямолинейно. Гидравлический мотор является роторным приводом. Выходным усилием является крутящий момент и роторное действие.

Роторный привод

Линейный привод

Гидравлические цилиндры

Гидравлические цилиндры подобно рычагу. Имеется два типа цилиндров.

Цилиндры однократного действия.

Гидравлическая жидкость может двигаться только в один конец цилиндра. Возврат поршня в первоначальное положение достигается действием силы тяжести.

Цилиндры двойного действия.

Гидравлическая жидкость может перемещаться в оба конца цилиндра, поэтому поршень может двигаться в обоих направлениях.

В обоих типах цилиндров, поршень двигается в цилиндре в направлении, в котором жидкость давит на поршень. Различные типы уплотнения используются в поршнях для предотвращения течи.

Цилиндр однократного действия

Цилиндр двойного действия

Гидравлический мотор

Подобно цилиндру, гидравлический мотор является приводом, только роторный привод.

Принцип работы гидравлического мотора прямо противоположный работе гидравлического насоса. Насос нагнетает жидкость и гидравлический мотор работает от этой жидкости. Как мы писали раньше, гидравлический насос преобразует механическую энергию в энергию давления и кинетическую энергию жидкости. Гидравлический мотор преобразует гидравлическую энергию в механическую энергию.

При гидравлическом приводе, насосы и моторы работают вместе. Насосы приводятся в действие механически и нагнетают жидкость в гидравлические моторы.

Моторы приводятся в действие жидкостью от насоса и это движение в свою очередь вращает механические части.

Типы гидравлических моторов

Существует три типа гидравлических моторов и все они имеют внутренние движущиеся части, которые приводятся в действие входящим потоком, их название:

• Шестерёнчатый мотор
• Лопастный мотор
• Поршневой мотор

Рабочий объём и крутящий момент

Наработка мотора называется крутящим моментом. Это сила вращения вала мотора. Крутящий момент это величина измерения силы на единицу длинны, она не включает скорость. Крутящий момент мотора определяется максимальным давлением и объёмом жидкости, которое может переместить во время каждого цикла. Скорость мотора определяется величиной потока. Больше величина потока, быстрее скорость.

Крутящий момент - это сила вращения вала мотора

Крутящий момент равен силе х расстояние

Классификация клапана

Какие бывают клапаны?

Клапаны являются средствами управления в гидравлической системе. Клапаны регулируют давление, направление потока и величину потока в гидравлической системе.

Различают три типа клапанов:

На рисунке ниже можно увидеть как работают клапаны.

Клапаны регулирования давления

Эти клапаны используются для ограничения давления в гидравлической системе, разгрузки насоса или настройки давления цепи. Имеется несколько типов клапанов регулирования давления, некоторые из них предохранительные, клапаны уменьшения давления и разгрузочные клапаны.

Клапаны управления давлением

Клапан управления давлением используется для следующих целей:

Ограничения давления внутри системы

Уменьшения давления

Настройка входящего давления цепи

Разгрузки насоса

Предохранительный клапан иногда называют защитным клапаном, потому что он уменьшает чрезмерное давление, когда оно достигает крайней величины. Предохранительный клапан предупреждает детали системы от перегрузки.

Существует два типа предохранительного клапана:

Предохранительный клапан прямого действия , которые просто открываются и закрываются.

Предохранительный клапан пилотной линии , который имеет пилотную линию для управления главным предохранительным клапаном.

Предохранительный клапан прямого действия обычно используется в местах, где объём потока небольшой и работа редко повторяется. Предохранительный клапан пилотной линии необходим в местах, где большой объём масла должен быть уменьшен.

Клапан управления направлением

Этот клапан управляет выбором направления потока гидравлической системы. Типичным клапаном управления направлением является распределительный клапан и золотник.

Клапан регулирования величины

Этот клапан управляет скоростью потока масла гидравлической системы. Управление происходит за счёт ограничения потока или отведения его. Несколько различных типов клапана регулирования величины являются клапан управления потоком и клапан деления потока.

Эти клапаны управляются различными способами: вручную, гидравлически, электрически, пневматически.

Клапаны управления направлением

Этот клапан устанавливает поток масла, как регулировщик управляет дорожным движением. Такие клапаны:

Обратный клапан

Золотниковый клапан

Используются различные типы конструкции управления направлением.

Обратный клапан использует тарельчатый клапан и пружину для направления потока в одном направлении. Золотниковый клапан использует подвижный цилиндрический золотник. Золотник двигается вперёд и назад, открывая и закрывая каналы для прохождения потока.

Обратный клапан

Обратный клапан устроен просто. Он называются клапаном одного потока. Это значит, что он открыт для прохождения потока в одном направлении, но закрыт для протекания масла в обратном направлении.

На рисунке ниже можно увидеть работу обратного клапана. Это обратный клапан, который устроен для сквозного потока на одной линии. Тарельчатый клапан открывается когда впускное давление больше, чем выпускное давление. Когда клапан открыт, масло свободно течёт. Тарельчатый клапан закрывается, когда впускное давление падает. Клапан прерывает поток в обратном направлении и останавливает поток под действие выпускного давления.

Золотниковый клапан

Золотниковый клапан является типичным распределительным клапаном, который используется для управления работой привода. Что обычно называют распределительным клапаном и является золотниковым клапаном. Золотниковый клапан направляет поток масла для начала, проведения и окончания работы.

Когда золотник двигается из нейтрального положения вправо или влево, происходит открытие одних каналов и закрытие других каналов. Таким способом масло подводится к и от привода. Буртик золотника плотно перекрывает входящие и выходящие потоки масла.

Золотник изготовлен из прочного материала и имеет гладкую, прецизионную, крепкую поверхность. Он даже покрыт хромом для препятствования износу, ржавчине и повреждениям.

Золотниковый клапан на рисунке показывает три позиции, нейтральная, левая и правая. Мы называем его четырёхпозиционный, потому что он имеет четыре возможных направления, которые направлены в обе полости цилиндра, в бак и в насос.

Когда мы перемещаем золотник влево, поток масла направлен от насоса в левую полость цилиндра и поток из правой полости цилиндра направлен в бак. Как результат, поршень двигается вправо.

Если мы сдвигаем золотник вправо, действия прямо противоположные, соответственно поршень двигается вправо.

В центральной позиции, нейтральной, масло направлено в бак. Каналы в обои полости цилиндра закрыты.

нейтральная

Клапаны регулирования величины

Как мы писали раньше, клапан регулирования величины работает в одном из двух направлений. Он или перекрывает поток, или меняет его направление.

Клапан управления потоком используется для управления скоростью привода посредством измерения потока. Измерение подразумевает измерение или регулирование скорости потока к или от привода. Клапан разделения потока регулирует объём потока, но так же разделяет потоки между двумя или более цепями.

Клапан деления потока управляет величиной потока, но так же разделяет потоки между двумя или более цепями.

Пропорциональный делитель потока

Назначение этого клапана - деление потока от одного источника.

Делитель потока на рисунке ниже делит потоки в соотношении 75-25 на выходе. Это возможно, потому, что вход №1 больше входа №2.

Гидравлическая схема

Ранее в тексте приводились рисунки, помогающие понять принципы работы гидравлической системы и её составных частей. Мы старались показать конструкцию на различных примерах и использовали различные типы рисунков.

Рисунки, которые мы используем, называются графической схемой.

Каждая часть системы и каждая линия изображается графическим символом.

Ниже приведены примеры графической диаграммы.

Важно понять, что назначение графической диаграммы не показать устройство деталей. Графическая диаграмма используется только для показа функций и мест соединений.

Классификация линий

Все составные части гидравлической системы соединены линиями. Каждая линия имеет своё название и выполняет свою функцию. Основные линии:

Рабочие линии: Напорная линия, Линия всасывания, Сливная линия

Не рабочие линии: Дренажная линия, Пилотная линия

Масло рабочей линии участвует в преобразовании энергии. Линия всасывания доставляет масло из бака к насосу. Напорная линия доставляет масло от насоса к приводу под давлением для совершения работы и сливная линия возвращает масло от привода обратно в бак.

Не рабочие линии являются дополнительными линиями, которые не используются в основных функциях системы. Дренажная линия используется для возврата в бак лишнего масла или масла пилотной линии. Пилотная линия используется для управления рабочими органами.

Преимущества и недостатки гидравлической системы

Мы изучили основные принципы работы гидравлической системы.

Перед завершением, посмотрим на преимущества и недостатки гидравлической системы перед другими системами.

Преимущества

1. Гибкость - ограниченное количество жидкости является более гибким источником энергии и имеет хорошие свойства передачи энергии. Использование рукавов высокого давления и шлангов вместо механических частей позволяет устранить многие проблемы.

2. Увеличение силы - Малая сила может управлять большой силой.

3. Плавность - Работа гидравлической системы плавная и тихая. Вибрация сведена к минимуму.

4.Простота - Имеется несколько подвижных деталей и небольшое число соединений гидравлической системы, а также самостоятельная смазка.

5. Компактность - Устройство составных частей очень простое по сравнению с механическими устройствами. Например, размер гидравлического мотора значительно меньше электрического мотора, который производит такую же энергию.

6. Экономия - Простота и компактность обеспечивает экономичность системы при небольших потерях мощности.

7. Безопасность - Предохранительный клапан защищает систему от перегрузок.

Недостатки

НЕОБХОДИМОСТЬ СВОЕВРЕМЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ - Компоненты гидравлической системы являются прецизионными деталями и работают под высоким давлением. Своевременное техническое обслуживание необходимо для защиты от ржавчины, загрязнения масла, повышенного износа, поэтому использование и замена соответствующего масла является необходимостью.

Немного больше о гидравлике

Потери энергии (давления)

Другой важным моментом для понимания основ гидравлики является потеря энергии (давления) в гидравлической системе.

Например, некоторое сопротивление потоку вызывает снижение давления потока, результатом чего является потеря энергии.

Сейчас изучим некоторые детали.

Вязкость масла.

Масло обладает вязкостью. Вязкость масла самостоятельно создаёт сопротивление потоку.

Сопротивление потоку за счёт трения.

Во время прохождения масла по трубам происходит снижение давления за счёт трения.

Такое снижение давления возрастает в следующих случаях:

1) При использовании длинной трубы

2) Использование трубы малого диаметра

3) При резком возрастании потока

4) При большой вязкости

Снижение давления по другим причинам

Кроме снижения давления за счёт трения, потери могут происходить за счёт изменения направления потока и изменения каналов протекания масла.

Протекание масла через дроссель

Как мы сказали раньше, снижение давления происходит при ограничении потока масла.

Дроссель является видом ограничения, часто устанавлиаемый в гидравлическую систему для создания разницы давления в системе.

Однако, если мы останавливаем поток за дросселем, действует закон Паскаля и давление выравнивается на обоих сторонах.

Потеря энергии

Как вы хорошо знаете, имеется множество труб, фитингов (соединений) и клапанов, входящих в гидравлическую систему.

Определённое количество энергии (давления) используется только для перемещения масла из одного места в другое, до выполнения работы.

Потерянная энергия преобразуется в тепло

Потеря энергии за счёт снижения давления преобразуется в тепло. Повышение потока масла, повышение вязкости масла, повышение длинны трубы или шланга, а так же подобные изменения, вызывают повышение сопротивления и вызывает перегрев.

Во избежание данной проблемы, применяйте запасные части, идентичные оригинальным.

Эффективность работы насоса

Как мы сказали раньше в предшествующем тексте, гидравлический насос преобразует механическую энергию в гидравлическую энергию. Эффективность работы насоса проверяется его производительностью и является одним из пунктов при проверке работоспособности. Эффективность насоса означает то, как хорошо насос справляется со своей работой.

Имеется три подхода при определении эффективности работы насоса.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОДАЧИ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА (МЕХАНИЧЕСКИЙ)

ПОЛНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Эффективность крутящего момента

Эффективность крутящего момента - это отношение фактического выходящего крутящего момента насоса к входящему крутящему моменту насоса.

Фактический выходящий крутящий момент насоса всегда меньше, чем входящий крутящий момент насоса. Потери крутящего момента происходят за счёт трения подвижных частей насоса.

Полная эффективность

Полная эффективность - это отношение выходящей гидравлической мощности к входящей механической мощности насоса.

Это величина обеих: эффективности подачи и эффективности крутящего момента. Другими словами, полная эффективность может быть выражена как выходящая мощность разделённая на входящую мощность. Выходящая мощность меньше входящей мощности из за потерь в насосе за счёт трения и внутренней течи.

В общем, эффективность шестерёнчатых и поршневых насосов составляет 75 - 95 %.

Поршневой насос обычно оценивается выше, чем шестерёнчатый насос.

Эффективность подачи

Эффективность подачи - это отношение фактической подачи насоса к теоретической подаче насоса. В действительности, фактическая подача насоса меньше чем теоретическая подача насоса.

Это обычно выражено в процентах.

Разница обычно выражена внутренней течью в насосе за счёт отверстий в рабочих деталях насоса.

Некоторые отверстия сделаны во всех деталях для смазки.

Внутренняя течь случается при износе деталей насоса, произведённых с малым допуском.

Мы рассматриваем повышенную внутреннюю течь как потерю эффективности.

Мощность, необходимая для работы насоса

По причинам, приведённым ранее, мощность, необходимая для работы насоса должна быть больше, чем выходящая мощность.

Здесь приведён пример насоса мощностью 100 л.с.

Если эффективность насоса 80%, то необходимо подвести мощность 125 л.с.

Необходимая мощность = выходящая мощность/эффективность = 100/80

Другими словами, двигатель мощностью 125 л.с. необходим для работы насоса мощностью 100 л.с. с эффективностью 80 %.

Неисправность насоса

Что снижает эффективность работы насоса?

Грязное масло - основная причина поломки насоса.

Твёрдые частицы грязи, песка и т.д. в масле используются в насосе как абразивный материал.

Это вызывает интенсивный износ деталей и увеличивает внутреннюю течь, тем самым понижая эффективность работы насоса.

Дренажный канал

Канал, который используется для слива масла в бак, называется дренажным каналом.

Кавитация насоса

Когда происходит кавитация?

Кавитация случается, когда масло не полностью заполняет предназначенное для заполнения пространство в насосе.

Это способствует появлению воздушных пузырьков, которые вредны для насоса.

Представим, что впускная линия насоса узкая, это вызывает падение входящего давления.

Когда давление низкое, масло не может поступать в насос так же быстро, как и выходить из него.

Результатом является то, что пузырьки воздуха образуются в поступающем масле.

Воздух в масле

Такое снижение давления приводит к появлению некоторого количества растворённого воздуха в масле и воздух заполняет полости.

Воздух в масле в виде пузырьков, так же заполняет полости.

Когда заполненные воздухом полости, которые образованы при низком давлении, поступают в область высокого давления насоса, они разрушаются.

Это создаёт действие, равносильное взрыву, которое разбивает или выносит мелкие частицы насоса и вызывает чрезмерный шум и вибрацию насоса.

Последствия взрыва

Разрушения, происходящее постоянно, вызывают взрыв.

Сила этого взрыва достигает 1000 кг/см² и мелкие металлические частицы выносятся из насоса. Если насос работает при кавитации длительное время, он может быть серьёзно повреждён.

Гидравлический мотор

Мотор работает в обратной последовательности, если сравнивать с насосом.

Насос подаёт масло, тогда как мотор работает от этого масла.

Мотор преобразует гидравлическую энергию в механическую энергию для выполнения работы.

Эффективность работы мотора

Подобно гидравлическому насосу, эффективность мотора определяется его производительностью.

Эффективность потока является одним из показателей при определении производительности мотора.

Внутренняя течь происходит из за отверстий в рабочих деталях мотора. Некоторые отверстия имеются во всех деталях для смазки. Увеличение течи связано с износом деталей с малым допуском.

Мы рассматриваем повышенную внутреннюю течь как потеря эффективности.

Проверка работы мотора

Как мы сказали раньше, канал, через который масло поступает в бак, называется дренажный канал.

Это даёт нам один метод для проверки работы мотора, сравнив фактическое количество слитого из мотора в бак масла с установленной величиной. Чем больше количество слитого масла в бак, тем больше потери энергии и соответственно снижение производительности мотора.

Гидравлический цилиндр

Течь цилиндра - наружная течь

Во время вытягивания штока цилиндра возможно попадание грязи и другого материала. Затем, когда шток втягивается, происходит попадание грязи в цилиндр и повреждение уплотнений.

На штоке цилиндра имеется защитное уплотнение, которое препятствует попаданию грязи внутрь цилиндра во время втягивания штока. Если течь происходит из штока цилиндра необходимо заменить все уплотнения штока.

Течь цилиндра - внутренняя течь

Течь внутри цилиндра может вызвать замедленное движение или остановку под нагрузкой.

Течь поршня может быть вызвана неисправным уплотнением поршня, кольца или поцарапанной поверхностью внутри цилиндра.

Последнее может быть вызвано попаданием грязи и наличие песка в масле.

Замедление движения

Наличие воздуха в цилиндре является основной причиной замедленного действия, особенно при установке нового цилиндра. Весь попавший в цилиндр воздух должен быть стравлен.

Спускание цилиндра

Если цилиндр спускает при остановке, проверьте на внутреннюю течь. Другими причинами неисправности могут быть неисправный распределительный клапан или поломка предохранительного клапана.

Неровности или ржавчина штока цилиндра

Незащищённый шток цилиндра может быть повреждён ударом о твёрдый предмет. Если гладкая поверхность штока повреждена, уплотнения штока могут быть разрушены.

Неровности на штоке могут быть исправлены специальным средством.

Другая проблема - ржавчина на штоке.

При хранении цилиндра, втяните шток для защиты его от ржавчины.

Клапаны

Предшествующий текст раскрыл основные знания о клапанах и их различия при работе.

Необходимо изучить несколько технических терминов связанных с распределительными клапанами.

Крекинг давление и давление полного потока

Крекинг давление - это давление, при котором открывается предохранительный клапан.

Давление полного потока - это давление, при котором через предохранительный клапан проходит наиболее полный поток.

Давление полного потока немного выше, чем крэкинг давление. Регулировка предохранительного клапана установлена на значение давления полного потока.

Крэкинг давление и регулировка давления

В предшествующем тексте, мы изучили то, что имеется два типа предохранительных клапанов: предохранительный клапан прямого действия и предохранительный клапан, управляемый пилотной линией.

Давайте рассмотрим регулировки давления этих клапанов.

Предохранительный клапан, управляемый пилотной линией имеет меньшее давление регулировки, чем у предохранительного клапана прямого действия.

На рисунке показано сравнение двух этих типов клапанов.

В то время, как предохранительный клапан прямого действия на рисунке открывается на половине давления полного потока, предохранительный клапан, управляемый пилотной линией открыт на 90 % его давления полного потока.

Регулировка давления

Как мы сказали раньше, давление полного потока немного выше, чем крэкинг давление.

Это потому, что натяжение пружины отрегулировано на открытие клапанов. Это состояние называется как регулировка давления и это один из недостатков простого предохранительного клапана.

Что лучше?

Предохранительный клапан, управляемый пилотной линией лучше для системы с высоким давлением и с большой производительностью.

Потому, что эти клапаны не открываются до достижения давления полного потока, происходит эффективная защита системы - масло сохраняется в системе.

Хотя более медленная работа, чем предохранительный клапан прямого действия, предохранительный клапан, управляемый пилотной линией поддерживает в системе более постоянное давление.

Редукционный клапан

Что это такое?

Редукционный клапан используется в цепи гидравлического мотора для создания обратного давления для управления во время работы и для остановки мотора, когда цепь в нейтральном состоянии.

Редукционный клапан для кранов

Редукционный клапан обычно закрывается вместе с клапаном управления давления с внутренним обратным клапаном.

Когда насос подаёт масло на мотор лебёдки на опускание, мотор работает по инерции под действием силы тяжести груза, другими словами, когда мотор превышает допустимую скорость, редукционный клапан подаёт обратное давление, таким образом, предотвращая свободное падение груза.

Внутренний обратный клапан даёт разрешение на подачу обратного потока для вращения мотора в обратном направлении, для поднятия груза.

Редукционный клапан для экскаваторов.

Редукционный клапан эквскаватора обеспечивает мягкий старт и повышение скорости хода/поворота, а также предотвращает кавитацию мотора.

Давление в напорной линии насоса всегда выше давления линии мотора.

Попытка превышения установленной скорости мотора по инерции вызывает снижение давления в напорной линии и клапан немедленно перекрывает линию мотора до тех пор, пока не восстановится давление напорной линии.

Техническое обслуживание клапанов

Поддерживайте хорошее состояние клапанов

Как вы хорошо знаете, клапаны являются прецизионными изделиями и должны снимать точные показания давления, направления и объёма масла гидравлической системы.

Поэтому, клапаны должны быть правильно установлены и содержаться в нормальном состоянии.

Причины неисправности клапанов

Загрязнения, такие как грязь, пух, коррозия и отстой могут вызвать неправильную работу и повреждение деталей клапана.

Такие загрязнения вызывают заедание клапана, неполное открытие или обдирание поверхности сопряжения до тех пор, пока не начнётся течь.

Такие неисправности исключены при содержании оборудования в чистоте.

Точки проверки

Во время поиска неисправностей или ремонта, проверьте следующие детали.

Распределительный клапан давления - Предохранительный клапан

Проверьте седло клапана (седло клапана и тарелка клапана) на предмет течи и задирания.

Проверьте на предмет застревания плунжера в корпусе.

Проверьте резиновые колечки.

Проверьте, не засорён ли дроссель.

Распределительный клапан потока

• Проверьте золотник и каналы на предмет неровностей и царапин.
• Проверьте уплотнения на течь
• Проверьте на наличие неровностей краёв.
• Проверьте на наличие царапин на золотнике.

Золотники распределительного клапана потока установлены в корпусе в рассчитанных местах.

Это сделано для обеспечения наименьшего зазора между корпусом и золотником для предотвращения внутренней течи и максимального качества сборки. Поэтому, устанавливайте золотники в соответствующие отверстия.

Гидравлическая система представляет собой устройство, предназначенное для преобразования небольшого усилия в значительное с использованием для передачи энергии какой-либо жидкости. Разновидностей узлов, функционирующих по этому принципу, существует множество. Популярность систем этого типа объясняется прежде всего высокой эффективностью их работы, надежностью и относительной простотой конструкции.

Сфера использования

Широкое применение системы этого типа нашли:

1. В промышленности. Очень часто гидравлика является элементом конструкции металлорежущих станков, оборудования, предназначенного для транспортировки продукции, ее погрузки/разгрузки и т. д.
2. В авиакосмической отрасли. Подобные системы используются в разного рода средствах управления и шасси.
3. В сельском хозяйстве. Именно через гидравлику обычно происходит управление навесным оборудованием тракторов и бульдозеров.
4. В сфере грузоперевозок. В автомобилях часто устанавливается гидравлическая
5. В судовом в данном случае используется в рулевом управлении, входит в конструктивную схему турбин.

Принцип действия

Работает любая гидравлическая система по принципу обычного жидкостного рычага. Подаваемая внутрь такого узла рабочая среда (в большинстве случаев масло) создает одинаковое давление во всех его точках. Это означает то, что, приложив малое усилие на маленькой площади, можно выдержать значительную нагрузку на большой.

Далее рассмотрим принцип действия подобного устройства на примере такого узла, как гидравлическая Конструкция последней довольно-таки проста. Схема ее включает в себя несколько заполненный жидкостью, и вспомогательные). Все эти элементы соединены друг с другом трубками. При нажатии водителем на педаль поршень в главном цилиндре приходит в движение. В результате жидкость начинает перемещаться по трубкам и попадает в расположенные рядом с колесами вспомогательные цилиндры. После этого и срабатывает торможение.

Устройство промышленных систем

Гидравлический тормоз автомобиля — конструкция, как видите, довольно-таки простая. В промышленных машинах и механизмах используются жидкостные устройства посложнее. Конструкция у них может быть разной (в зависимости от сферы применения). Однако принципиальная схема гидравлической системы промышленного образца всегда одинакова. Обычно в нее включаются следующие элементы:

1. Резервуар для жидкости с горловиной и вентилятором.
2. Фильтр грубой очистки. Этот элемент предназначен для удаления из поступающей в систему жидкости разного рода механических примесей.
3. Насос.
4. Система управления.
5. Рабочий цилиндр.
6. Два фильтра тонкой очистки (на подающей и обратной линиях).
7. Распределительный клапан. Этот элемент конструкции предназначен для направления жидкости к цилиндру или обратно в бак.
8. Обратный и предохранительный клапаны.

Работа гидравлической системы промышленного оборудования также основывается на принципе жидкостного рычага. Под действием силы тяжести масло в такой системе попадает в насос. Далее оно направляется к распределительному клапану, а затем - к поршню цилиндра, создавая давление. Насос в таких системах предназначен не для всасывания жидкости, а лишь для перемещения ее объема. То есть давление создается не в результате его работы, а под нагрузкой от поршня. Ниже представлена принципиальная схема гидравлической системы.

Преимущества и недостатки гидравлических систем

К достоинствам узлов, работающих по этому принципу, можно отнести:

• Возможность перемещения грузов больших габаритов и веса с максимальной точностью.
• Практически неограниченный диапазон скоростей.
• Плавность работы.
• Надежность и долгий срок службы. Все узлы такого оборудования можно легко защитить от перегрузок путем установки простых клапанов сброса давления.
• Экономичность в работе и небольшие размеры.

Помимо достоинств, имеются у гидравлических промышленных систем, конечно же, и определенные недостатки. К таковым относят:

• Повышенный риск возгорания при работе. Большинство жидкостей, используемых в гидравлических системах, являются горючими.
• Чувствительность оборудования к загрязнениям.
• Возможность протечек масла, а следовательно, и необходимость их устранения.

Расчет гидравлической системы

При проектировании подобных устройств принимается во внимание множество самых разных факторов. К таковым можно отнести, к примеру, кинематический жидкости, ее плотность, длину трубопроводов, диаметры штоков и т. д.

Основными целями выполнения расчетов такого устройства, как гидравлическая система, чаще всего является определение:

• Характеристик насоса.
• Величины хода штоков.
• Рабочего давления.
• Гидравлических характеристик магистралей, других элементов и всей системы в целом.

Производится расчет гидравлической системы с использованием разного рода арифметических формул. К примеру, потери давления в трубопроводах определяются так:

1. Расчетную длину магистралей делят на их диаметр.
2. Произведение плотности используемой жидкости и квадрата средней скорости потока делят на два.
3. Перемножают полученные величины.
4. Умножают результат на коэффициент путевых потерь.

Сама формула при этом выглядит так:

• ∆p i = λ х l i(p) : d х pV 2: 2.

В общем, в данном случае расчет потерь в магистралях выполняется примерно по тому же принципу, что и в таких простых конструкциях, как гидравлические системы отопления. Для определения характеристик насоса, величины хода поршня и т. д. используются другие формулы.

Типы гидравлических систем

Подразделяются все такие устройства на две основные группы: открытого и закрытого типа. Рассмотренная нами выше принципиальная схема гидравлической системы относится к первой разновидности. Открытую конструкцию имеют обычно устройства малой и средней мощности. В более сложных системах закрытого типа вместо цилиндра используется гидродвигатель. Жидкость поступает в него из насоса, а затем снова возвращается в магистраль.

Как выполняется ремонт

Поскольку гидравлическая система в машинах и механизмах играет значимую роль, ее обслуживание часто доверяют высококвалифицированным специалистам занимающихся именно этим видом деятельности компаний. Такие фирмы обычно оказывают весь комплекс услуг, связанных с ремонтом спецтехники и гидравлики.

Разумеется, в арсенале этих компаний имеется все необходимое для производства подобных работ оборудование. Ремонт гидравлических систем обычно выполняется на месте. Перед его проведением при этом в большинстве случаев должны быть произведены разного рода диагностические мероприятия. Для этого компании, занимающиеся обслуживанием гидравлики, используют специальные установки. Необходимые для устранения проблем комплектующие сотрудники таких фирм также обычно привозят с собой.

Пневматические системы

Помимо гидравлических, для приведения в движение узлов разного рода механизмов могут использоваться пневматические устройства. Работают они примерно по тому же принципу. Однако в данном случае в механическую преобразуется энергия сжатого воздуха, а не воды. И гидравлические, и пневматические системы довольно-таки эффективно справляются со своей задачей.

Плюсом устройств второй разновидности считается, прежде всего, отсутствие необходимости в возврате рабочего тела обратно к компрессору. Достоинством же гидравлических систем по сравнению с пневматическими является то, что среда в них не перегревается и не переохлаждается, а следовательно, не нужно включать в схему никаких дополнительных узлов и деталей.

Гидравлический насос — оборудование, посредством которого механическая энергия преобразовывается в гидравлическую: из вырабатываемого двигателем крутящего момента образуется подача либо давление. Существует множество типов таких агрегатов, однако работают они по схожему принципу, суть которого заключается в вытеснении жидкости между камерами гидронасоса.

В данной статье будет рассмотрен гидравлический насос высокого давления и его ручной аналог. Мы изучим устройство и принцип действия такого оборудования, ознакомимся с его разновидностями и приведем рекомендации по монтажу и ремонту такой техники.

1 КЛАССИФИКАЦИЯ И РАЗНОВИДНОСТИ ГИДРОНАСОСОВ

Принцип работы любого гидронасоса достаточно прост — при работе внутри конструкции образуются две изолированные друг от друга полости (камера всасывания и нагнетания), между которыми перемещается гидравлическая жидкость. После заполнения камеры нагнетания жидкость начинает давить на поршень и вытесняет его, тем самым сообщая рабочему инструменту движение подачи.

Рабочие параметры любого гидронасоса отображают следующие характеристики:

• частота вращения (об/мин);
• рабочее давление (Бар);
• рабочий объем (см3/об) — количество жидкости, которое насос вытесняет за один оборот.

Насосы, которые мы будем рассматривать в дальнейшем, обладают индивидуальными эксплуатационными особенностями, поэтому при их выборе в первую очередь необходимо учитывать характеристики существующей гидросистемы — диапазон давления, вязкость перекачиваемой жидкости, стоимость конструкции и нюансы ее технического обслуживания.

Рассмотрим основные разновидности гидронасосов, детально остановившись на их преимуществах и недостатках.

1.1 РУЧНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ НАСОС

Ручной гидронасос является простейшим оборудованием, в котором используется принцип вытеснения жидкости. Такие агрегаты широко распространены в сфере автомобилестроения, где они применяются в качестве дополнительных либо аварийных механизмов для обеспечения гидравлических двигателей энергией.

Ручной гидронасос типа НРГ (серия, наиболее распространенная в отечественной промышленности) может развивать давление дом 50 Бар, однако большинство моделей рассчитаны на давление до 15 Бар. Тут действует прямое соотношение — чем ниже рабочий объем агрегата (количество жидкости, вытесняемой за полный ход рукояти), тем большее давление он развивает.

На изображении представлена схема работы, которой обладают ручные насосы. При нажатии ручки поршень перемещается вверх, в результате чего создается сила всасывание и через клапан КО2 в корпус поступает жидкость, которая вытесняется при поднятии рукояти. Насос ручной гидравлический НРГ может быть и двухсторонним (нижняя схема), в нем всасывание и вытеснение жидкости происходит одновременно, как при нажиме на рычаг, так и при его поднятии.

К преимуществам таких гидронасосов относится простота их конструкции (ремонт гидронасосов ручного типа достаточно прост), надежность и низкая стоимость. Слабой стороной является производительность, несравнимая с приводным оборудованием.

1.2 РАДИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫЕ

Радиально-поршневые конструкции способны развивать максимально возможное давление (до 100 Бар) при длительной работе. Существует два типа радиально-поршневых насосов:

• роторные;
• с эксцентричным валом.

Устройство роторных агрегатов показано на схеме. В них вся поршневая группа размещается внутри ротора, при вращении которого поршни совершают возвратно-поступательные движения и поочередно стыкуются с отверстиями для слива гидравлической жидкости.

Гидравлический насос высокого давления с эксцентричным валом отличается тем, что поршневая группа в нем установлена внутри статора, при этом такие насосы имеют клапанное распределение жидкости, а роторные — золотниковое.

К преимуществам такого оборудования отнесем высокую надежность, возможность работы в режиме высокого давления (100 МПа), минимальный уровень шума при работе. К недостаткам — высокий уровень пульсации при подаче жидкости и значительный вес.

1.3 АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫЕ

Наиболее распространенным типом оборудования в современных гидроприводах является аксиально-поршневой насос. Также существует аксиально-поршневая техника, которая отличается тем, что вместо поршней для вытеснения жидкости применяются плунжеры.

Насосы с аксиально-поршневым приводом, в зависимости от оси вращения поршневой группы, можно разделить на два типа — наклонные и прямые. Принцип работы у них идентичен — вращение вала насоса приводит к вращению блока цилиндров, параллельно которому поршни начинают возвратно-поступательное перемещение. При совпадении оси цилиндра и всасывающего отверстия поршень выдавливает жидкость из камеры, затем цилиндр заполняется и цикл повторяется.

По соотношению массогабаритных характеристик именно аксиально-поршневой насос является оптимальным вариантом. Он способен развивать давление до 40 МПа при частоте 5000 об/мин, узкоспециализированные установки работают на частоте 15-20 тыс. об/мин. Преимущества аксиально-поршневых насосов — максимальный КПД и производительность. Ключевым недостатком является высокая стоимость.

В качестве примера такой техники можно рассмотреть популярный в отечественном машиностроении гидронасос 310. Существует несколько модификаций данной модели, рассчитанных на рабочий объем от 12 до 250 см 3 /об. Цена 310-ой модели варьируется в пределах 15-30 тыс. рублей, в зависимости от производительности. Более доступным аналогом является гидронасос 210 (цена 10-15 тыс), отличающийся меньшей частотой оборотов.

1.4 ШЕСТЕРЕННЫЕ ГИДРОНАСОСЫ

Шестеренные агрегаты относятся к категории роторного оборудования. Гидравлическая часть насоса в них представлена двумя вращающимися шестернями, зубья которых при сцеплении вытесняют из цилиндра жидкость. Существует два типа шестеренчатых насосов — с внешним и внутренним зацеплениям, которые отличаются расположением шестерен внутри корпуса.

Используются шестеренные агрегаты в системах с низким уровнем рабочего давления — до 20 МПа. Они широко распространены в сельскохозяйственной и строительной технике, системах подачи смазочных материалов и мобильной гидравлике.

Популярность шестеренных гидронасосов обуславливается простотой их конструкции, небольшими размерами и весом, за которые приходится платить небольшим КПД (до 85%), низкими оборотами и коротким эксплуатационным ресурсом.

1.5 Разбираемся в устройстве гидронасосов (видео)

2 ОСОБЕННОСТИ РЕМОНТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ НАСОСОВ

Практически все неисправности, которые могут возникнуть при эксплуатации гидронасосов любого типа, являются следствием следующих факторов:

• неправильное управление гидронасосом и пренебрежение его техническим обслуживанием — несвоевременная замена масла и фильтров, отсутствие устранения протечек;
• неправильно подобранная гидравлическая жидкость (масло);
• использование сторонних комплектующих, не соответствующих режиму эксплуатации насоса (фильтры, уплотнения, шланги);
• неправильная настройка гидронасоса.

Рассмотрим наиболее распространенные неисправности оборудования и методы их ликвидации:

1. Аварийная остановка. Причиной может быть разрыв рукава от чрезмерного давления, недостаточный уровень рабочей жидкости либо блокировка нагнетающего патрубка. В последнем случае нужно своими руками извлечь обломки из камеры и заменить деформированные фильтры.
2. Отсутствие набора давления. Скорее всего заклинило гнездо плунжера, которое требует чистки, либо деформировалась пружина клапана (необходимо заменить).
3. Неравномерный темп движения поршня. Проверьте систему на предмет проникновения воздуха, также может чрезмерно загустеть рабочая жидкость либо забиться фильтр. Серьезный ремонт гидравлических насосов может потребоваться лишь при поломке вала вращения.
4. Необычно высокий уровень вибрации. Причина — неправильная балансировка вала вращения с приводом, требуется проверка совпадения осей валов и их центровка.

Мелкий ремонт гидронасоса не станет серьезной проблемой, если под рукой есть ремкомплект, в который входят запасные фильтры, резинки и уплотнительные втулки — наиболее изнашивающиеся элементы конструкции. Большинство производителей поставляют полные комплекты для каждой модели насоса по цене от 500 до 1000 рублей, однако комплект можно собрать и самому в соответствии с диаметром патрубков оборудования. В таком случае ремкомплект гидронасоса обойдется вас значительно дешевле.