Страница 13 из 35
Реализация этих режимов движения на автомобиле с электротрансмиссией чревата перегревом и выходом из строя тяговых электродвигателей.
Несомненно, что для автомобиля конкретного типа и назначения наиболее подходящим может быть как гидрообъемный, так и электрический привод. Однако на данном этапе было решено отдать предпочтение гидрообъемной трансмиссии.
Не будет преувеличением сказать, что решающую роль в выборе типа привода сыграло мнение Е.И. Прочко, воспитанника конструкторской школы В.А. Грачева. Евгений Игнатьевич более сорока лет жизни посвятил созданию гидравлических приводов и являлся одним из наиболее авторитетных специалистов в этой области. На его счету создание в СКБ ЗИЛ уникального вездехода ЗИЛ-3906 с пневмогусеничным движителем типа «Аэролл» и гидрообъемной трансмиссией. Позже, работая в НАМИ, Е.И. Прочко предложил гидрообъемную трансмиссию для самоходного тяжеловоза НАМИ-0309 и других машин. К сожалению, работы по спроектированным им машинам по разным причинам были прекращены, поэтому новая задача по созданию опытного образца автомобиля с гидрообъемной трансмиссией позволила бы использовать накопленный опыт и собрать воедино на одном образце новые и уже проверенные решения. Совершенно обоснованно, что именно Е.И. Прочко стал главным конструктором нового проекта.
Но почему до сих пор ни один автомобиль с гидрообъемной трансмиссией не стал серийным?
Гидрообъемные приводы в машиностроении применяются достаточно широко, но попытки внедрения их на автомобилях, как правило, оказывались неудачными – конструкция получалась тяжелой, сложной и ненадежной, а ее показатели (прежде всего КПД) оставляли желать лучшего. Это и определило то стойкое предубеждение, которое сложилось по отношению к гидрообъемным трансмиссиям среди инженеров.
Однако развитие гидрообъемных трансмиссий не прекратилось: на тракторах, комбайнах, самоходных кранах, тяжеловозах, экскаваторах, дорожных катках, бульдозерах и других специальных машинах со множеством приводов различных рабочих органов и движителей, где преимущества гидрообъемных передач раскрывались в полной мере, они постепенно вытесняли механические. Это стало возможным благодаря появлению более совершенных гидромашин. Применение новых материалов и совершенствование технологии позволило повысить точность изготовления, благодаря чему КПД гидромашин возрос до 0,95, снизились потери, увеличилась долговечность, развиваемое давление достигло 50 МПа. Увеличение рабочего давления позволило уменьшить размеры и массу гидромашин, снизить их стоимость. Появились гидромашины с электронным управлением и комплексные встраиваемые приводы, включающие насос, гидромотор, блоки клапанов и электронные устройства.
Воплощение в жизнь
Техническое задание на разработку гидрообъемной трансмиссии для полноприводного автомобиля было в целом сформулировано к 2001 г. В дальнейшем оно уточнялось и было окончательно утверждено в 2002 г. как техническое задание на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы «с выходом технического проекта на опытный образец». Эти работы рассматривались как первый этап обширных исследований по созданию опытного образца полноприводного автомобиля многоцелевого назначения, которые позволят решить множество практических задач и внести вклад в теорию автомобиля. Помимо реализации самой идеи создания гидрообъемной трансмиссии для автомобиля высокой проходимости, была поставлена задача разработки и исследования различных алгоритмов управления гидрообъемной трансмиссией, а также проверки и уточнения полученных теоретических положений. Накопленный инженерный опыт должен был лечь в основу научной методики построения гидрообъемных трансмиссий для транспортных машин, которая прежде никем не разрабатывалась.
Основные размеры автомобиля «Гидроход-49061».
Наиболее подходящим кузовом для «передвижной лаборатории», которым являлся «Гидроход», вначале считался кузов-фургон типа «КУНГ».
Техническое задание предусматривало, что в особо тяжелых дорожных условиях опытный образец по проходимости, тягово-динамическим качествам, средней скорости движения должен на 15-20% превосходить автомобиль аналогичного класса и назначения, оснащенный механической трансмиссией, а его расход топлива при этом определялся на 12-15% ниже, что достигается за счет снижения потерь на буксование и более эффективного использования мощности двигателя.
Для того чтобы максимально расширить силовой диапазон трансмиссии, что особенно важно для автомобиля высокой проходимости, было изначально решено использовать на опытном образце только регулируемые гидромашины – и насосы, и гидромоторы, с возможностью дистанционного управления, которое можно легко автоматизировать. В результате поиска гидромашин, удовлетворяющих всем требованиям, выбор пал на продукцию известной немецкой фирмы «Rexroth», ныне входящей в концерн «Bosch». В широком типоразмерном ряду гидромашин «Rexroth» имеются агрегаты в различных исполнениях, с различными способами управления – электрическим или гидравлическим. Наиболее подходящими были признаны гидромашины с электрическим пропорциональным управлением, в которых рабочие объемы изменяются пропорционально току в обмотке управляющего соленоида (регулируемого электромагнита).
Идея использования на опытном образце мотор-колес была отвергнута: гидромоторы привода колес решили установить на раме автомобиля и связать их с колесами карданными валами через понижающие редукторы. Е.И. Прочко критически относился к схеме «мотор-колесо», объясняя свою позицию тем, что если вся гидравлическая часть трансмиссии будет находиться в пределах рамы (корпуса) автомобиля, это позволит обойтись без гибких шлангов в гидромагистрапях высокого давления, что повышает надежность всей системы, а кроме того, способствует уменьшению неподрессоренных масс автомобиля.
От того, как связаны между собой насосы и гидромоторы, напрямую зависят эксплуатационные свойства автомобиля. Конечно, идеальная «гибкая» трансмиссия должна состоять из независимых колесных приводов «насос-мотор», но при большом числе ведущих колес автомобиля ее конструкция будет очень сложной. Поэтому по схеме гидрообъемной трансмиссии было принято компромиссное решение: гидромоторы привода каждых двух колес одной оси соединены параллельно и связаны с одним насосом, образуя своеобразный силовой модуль. В такой трансмиссии число насосов соответствует числу осей автомобиля (в данном случае можно говорить об «условных осях», имея в виду, что колеса не имеют жесткой связи); связь между условными осями является блокированной с принудительно регулируемым передаточным числом, а связь между колесами одной условной оси – дифференциальной. Но, учитывая, что гидромоторы используются регулируемые, такой дифференциал позволяет изменять перераспределение крутящих моментов между колесами одной условной оси. Эта схема выгодно отличается и от блокированной механической трансмиссии (гидродифференциальная связь не ухудшает управляемость машины), и от дифференциальной (за счет регулирования гидромоторов одной условной оси можно исключить буксование колес и повысить проходимость).
Если обеспечить гидравлическую связь насосов всех условных осей, то данная схема будет идентична полностью дифференциальной трансмиссии. При отключении этой связи трансмиссия становится блокированной. Если же предусмотреть возможность синхронного управления гидромашинами, это позволит реализовать на автомобиле все известные типы колесного привода – блокированный, дифференциальный, с индивидуальным регулированием и их различные комбинации. Для опытного образца, предназначенного для проведения исследований, такая возможность является исключительным преимуществом, в связи с чем она также была заложена в конструкцию автомобиля.