Hidrotransformatorul-Convertizorul de Cuplu [PDF]

Zitiervorschau

STROE MIHAI-ADRIAN RADU ILIE-IULIAN 8305A

HIDROTRANSFORMATORUL

Hidrotransformatorul este dispozitivul de cuplare al motorului termic cu cutia de viteze automată. Simplificând, putem spune că hidrotransformatorul este echivalentul unui ambreiaj dintr-o transmisie manuală. Convertizorul de cuplu îndeplineste rolul unui ambreiaj automat. El este amplasat în fluxul de putere creat de motor, înaintea transmisiei. Hidrotransformatoarele (convertor de cuplu, hidroambreiaj, ambreiaj hidrodinamic) se folosesc la unele tipuri de automobile moderne datorita unor avantaje pe care le prezinta: demarare mai lina a automobilului, amortizarea oscilatiilor de rasucire si deplasarea in priza directa chiar la viteze foarte reduse. Ambreiajul hidrodinamic este format dintr-un rotor-pompa, montat pe arborele motor in locul volantului si din rotor-turbina, montat pe arborele condus. Cele doua componente au la partea exterioara palete radiale plane. Intregul ansamblu este inchis intr-o carcasa etansa, umpluta in proportie de 85% cu ulei mineral pentru turbine. Carcasa hidrotransformatorului este fixata pe volanta motorului, astfel incat ea se roteste corespunzator vitezei de rotatie a motorului. Paletele pompei hidrotransformatorului sunt fixate de carcasa, astfel incat si ele se rotesc cu viteza motorului.

Fig.1. Elementele componente ale hidrotransformatorului.

1

STROE MIHAI-ADRIAN RADU ILIE-IULIAN 8305A

Pompa din interiorul hidrotransformatorului este o pompa centrifuga. In momentul in care motorul incepe sa functioneze, va antrena si rotorul-pompa iar uleiul care se gaseste intre paletele sale, sub actiunea fortei centrifuge este impins catre periferie si obligat sa circule in sensul de rotatie, adica uleiul va trece din rotorul-pompa in rotorul-turbina apasand asupra paletelor lui in miscare. Turbina determina rotirea transmisiei, deci asigura propulsia autovehiculului. Paletele turbinei sunt curbate, ceea ce inseamna ca fluidul, care intra in turbina dinspre partea exterioara, trebuie sa-si schimbe directia inainte de a iesi prin partea centrala a turbinei. Aceasta schimbare de sens determina rotirea turbinei. Astfel, in masura in care turbina determina schimbarea directiei fluidului, fluidul va determina rotirea turbinei. Fluidul iese din turbina pe la centru, in alta directie decat directia de intrare. Deci fluidul iese din turbina miscandu-se in sens invers directiei de rotatie a pompei (respectiv, a motorului). Daca i se va permite fluidului sa loveasca pompa, va frana motorul, ducand la pierderea puterii. Din aceasta cauza, hidrotransformatorul a fost prevazut cu un stator. Statorul se afla chiar in centrul hidrotransformatorului. Scopul lui este sa redirectioneze fluidul din turbina, inainte ca acesta sa loveasca din nou pompa. Acest lucru mareste considerabil eficacitatea hidrotransformatorului. Forma paletelor statorului este foarte abrupta, ceea ce face ca directia fluidului sa se schimbe aproape in totalitate. Cuplajul unisens din interiorul statorului conecteaza statorul pe un arbore fix din transmisie, astfel incat el sa nu se poata roti cu fluidul (el se poate roti doar in sens opus), obligand fluidul sa-si schimbe directia atunci cand loveste paletele statorului.

2

STROE MIHAI-ADRIAN RADU ILIE-IULIAN 8305A

Fig.3. Pompa, statorul si rotorul hidrotransformatorului. La demarare cand automobilul inca nu este in miscare, turatia rotorului-turbina este zero. La o viteza a rotorului-turbina egala cu a rotorului-pompa, uleiul nu va mai circula, deoarece cele doua forte centrifuge vor fi egale. Particulele vor trece din rotorul-pompa in rotorul-turbina numai in cazul in care rotorul turbina se va roti mai incet decat rotorul pompa. Existenta alunecarii face ca, in toate cazurile, ambreiajul hidraulic sa transmita un moment oarecare la sistemul de rulare al automobilului si sa nu fie posibila niciodata o decuplare completa a motorului de transmisie, iar schimbarea treptelor de viteza sa fie anevoioasa. Din acest motiv, la automobilele cu cutii de viteza in trepte, ambreiajul hidraulic se utilizeaza impreuna cu un ambreiaj mecanic auxiliar, care sa asigure o declupare completa intre motor si transmisie. Utilizarea ambreiajului hidraulic fara ambreiajul mecanic este permisa numai la automobilele echipate cu cutii de viteze planetare, la care schimbarea treptelor de viteza se face prin franarea unor elemente ale transmisiei planetare.

Fig.4. Conexiunile hidrotransformatorului. 3

STROE MIHAI-ADRIAN RADU ILIE-IULIAN 8305A Pompa si turbina sunt inchise intr-o carcasa umpluta intr-o anumita proportie cu ulei de turbina. Cand motorul roteste pompa, uleiul care se gaseste intre paletele sale este impins din centru catre periferie sub actiunea fortei centrifuge si, imprimandu-i-se o circulatie in sensul sagetilor, este impins spre paletele turbinei. Aici, pe de o parte imprima uleiului aflat intre paletele turbinei o circulatie in sensul sagetilor, iar pe de alta parte exercita asupra paletelor turbinei o presiune corespunzatoare energiei cinetice acumulate. Aceasta presiune, in raport cu axul turbinei, creeaza un cuplu care, cand este suficient de mare, invinge rezistenta la inaintare a autoturismului.

Fig.5. Principiul de functionare al hidrotransformatorului. Cand turbina incepe sa se roteasca, uleiul cuprins intre paletele sale este si el supus fortei centrifuge, care insa ii imprima o circulatie intr-un sens invers fata de cel indicat. De aceea cand turatia turbinei este egala cu turatia pompei, uleiul nu mai circula dinspre pompa in turbina. Deci, transmiterea momentului motor este posibila numai cand turatia turbinei este mai mica decat turatia pompei. Diferenta dintre turatia pompei si turatia turbinei se numeste „alunecare”, iar marimea ei exprima diferenta dintre puterea pompei si puterea turbinei. Alunecarea maxima apare atunci cand motorul functioneaza iar automobilul sta pe loc, pe cand alunecarea minima apare in timpul deplasarii autoturismului, la regimul de functionare in care poate fi transmis momentul motor maxim. La franare si la deplasarea automobilului prin inertie, turatia turbinei este mai mare decat turatia pompei. In acest caz, lichidul circula in ambreiajul hidraulic in sens invers decat cel indicat, iar ambreiajul transmite de la motor la cutia de viteze si in restul transmisiei un moment de franare. Randamentul maxim al hidrotransformatoarelor folosite ca si ambreiaje ajunge pana la 0.98, insa mai exista si pierderi hidraulice cum ar fi:   

Pierderi de debit – determinate de scurgerile de lichid, Pierderile prin frecare- datorate vascozitatii fluidului de lucru, Pierderi de soc – determinate de modificarile directiei de curgere a fluidului 4

STROE MIHAI-ADRIAN RADU ILIE-IULIAN 8305A Pierderile transformatorului pot fi diminuate prin blocarea acestuia, dar cu sacrificiul avantajelor oferite de transmisia hidraulica (amortizarea vibratiilor, cuplarea lina, fara socuri, progresiva). Asfel se folosesc hidrotransformatoare prevazute cu amortizoare suplimentare care sunt cu atat mai voluminoase cu cat sunt mai mari vibratiile motorului, find influentate si de marimea volantului.

Fig.6. Convertizor de cuplu ZF cu amortizor de vibratii.

5