Zwalniacze hydrokinetyczne

W poprzednim artykule zostały omówione zwalniacze hydrokinetyczne pracujące jako odrębne urządzenia w zabudowie szeregowej i równoległej. Poniżej zostanie przedstawiona pozostała systematyka tych urządzeń pracujących zarówno ze skrzynkami biegów manualnymi, jak i przekładniami automatycznymi. Oczywiście systematyka ta nie wyczerpuje zagadnienia. Zaprezentujemy tylko niektóre z rozwiązań.

Zwalniacz hydrokinetyczny zintegrowany z automatyczną skrzynią biegów
Jednym ze sposobów hamowania, podczas którego najintensywniejszemu zużyciu podlegają szczęki i bębny hamulcowe, jest hamowanie wielokrotne. Podlegają mu zwłaszcza pojazdy poruszające się głównie w miastach. Obecnie większość pojazdów eksploatowanych w ruchu miejskim (autobusy miejskie, samochody komunalne) wyposażonych jest coraz częściej w automatyczne skrzynie biegów. Wielu producentów takich skrzyń łączy je od razu z bardzo przydatnymi zwalniaczami. Pozwala to na zmniejszenie masy całego zespołu, daje możliwość wykonania wspólnego układu sterującego, a także umożliwia współpracę z innymi układami (ABS, ASR itp.). Retarderem może być odrębny moduł, montowany w korpusie skrzyni biegów, lub może być wykorzystany hydrokinetyczny zmiennik momentu.

Zwalniacz jako odrębny moduł
Rozwiązanie to jest stosowane przez wielu producentów automatycznych skrzyń biegów. Zwalniacz w takiej skrzyni biegów znajduje się pomiędzy przekładnią hydrokinetyczną a modułem przekładni planetarnej (rys. 1). Posiada taką samą budowę jak zwalniacz podwoziowy.

Rotor jest osadzony na wale wyjściowym przekładni hydrokinetycznej. Stator przykręcany jest do korpusu skrzyni biegów. Uruchamianie następuje poprzez wypełnienie olejem. Rozwiązanie to nie posiada urządzeń zmniejszających straty niepracującego zwalniacza. Jedynie retarder zabudowany w automatycznej skrzyni biegów firmy ZF typ HP-500, 590 i 600 (rys. 2) ma stator specjalnej konstrukcji, który jest dodatkowo wyposażony w tarczę ażurową, zmieniającą kątowe położenie w zależności od jazdy stałej lub hamowania (rys. 3a i 3b).

Rys. 3a

Rys. 3b

Ustawienie tarczy jest sterowane. Odpowiednie ustawienie oraz specjalny kąt łopatek na niej, zmniejsza moment strat. Innym rozwiązaniem jest umiejscowienie retardera na wałku wyjściowym automatycznej skrzyni biegów, podobnie jak w przypadku skrzyń mechanicznych. Rozwiązanie takie zostało zastosowane przez firmę VOITH oraz ALLISON. Firma VOITH w automatycznych skrzyniach biegów typu Midimat BR (rys. 4) stosuje zwalniacze oparte konstrukcyjnie na elementach zwalniacza VOITH R120, który jest sterowany układem elektronicznym skrzyni biegów.

Zwalniacz wykorzystujący hydrokinetyczny zmiennik momentu
Jako element hamujący wykorzystana jest przekładnia hydrokinetyczna automatycznej skrzyni biegów. Odpowiedni moment hamujący uzyskiwany jest przez odpowiednie przełożenie przekładni planetarnej.

Rys. 7

Na rys. 5 pokazana jest automatyczna skrzynia biegów VOITH DIWA D 851.2/D863. W przekładni tej występuje układ hydromechaniczny równoległy z rozdziałem mocy. Elementem hydrokinetycznym tej skrzyni jest przekładnia hydrokinetyczna z nieruchomą obudową i to ona jest elementem hamującym. Hamowanie zwalniaczem możliwe jest w zasadzie na wszystkich biegach, z tym, że na pierwszym biegu tylko przy odpowiednim wykonaniu sterowania elektronicznego, oraz gdy retarder został uprzednio uruchomiony na drugim biegu (pedałem hamulca). Aby przekładnia hydrokinetyczna skutecznie hamowała, blokowane jest sprzęgło wielotarczowe wirnika pompy oraz sprzęgło wielotarczowe przekładni planetarnej biegu wstecznego. W wyniku tego wirnik turbiny obraca się z dużą prędkością w przeciwną stronę niż przy normalnej pracy i tłoczy olej na koło kierownicy oraz stojący wirnik pompy. Ponieważ liczba obrotów wirnika turbiny zależna jest tylko od przełożenia obu zespołów planetarnych przekładni dodatkowej, sprzęgło wejściowe i sprzęgło przełączeniowe nie wpływa na działanie zwalniacza, tzn. wyhamowanie jest identyczne na wszystkich biegach mechanicznych. Układ kinematyczny 3-biegowej skrzyni biegów oraz przebieg momentu podczas hamowania na wszystkich biegach pokazany jest na rys. 6

Rys. 6

Działanie zwalniacza jest proporcjonalne do kwadratu liczby obrotów turbiny, względnie do prędkości jazdy, dlatego też już przy stosunkowo małych prędkościach osiąga się duże wyhamowania. Paraboliczny wzrost krzywej momentu hamowania mógłby jednak - przy wysokich prędkościach - doprowadzić do przeciążenia elementów znajdujących się za przekładnią. Dlatego, gdy moment hamowania osiągnie określoną wielkość, to – niezależnie od prędkości – zostaje on poprzez sterowanie wewnątrz przekładni utrzymany na stałym poziomie. Retarder w pojeździe jest sterowany za pomocą pedału hamulca (na życzenie możliwe jest wprowadzenie sterowania dźwignią umieszczoną na desce rozdzielczej) oraz zaworu modulacyjnego.

Zwalniacz w zespole hydrokinetycznym do mechanicznej skrzyni biegów
Przykładem takiej konstrukcji jest zaprezentowany zwalniacz jako odrębny moduł w zespole autorstwa firmy ZF, która wprowadziła do produkcji zespół tzw. ZF-Transmatic. Zespół ten składa się z klasycznej skrzyni biegów (6-16 biegów) oraz przekładni WSK 400. Składa się ona z przekładni hydrokinetycznej systemu Trilok ze sprzęgłem blokującym, zwalniacza hydrokinetycznego oraz zwykłego ciernego sprzęgła rozłączającego. Zespół ZF-Transmatic ma zastosowanie do ciężkich pojazdów budowlanych, ciągników balastowych itp. Retarder w przekładni WSK 400 usytuowany jest pomiędzy przekładnią hydrokinetyczną a sprzęgłem rozłączającym. Stator zwalniacza umocowany jest do korpusu zespołu, natomiast rotor wiruje wraz z wałem sprzęgła, na którym jest osadzony. Na rysunku 7 pokazany jest zespół ZF-Transmatic współpracujący z szesnastobiegową skrzynią biegów ZF-Ecosplit 16 S 221.

Rys. 7

Zwalniacz hydrokinetyczny dwurotorowy
Zwalniacz dwurotorowy może być stosowany w dwu- lub trzyosiowych naczepach o największych dopuszczalnych masach całkowitych, dla których zakłada się długi czas eksploatacji oraz potrzebę maksymalnego bezpieczeństwa ruchu. Schemat przykładowej zabudowy zwalniacza hydrokinetycznego firmy VOITH typu GR 116 do dwuosiowej naczepy o rozstawie osi minimum 1300 mm jest pokazany na rys. 8. Osie naczepy muszą posiadać półosie, mechanizmy różnicowe oraz przekładnie główne. Od każdej osi napędzany jest jeden rotor. Do ramy naczepy przymocowany jest zbiornik oleju, do którego z kolei doprowadzony jest przewód powietrza z zaworu sterującego. Powietrze powoduje wtłoczenie oleju do przestrzeni roboczej zwalniacza. Podczas pracy olej ciągle przepływa przez chłodnicę, oddając ciepło bezpośrednio do otoczenia. Podczas przepływu ze zwalniacza do chłodnicy olej porusza silnik hydrauliczny (przeznaczony do napędu wentylatora chłodnicy). Całą pracę kontroluje komputer, do którego przekazywane są sygnały z przełącznika pozycji pracy, czujnika temperatury oleju, systemu ABS oraz czujnika ciśnienia powietrza w miechach pneumatycznego zawieszenia naczepy. Na rys. 9 pokazano sposób jego zabudowy do trzyosiowej naczepy.

Rys. 8

Rys. 9

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

Opracowanie: mgr inż. Ireneusz Kulczyk
Współpraca: mgr inż. Tomasz Łasecki