Zwalniacze hydrokinetyczne
Zasada działania zwalniaczy hydrokinetycznych jest identyczna jak sprzęgieł hydrokinetycznych z tym, że w hamulcach wirnik turbiny jest połączony na stałe z nieruchomym korpusem (stator), a wirnik pompy z wałem napędowym (rotor). Na rys. 1 i 2 przedstawiono zasadę pracy takiego zwalniacza i schemat jego budowy.
Włączenie odbywa się przez wypełnienie przestrzeni roboczej cieczą roboczą wtłaczaną ze specjalnego zbiornika. Hamulec pracuje w zasadzie jak sprzęgło hydrokinetyczne o zmiennym stopniu napełnienia; zawsze pracuje przy przełożeniu kinematycznym ik=0. Zgodnie z zależnościami wyprowadzonymi dla sprzęgieł hydrokinetycznych, przy całkowitym wypełnieniu zwalniacza cieczą roboczą, moment hamujący MH w funkcji prędkości wału hamulca wH przedstawia zależność:
Jest to zatem parabola w funkcji wH (rys. 3 – krzywa 1).
Dla przestrzeni roboczej zwalniacza całkowicie opróżnionego z cieczy roboczej, moment na wale hamulca będzie wynikał z oporów tarcia w łożyskach oraz momentu wywołanego cyrkulacją powietrza między wirnikami (w powietrzu tym mogą być również obecne pary cieczy roboczej). Moment ten nazywamy momentem strat – MHstr (rys. 3 – krzywa 2). Pole zawarte między krzywymi 1 i 2, przedstawiające możliwości zwalniacza, jest jeszcze ograniczone wartościami MHmax i wHmax wynikającymi również ze względów wytrzymałościowych. Dla uniknięcia przekraczania wartości MHmax w pewnych zakresach wH, a także dla uzyskania odpowiedniej charakterystyki hamowania, stopień napełnienia hamulca jest automatycznie regulowany. Przebieg regulacji może odbywać się według różnych programów. Dla zwalniaczy hydrokinetycznych, stosowanych w pojazdach, z reguły stosuje się regulację powodującą, że MH=const. Energia hamowania pojazdu zostaje w końcowym efekcie zamieniona na ciepło, podnosząc temperaturę cieczy roboczej. Z tego względu ciecz w retarderze musi być – w okresie hamowania – ciągle chłodzona.
Moment hamujący, zgodnie ze wspomnianą zależnością, jest proporcjonalny do gęstości środka wypełniającego przestrzeń roboczą zwalniacza. Stosunek gęstości cieczy roboczej (r = 850 kg/m3) i powietrza (r = 1,22 kg/m3) jest jak 700:1. W tym samym stosunku przebiegać będą krzywe MH i MHstr. Zmniejszenie momentu strat realizuje się poprzez:
- rozdzielenie wirników hamulca składaną blaszaną przesłoną, usuwaną w chwili włączenia hamulca;
- umieszczenie w kanałach międzyłopatkowych wirnika turbiny ruchomych przeszkód, chowających się z chwilą pojawienia się cieczy roboczej w zwalniaczu;
- częściowe wypompowanie powietrza z przestrzeni roboczej zwalniacza (tworzenie częściowej próżni).
Włączanie hamulca odbywa się za pomocą pedału hamulca lub dźwigienki działającej na zawór napełnienia hamulca. Zawór ten łączy zbiornik cieczy roboczej z dopływem sprężonego powietrza. Powietrze wypycha ciecz ze zbiornika do przestrzeni roboczej hamulca. Dzięki takiemu urządzeniu czas włączenia hamulca jest bardzo krótki i zazwyczaj nie przekracza 0,5 sek. do chwili pełnego włączenia. Budowa zaworu napełnienia zapewnia uzyskanie stopnia napełnienia proporcjonalnego do położenia pedału lub dźwigni oraz automatyczną regulację stałego momentu w funkcji prędkości wału zwalniacza. Jako sygnał dla tej regulacji wykorzystywane jest ciśnienie dynamiczne cieczy w przestrzeni roboczej. W zwalniaczach hydrokinetycznych produkowanych obecnie, czynnikiem roboczym jest olej. W produkowanym dawniej przez firmę SAMM zwalniaczu hydrokinetycznym, w którym występował podwójny układ czasz (rys. 4), czynnikiem roboczym była woda pobierana z układu chłodzenia silnika. Przewód zasilania zwalniacza podłączony był do układu chłodzącego tuż za pompą wody, natomiast przewód odpływowy i odpowietrzania doprowadzony był do górnego zbiornika chłodnicy. W ten sposób chłodnicę silnika wykorzystano jako bezpośredni wymiennik ciepła.
W przypadku zwalniaczy, w których czynnikiem roboczym jest olej, chłodzenie odbywa się w sposób pośredni. Wymiennik ciepła olej – woda znajduje się bezpośrednio przy retarderze i połączony jest z układem chłodzenia silnika (rys. 5).
1. Zwalniacz; 2. Wymiennik ciepła; 3. Skrzynia biegów; 4. Silnik; 5. Pompa cieczy chłodzącej; 6. Termostat; 7. Chłodnica silnika
Dla zapewnienia obiegu oleju wykorzystuje się jego pompowanie przez wirnik pompy samego zwalniacza. Chłodnica silnika nie musi być powiększana po zastosowaniu hamulca hydrokinetycznego, ponieważ w okresie hamowania silnik pracuje z reguły na biegu jałowym, nieznacznie tylko obciążając chłodnicę.
Do wad zwalniaczy hydrokinetycznych zalicza się duży moment strat, natomiast do zalet:
- wysoką trwałość;
- dużą pojemność energetyczna;
- pewność działania;
- zapobieganie przechładzaniu silnika przy długotrwałym użyciu zwalniacza,.
- mały wskaźnik masy w stosunku do osiąganego maksymalnego momentu hamowania (od 0,02....0,04).
Ze względów konstrukcyjnych i specyfiki budowy układu napędowego pojazdu, występują różne sposoby zabudowania retarderów hydrokinetycznych. Do najczęstszych przypadków należą:
- zwalniacz hydrokinetyczny podwoziowy w układzie szeregowym lub równoległym;
- zwalniacz hydrokinetyczny zintegrowany z automatyczną skrzynią biegów;
- zwalniacz w zespole hydrokinetycznym do mechanicznej skrzyni biegów;
- zwalniacz hydrokinetyczny dwurotorowy.
Zwalniacz hydrokinetyczny podwoziowy określany jest zwalniacz hydrokinetyczny, wykonany jako odrębny zespół, który może być usytuowany w pojeździe w układzie szeregowym lub równoległym.
Zwalniacz podwoziowy w układzie szeregowym (in line)
Zwalniacz jest montowany w “osi” układu przeniesienia napędu. Prędkość obrotowa wału zwalniacza jest równa prędkości obrotowej wału napędowego. Może być on zespolony ze skrzynią biegów (montowany do jej tylnej pokrywy) lub też może być zamontowany do ramy pojazdu jako łożysko podporowe dzielonego wału napędowego. Na rys. 6 przedstawiona jest dwunastobiegowa skrzynia biegów z Fabryki Przekładni Samochodowych w Tczewie. Jest ona przeznaczona do autobusów średniej ładowności (np. JELCZ T123 MB). Ze skrzynią biegów zespolony jest retarder VOITH R120. Na rys. 7 jest przedstawiony zwalniacz VOITH R130, w zabudowie swobodnej, jako łożysko podporowe.
Zwalniacz podwoziowy w układzie równoległym (off line)
Zwalniacze te nazywane są również bocznikowymi. Są one mocowane do korpusu skrzyni biegów. Umieszczone są poza “osią” układu przeniesienia napędu, a prędkość obrotowa wału zwalniacza jest większa od prędkości obrotowej wału napędowego. Przełożenie zwiększające uzyskuje się poprzez połączenie koła zębatego walcowego, umieszczonego na wałku głównym skrzyni biegów i koła zębatego, zamocowanego na wale zwalniacza. Najczęściej układy olejowe skrzyni biegów i zwalniacza są rozdzielone (VOITH, SCANIA). Jest to rozwiązanie korzystniejsze, niż rozwiązanie, w którym do pracy zwalniacza wykorzystywany jest olej ze skrzyni biegów (ZF-Intarder). Na rysunkach 8 i 9 przedstawione są przykładowe rozwiązania zwalniaczy bocznikowych.
Opracowanie: mgr inż. Ireneusz Kulczyk
Współpraca: mgr inż. Tomasz Łasecki
Komentarze (0)