Zwalniacz hydrokinetyczny R 130
W poprzednich artykułach przedstawiono systematykę i podstawowe zasady działania najczęściej stosowanych rozwiązań hamulców długotrwałego działania stosowanych w pojazdach użytkowych. W dzisiejszym opracowaniu przedstawiamy retarder hydrokinetyczny R 130, dość często stosowany w Polsce. Jest on podstawowym modelem w programie produkcyjnym firmy VOITH. Model ten jest produkowany seryjnie od 1975 roku i przez cały czas modernizowany. Widok zwalniacza z częściowym przekrojem przedstawiają fotografie 1 i 2. Jest to fragment pracy dyplomowej ucznia Zespołu Szkół Samochodowych w Bydgoszczy.
Fot. 1
Fot. 2
Zasada działania
Zasadę działania i oznaczenie poszczególnych elementów przedstawiono na rysunku 3.
Rys. 3
1. Zawór odpowietrzający
2. Kanał odpowietrzania
3. Rotor
4. Kanał zwrotny oleju
5. Bolce statora
6. Zbiornik pomocniczy
7. Zawór odcinający
8. Kanał
9. Zawór zwrotny klapowy
10. Zbiornik oleju
11. Kanał napełniający
12. Wymiennik ciepła
13. Stator
14. Czujnik temperatury
Do zbiornika oleju (10) zostaje wtłoczone powietrze (kanałem oznaczonym strzałką). Pod wpływem ciśnienia powietrza olej ze zbiornika (10) zostaje wtłoczony kanałem napełniającym (11) do przestrzeni roboczej między stator (13) i rotor (3). Znajdujące się dotychczas w tej przestrzeni powietrze zostaje wypchnięte przez zawór odpowietrzający (1). Zawór ten zamyka się w chwili, gdy dotrze do niego olej. Moc hamowania regulowana jest ilością oleju, który wypełnia przestrzeń roboczą zwalniacza. Realizowane jest to pośrednio poprzez zmianę ciśnienia powietrza. Ciśnienie powietrza regulowane jest z kolei zaworem sterującym. Gdy zwalniacz jest włączony, część oleju z przestrzeni roboczej uchodzi przez kalibrowany otwór i specjalnym kanałem dostaje się do wymiennika ciepła (12), gdzie oddaje ciepło do układu chłodzącego silnika. W kanale wylotowym płynu chłodzącego znajduje się czujnik temperatury (14). Olej z wymiennika powraca do przestrzeni roboczej. W pokrywie retardera znajduje się zbiornik pomocniczy (6), do którego spływa olej, który przedostał się spod uszczelek i z układu odpowietrzania. W chwili, gdy zwalniacz nie pracuje a w zbiorniku oleju nie panuje nadciśnienie, ze zbiornika pomocniczego olej – specjalnym kanałem – przepływa z powrotem do zbiornika. Kanał ten posiada zwrotny zawór klapowy (9), uniemożliwiający wypływanie oleju ze zbiornika głównego do pomocniczego w czasie, gdy wtłaczane jest do niego powietrze.
BUDOWA I DZIAŁANIE PODSTAWOWYCH ZESPOŁÓW
Stator i rotor
Stator i rotor posiadają taką samą średnicę zewnętrzną i wewnętrzną. Średnica zewnętrzna wynosi 290 mm a wewnętrzna 170 mm. Wirniki posiadają płaskie łopatki, umocowane po kątem a=45°. Przy szybkim napełnianiu hamulca olejem, co jest nieodzowne dla uzyskania odpowiedniego efektu hamowania, powstają chwilowe, gwałtowne uderzenia cieczy o łopatki obracającego się na ogół z dużą prędkością rotora. Powoduje to duże obciążenie łopatek. Z tego też względu wirniki odlewane są z żeliwa o podwyższonej wytrzymałości. Wirnik statora – jak wspomniano – przykręcony jest do korpusu. W statorze osadzone jest łożysko toczne oraz wkręcone są bolce statora. Rotor jest osadzony na wale drążonym i jest do niego przykręcony. Drążony wał wraz z rotorem jest wyrównoważany statycznie i dynamicznie.
Ułożyskowanie i smarowanie łożysk wału
Drążony wał wraz z umieszczonym na nim rotorem jest łożyskowany całkowicie lub częściowo w korpusie, zależnie od sposobu jego zabudowy w pojeździe. Wał retardera przeznaczonego do zabudowy wraz ze skrzynią biegów ułożyskowany jest na jednym łożysku (kulkowym lub walcowym). W przypadku, gdy jest on przeznaczony do zabudowy swobodnej, wał jest łożyskowany na dwóch łożyskach tocznych, jednym kulkowym i jednym walcowym. Łożyska umieszczone są między pierścieniem uszczelniającym wysokiego ciśnienia i pierścieniem uszczelniającym typu “Simmera”. Podczas pracy smarowanie łożysk jest realizowane olejem, który przedostał się poprzez pierścień uszczelniający. W czasie, gdy zwalniacz nie pracuje, to znaczy gdy w przestrzeni roboczej nie ma oleju, obracający się wał i łożyska smarowane są olejem zalegającym między pierścieniem żeliwnym i pierścieniem uszczelniającym “Simmera”.
Uszczelnienia
W chwili hamowania, wewnątrz przestrzeni roboczej – w wyniku pracy oleju – powstaje wysokie ciśnienie dynamiczne. Wymaga to zapewnienia dobrego uszczelnienia przestrzeni roboczej. Wszystkie połączenia statyczne (np. między statorem a korpusem, między korpusem a pokrywą czy też korpusem retardera i pokrywą labiryntową) uszczelniane są szczeliwem płynnym o nazwie “Hylomar” (fot. 4).
Fot. 4
Miejsca przejścia kanałów między stałymi elementami a także części suwliwe w różnych zaworach uszczelniane są pierścieniami gumowymi typu O-Ring. Uszczelnienie wału drążonego jest umieszczone w korpusie i składa się z uszczelnienia wysokiego i niskiego ciśnienia. Pierwszy stopień uszczelnienia uzyskuje się za pomocą pierścienia żeliwnego (podobnie jak pierścienie uszczelniające na tłoku silnika spalinowego). W nowszych modelach pierścienie te wykonywane są z kompozytów. Drugi stopień uszczelnienia stanowi – jak już wspomniano – pierścień typu “Simmera”. Za nim na wale osadzony jest jeszcze obrotowy pierścień będący odrzutnikiem oleju. Występujące przecieki oleju są – siłą odśrodkową – kierowane pod pokrywę labiryntową, a stamtąd specjalnym kanałem do zbiornika pomocniczego.
Zawór odcinający zbiornika oleju
Zawór ten znajduje się na drodze kanału odprowadzającego olej z przecieków do zbiornika głównego oleju (fot. 5).
Posiada on różne wykonania. Zasadniczo składa się ze wspornika i położonej na nim płytki aluminiowej. Olej, który przedostał się przez uszczelnienia, swobodnie spływa do zbiornika pomocniczego. W przypadku, gdy poziom oleju w zbiorniku zwiększy się nadmiernie (np. wskutek uszkodzenia zaworu klapowego), podniesie on płytkę, zamykając tym samym przelot. Zabezpiecza to przed zbyt dużymi wyciekami oleju przy wale, w okolicy pokryw labiryntowych.
Fot. 5
Układ zmniejszania momentu strat
W celu zmniejszenia momentu strat, wywołanego wirowaniem powietrza znajdującego się w przestrzeni roboczej retardera w czasie, gdy nie jest on włączony, stosuje się tzw. bolce statora (rys. 6). Są one wkręcone w specjalne gniazda, znajdujące się w kanałach międzyłopatkowych statora (fot. 7).
Fot. 6
Fot. 7
Gdy w przestrzeni roboczej znajduje się jedynie powietrze, grzybki bolców są wysunięte, przez co zakłócają one przepływ powietrza między łopatkami wirników. Pod wpływem ciśnienia dynamicznego wywołanego cyrkulacją cieczy grzybki bolców chowają się. Bolce statora ograniczają wielkość mocy strat na tyle, że przy pełnej prędkości pojazdu wynosi ona zaledwie ok. 4 kW.
Odpowietrzanie
W chwili, gdy przestrzeń robocza wypełnia się olejem (włączenie retardera), wypychane jest – znajdujące się tam – powietrze, które wylatuje przez zawór odpowietrznika (fot. 8).
Fot. 8
Odpowietrznik składa się z kulki osadzonej na trzpieniu, wkładki zaworu, przykręconej pokrywki z uszczelką oraz osłony kulki z nakładkami gumowymi. Wychodzący z części roboczej kanał doprowadzony jest pod osłonę kulki. Gdy z przestrzeni roboczej wypychane jest powietrze, przedostaje się ono do odpowietrznika wspomnianym kanałem i – nie podnosząc kulki – przez tłumik powietrza wydostaje się na zewnątrz. Gdy wraz z powietrzem pojawi się olej, spowoduje on uniesienie kulki, która podnosząc się zamknie przelot. Kulka w gnieździe zaworu jest odpowiednio lekka (masa 16 gramów) i tak dobrana, że pojawiający się olej jest w stanie ją podnieść. Nie zrobi tego jednak samo powietrze. Z boku korpusu, przy zaworze odpowietrzającym, znajduje się korek kontrolny, widoczny na fot. 8. Służy on do okresowego sprawdzania szczelności zaworu. Po odkręceniu (otwiera się wówczas przestrzeń nad wkładką) należy podstawić pojemnik i uruchomić retarder. Po ilości oleju, jaka przeciekła przez uszczelkę, można ocenić stan zaworu. Ewentualne przecieki – podczas normalnej eksploatacji – spływają do zbiornika specjalnym kanałem.
Obudowa zwalniacza
Kompletna obudowa składa się z korpusu retardera i pokrywy. W korpusie jest osadzony i przykręcony stator. W korpusie znajdują się również: zbiornik oleju, zbiornik pomocniczy, elementy układu odpowietrzającego i zawór sterujący. Ponadto do korpusu przykręcony jest wymiennik ciepła oraz pokrywa labiryntowa uszczelnienia wału. W górnej części korpusu znajduje się korek napełniania oleju a w dolnej korek spustowy z wkładką magnetyczną. W pokrywie umieszczony jest klapowy zawór zwrotny i zawór odcinający zbiornika oleju, kanał łączący zbiornik pomocniczy – poprzez zawór odcinający – ze zbiornikiem głównym oraz korek wlewowy oleju. Znajdujący się w pokrywie zawór zwrotny jest wykręcany, co wykorzystuje się do spuszczania oleju przy jego wymianie. Korpus i pokrywa są odlewane z aluminium. Retardery produkowane do 1983 roku posiadały obudowy odlewane w formach piaskowych, natomiast obecnie odlewa się je w formach kokilowych.
Wymiennik ciepła
Wymiennik ciepła jest zespołem, w którym następuje przekazanie ciepła powstałego – w wyniku procesu hamowania – w czynniku roboczym (oleju), do układu chłodzącego silnika samochodu. Jest on przykręcony bezpośrednio do korpusu retardera. Pokazano go na fotografii 9.
Fot. 9
W głównej części wymiennika znajdują się odpowiednio ukształtowane zespoły kanałów, w których przepływa poziomo czynnik chłodzący z układu chłodzenia silnika a pionowo olej. Ta część chłodnicy jest nierozbieralna i nienaprawialna. Na końcach umieszczone są kierownice strumienia cieczy i króćce do założenia elastycznych przewodów służących do połączenia z układem chłodzenia silnika. W starych wymiennikach ciepła elementy te były przykręcane, natomiast w nowych konstrukcjach są przyspawane.
W korpusie wymiennika umieszczone są korki spustowe oraz czujnik temperatury, widoczny na zdjęciu 9.
UKŁAD STEROWANIA
Retardery typu Voith R 130 wyposażane są w jeden z czterech rodzajów układów sterujących jego pracą:
1 – układ sterujący elektropneumatyczny,
2 – układ sterujący HE (Halbelektronik),
3 – układ sterujący RVE (Ratio-Vollel-
ektronik),
4 – układ sterujący VE (Vollelektronik).
Uruchomienie zwalniacza i stopniowanie jego pracy odbywa się przy pomocy dźwigienki umieszczonej na kolumnie kierownicy lub na desce rozdzielczej. Na życzenie klienta zwalniacz może być uruchamiany pedałem hamulca. Rozwiązania pokazują rysunki 10 i 11.
Fot. 10
Fot. 11
MATERIAŁY EKSPLOATACYJNE
Oleje przeznaczone do retarderów VOITH muszą posiadać własności ściśle określone przez producenta. Są to oleje mineralne jedno- i wielosezonowe, oraz oleje syntetyczne lub półsyntetyczne. Klasy tych olejów podano w tabeli 2. Firma VOITH do swoich wyrobów zaleca stosowanie wyłącznie olejów wysokiej klasy i znanych producentów. Poniżej podano przykłady olejów zalecanych do stosowania:
- mineralne jednosezonowe: Agip Motor Oil HD; Aral Turboral; BP Vanellus C3; Shell Rotella X; Total rubia S i H,
- mineralne wielosezonowe: Agip Sigma Turbo; BP Hanellus Multigrad; Elf Performance XC; Mobil Delvac Super FL 10W-40; Texaco Eurotex Multigrade HD,
- syntetyczne i częściowo syntetyczne: Aral Multi Turboral DLX; Castrol Transmax Z (temperatura do -300C); Esso Ultra Synthetic Oil; Shell Myrina TX; Total quartz 7000.
ZABUDOWANIE ZWALNIACZA DO POJAZDU
W przypadku, gdy zwalniacz będzie zabudowany do pojazdu wraz ze skrzynią biegów, wał drążony osadzany jest na wale głównym skrzyni biegów (przez połączenie wielowypustowe). Z drugiej strony wału zwalniacza znajduje się kołnierz mocujący, do którego przykręcany jest wał napędowy. W tej wersji pokrywa retardera posiada specjalne otwory gwintowane lub szpilki. Do tylnej pokrywy skrzyni biegów przykręcany jest specjalny uchwyt, do którego przymocowuje się retarder. Retarder do zabudowy swobodnej posiada dwa kołnierze mocujące umieszczone z obydwu stron wału, a do korpusu przykręcone są specjalne uchwyty. Z obydwu stron korpusu znajdują się po dwie poduszki gumowe. Do podłużnic ramy pojazdu zamocowane są podpory, na których opierają się uchwyty retardera.
Dane eksploatacyjne
Producent zaleca następujące wielkości przebiegów dla poszczególnych typów olejów i rodzajów pojazdów:
1. Samochody ciężarowe w normalnych warunkach eksploatacji:
- olej jednosezonowy mineralny
90 000 km
- olej syntetyczny / częściowo syntetyczny 135 000 km
2. Samochody ciężarowe w bardzo ciężkich warunkach eksploatacji:
- olej syntetyczny / częściowo syntetyczny 90 000 km
3. Autobusy:
- olej jednosezonowy mineralny
135 000 km
- olej wielosezonowy mineralny
90 000 km
- olej syntetyczny / częściowo syntetyczny 180 000 km
Musi być jednocześnie przestrzegana zasada, że – niezależnie od przebiegu – olej w retarderze musi być wymieniany co 2 lata.
KORZYŚCI WYNIKAJĄCE Z ZASTOSOWANIA RETARDERA
Korzyści wynikające z zastosowania retarderów są jednoznaczne. Przedstawiano to już kilkakrotnie w poprzednich rozdziałach. O korzyściach, jakie przynosi zastosowanie retardera VOITH R130 świadczy eksperyment, jaki przeprowadzono w ośrodku badawczym NAMI, porównując hamulec silnikowy z retarderem R130, który zainstalowano w autobusie Ikarus 280, posiadającym łączną masę 22 500 kg. Badania porównawcze jazdy autobusem w terenie górzystym, o spadkach do 7 proc. wykazały, że w przypadku pojazdu posiadającego jedynie hamulec silnikowy – na badanym odcinku – uzyskano przeciętną prędkość ok. 50 km/h, przy czym aż 23 razy użyto hamulców zasadniczych. Jadąc tym samym autobusem i na tym samym odcinku, lecz z zainstalowanym retarderem uzyskano przeciętną prędkość 60…70km/h, przy czym tylko dwukrotnie użyto hamulców zasadniczych, natomiast siedemnastokrotnie zwalniacza. Korzystny wpływ z zastosowania retardera na poprawę efektywności i ekonomiki jazdy jest więc bezdyskusyjny.
Opracowanie:
mgr inż. Ireneusz Kulczyk
Współpraca:
mgr inż. Tomasz Łasecki
Komentarze (0)