Коробки передач грузовых автомобилей

Коробки передач грузовых автомобилей

Если сравнивать поршневую машину или сериесный электромотор с двигателем внутреннего сгорания, его способность приспосабливаться к перемене внешней нагрузки не так уж велика. Из-за этого обстоятельства на автомобилях устанавливаются коробки передач, обеспечивающие требуемые тяговые усилия на ведущих колёсах в любых режимах передвижения.

 

Основные задачи коробки передач

За счёт коробки передач машина способна двигаться как на малой скорости, так и на максимальной. Также появляется возможность регулировки скорости в сравнительно большом диапазоне, нежели в том, который обеспечивается двигателем. Нужно отметить, что именно КП даёт возможность транспортному средству двигаться задним ходом на стоянке и при передвижении накатом. Помимо этого она отсоединяет двигатель от ведущих колес при пуске.

 

Сейчас коробки передачи для грузовых авто разрабатываются с гарантией необходимых динамических и экономических свойств. К преимуществам стоит отнести:

·      бесшумную работу;

·      высокий КПД;

·      надёжность;

·      простоту обслуживания;

·      малые габариты и вес;

·      невысокую стоимость.

 

По способу смены передаточных чисел КП могут быть:

·      ступенчатыми;

·      бесступенчатыми.

 

Во втором случае передаточное число изменяется при помощи гидротрансформатора, хотя в случае с лёгкими машинами возможно использование вариаторов. Что касается специальных шасси, здесь подразумевается работа объёмного гидропривода. К примеру, на концептуальных машинах встречаются экзотические конструкции, которые, конечно, не попадают в эксплуатацию. Коробки передач могут оснащаться неподвижными или вращающимися осями валов или их комбинацией.

 

Автоматизация КП

В последнее время производители грузовиков обращают больше внимания на автоматизацию процесса переключения передач. Если грузовая машина работает в городских условиях, то такая автоматизация смягчает труд водителя и положительно сказывается на безопасном передвижении. Если рассматривать магистральный транспорт, то автоматическая коробка передач значительно увеличивает эффективность перевозок, так как происходит оптимизация взаимодействия двигателя с трансмиссией.

 

Альтернативный вариант

Так как автоматические трансмиссии стоят не дёшево, предлагается более доступный вариант – это полуавтоматические коробки передач, не оснащенные гидротрансформатором. Подобные изделия избавляют водителя от самой энергоёмко операции по переключению передачи, от выжима сцепления и от переключения, сводимого к заеданию. Существуют новые конструкции, к примеру, Volvo I-Shift, они работают по принципу полного автомата с гидротрансформатором. Стоит отметить, что во всех случаях подразумевается исполенние механической коробки.

 

Отличия ступенчатых коробок от бесступенчатых изделий

Первые КП обладают большим КПД, поэтому они по конструкции проще второго вида. Также для их производства не требуются большие затраты и они подвергаются автоматизации управления. Именно ступенчатые коробки чаще всего устанавливаются на грузовых машинах.

 

Требуемые динамические и экономические параметры авто достигаются при правильном выборе диапазона передаточных чисел в КП, а также за счёт количества передач и тщательного подбора передаточного числа в каждой такой передаче.

 

Диапазон – это частное, полученное от деления передаточных чисел низкой и высокой передачи. Данный диапазон должен быть больше, нежели дорожные условия, при которых эксплуатируется грузовая машина, при этом удельная мощность двигателя должна быть меньше.

 

Так как коммерческие машины работают преимущественно в городе, устанавливаются современные коробки передач с диапазоном передаточных чисел 5-8. В случае с магистральными тягачами и грузовыми авто с повышенной проходимостью этот диапазон должен составлять 10-20. В коробках передач механического типа для грузовых машин диапазон будет варьироваться от 5-ти до 16-ти.

 

Увеличение ступеней передач

За счёт увеличения числа передач в коробке будет обеспечиваться лучшее использование мощности двигателя. Также появляется возможность меньшего расхода топлива, повысить среднюю скорость передвижения. Всё это приводит к увеличению производительности машины и снижению стоимости перевозки. Нужно отметить, что при увеличении числа передач в КП усложняется и утяжеляется её конструкция, растут размеры и, соответственно, цена агрегата. Кроме всего этого привод управления коробкой становится сложнее.

 

Использование механического привода

При таком приводе значительно тяжелее быстро и безошибочно переключать передачи прямого хода. Шесть передач – это именно то число, которое на сегодняшний день при ручном переключении считается предельным. Если увеличить данное число, нужно будет усложнять привод или устанавливать дополнительную КП с независимым приводом, что практикуется довольно редко.

 

Когда-то в КП для грузовиков часто применялась «ускоренная» высшая передача, имеющая передаточное отношение 0,7-0,8. Бытовало мнение, что это способствует полному использованию мощности двигателя, снижению суммарного числа оборотов коленвала и экономии топлива. Но этот эффект оказался сомнительным, так как даказано снижение КПД, поэтому от таких КП вскоре отказались. Такое действие также провоцировал рост удельной мощности двигателя грузового авто.

 

Факторы, влияющие на КПД

К важным факторам, которые оказывают действие на КПД ступенчатых КП стоит отнести верный выбор кинематический схемы. Именно от неё зависит количество пар зубчатых колёс, располагавшихся в зацеплении на момент передачи. Также большое действие оказывает частота вращения, передающаяся мощность, эффективность смазки системы, точность производства зубчатых колёс с деталями картера.

 

На грузовые машины чаще всего устанавливают 3-х вальные коробки с прямой передачей, которая получается при соединении первичного вала с вторичным валом. По размещению ведущего и ведомого вала КП могут быть соосными и несоосными. Вторые преимущественно встречаются на переднеприводных грузовых машинах.

 

Механические КП

Большинство таких КП производятся с неразветвленными силовыми потоками. Таким образом, при каждом включении зубчатое зацепление проходит через весь поток мощности. Помимо этого могут встречаться коробки, где поток мощности разделяется на две или три ветки. В таких изделиях больше зубчатых колёс, имеющих меньший размер. В результате уменьшаются моменты инерции с окружными скоростями. Использование подобных схем можно обосновать желанием увеличить срок эксплуатации трансмиссии при значительной передаваемой мощности.

 

Многоступенчатые трансмиссии

Механизмы создаются на базе 4-х, 5-ти или 6-ти ступенчатых трёхвальных коробок, при этом подразумевается присоединение дополнительной коробки. Как правило, она имеет только две передачи, а также обеспечивает удвоение передач.

 

Если использовать 3-х ступенчатую дополнительную коробку, можно утроить число передач основного механизма. В том или ином случае водитель применяет все два органа управления – базовый и дополнительный.

 

Если в дополнительной коробке передаточное число нижней передачи большое, и есть возможность увеличить диапазон хотя бы в два раза, то такой механизм можно назвать демультипликатором.

 

В том случае, когда дополнительная коробка не способствует увеличению общего диапазона, при этом функционирует как «половинка» между передачами основной коробки, её целесообразно называть «делителем». В результате она делит уже существующий диапазон на некоторое число ступеней. На сегодняшний день часто к базовым коробкам пристыковывают две вспомогательные, она спереди, другая – сзади. Тогда первая будет демультипликатором, а вторая – делителем.

 

Конструкция делителя

Такой механизм имеет сравнительно простую конструкцию с минимальным количеством зубчатых колёс. КПД КП с делителем почти не разнится от КПД основной коробки, поскольку сохраняется количество зубчатых зацеплений, которые передают силовой поток. Если предусматривается передняя установка, недостаток будет заключаться в увеличении крутящего момента на входе основного механизма. Такая особенность делает агрегат более мощным и тяжелым. Несмотря на это вполне реально решить эту проблему, устанавливая делитель сзади. Но в таком случае нужно оставить место для демультипликатора. Его устанавливать спереди нельзя из-за значительного передаточного числа низкой передачи.

 

Демультипликатор большого диапазона может использоваться для расширения всего диапазона многоступенчатой КП. Также его можно применять для одновременного уменьшения диапазона основной коробки. Только в этой ситуации уменьшается унификация основного механизма и коробки с редуктором, поскольку сниженный диапазон не даёт возможности применять её без демультипликатора.

 

Несмотря на это, снижается крутящий момент на втором валу основной коробки, а само устройство будет выполнено в более компактной и лёгкой форме. Следует также отметить, что уплотняется ряд передаточных чисел, а это в свою очередь способствует облегчению работы синхронизаторов (их можно устанавливать на все передачи), это же касается и переключения передач. Наряду с этим КПД трансмиссии падает на 3-4 процента при работе на низкой передаче. Если в демультипликаторах использовать планетарные ряды,