Гидромеханическая и гидростатическая трансмиссии бульдозеров: дополняя друг друга

Бульдозеры с гидромеханической и гидростатической трансмиссией

Прежде всего необходимо обрисовать, что представляет собой та и другая трансмиссии. Гидромеханическая  трансмиссия (далее ГМТ) пришла на смену механической и отличается от нее фактически одним агрегатом — гидротрансформатором, который был изобретен немецким инженером Феттингером в 1905 г. и поставлен вместо сухого сцепления.

Гидротрансформатор передаёт энергию с помощью потока жидкости, преобразуя частоту вращения и крутящий момент подобно редуктору. Максимальный коэффициент трансформации составляет 2,4, то есть если двигатель передает на насосное колесо гидротрансформатора 100 Н*м, то с турбинного колеса будет сниматься уже 240 Н*м. Такой коэффициент достигается при очень быстром вращении насосного колеса и неподвижном турбинном, например, в начале движения машины, когда требуется максимальное тяговое усилие. По мере раскручивания турбинного колеса возникает момент, когда скорости обоих колёс сравняются, тогда гидротрансформатор переводится в режим гидромуфты при помощи механизма блокировки. Гидротрансформатор начинает работать подобно сухому сцеплению с максимальным КПД — 0,97, тогда как в режиме трансформации его КПД около 0,8. Режим блокировки эффективен при перемещении разрыхлённого грунта по прямой на значительное расстояние. Жидкость в гидротрансформаторе также сглаживает удары и резкое изменение скорости машины под воздействием нагрузки, предохраняя двигатель и агрегаты трансмиссии.

Гидротрансформатор агрегатируют с автоматической или механической коробкой передач. Некоторые производители используют в своих модельных рядах оба варианта. От коробки передач крутящий момент поступает на главную передачу с дифференциалом, далее к левому и правому планетарным бортовым редукторам через многодисковые бортовые фрикционы, отвечающие за поворот и остановку машины.

Таким образом, гидродинамическая трансмиссия состоит из многих достаточно массивных агрегатов, которые должны быть скомпонованы строго определённым образом.

В гидростатической трансмиссии (далее ГСТ) между двигателем и планетарным бортовым редуктором механические связи заменены гидравлическими. Двигатель через раздаточную коробку приводит регулируемые аксиально-поршневые насосные агрегаты левого и правого бортов, от которых рабочая жидкость по закрытым контурам независимо друг от друга нагнетается к регулируемым аксиально-поршневым гидромоторам, установленным на бортовых редукторах, и затем возвращается в насосы. В состав трансмиссии также входит электрогидравлическая и электронная аппаратура управления, радиатор для охлаждения, гидравлический бак с фильтром и система подпитки, обновляющая жидкость в гидроконтуре. Трансмиссия и рабочая гидросистема используют общий бак и заправляются одной жидкостью.

«Двигатель работает на постоянных оборотах, мы регулируем только объём рабочей жидкости, пропускаемый гидронасосом, при помощи план-шайбы. Причем регулируем независимо для правого и левого бортов. И точно также регулируются гидромоторы, — поясняет Александр Гладких, менеджер по продукции (землеройная, перевалочная и горная техника) ООО «Либхерр-Руссланд». — На скорости до 6 км/ч регулировка выполняется гидронасосом, на скорости более 6 км/ч регулировка выполняется гидромотором».

Большое значение для гидростатической трансмиссии имеет электроника, которая воспринимает управляющие сигналы от джойстика, сигналы от датчиков и вычисляет оптимальное положение шайб насосов и гидромоторов и отправляет сигналы электрогидравлической системе, управляющей шайбами для прямолинейного движения вперёд или назад, увеличения или снижения скорости, поворота, разворота противоходом гусениц.

Плюс электронный блок управления выполняет дополнительные служебные функции, как диагностика, разогрев рабочей жидкости при низкой температуре и т.д. Поэтому распространение ГСТ стало возможным благодаря развитию электроники.

Гидромеханическая трансмиссия: максимальная тяга и простота в эксплуатации

В целом, ГМТ — это всесторонне изученная, хорошо отработанная, доведённая почти до совершенства конструкция, неприхотливая в эксплуатации и обеспечивающая в сравнении с ГСТ больший ресурс, особенно в тяжелых условиях. В составе ГМТ используют агрегаты от одного производителя, рассчитанные на совместную работу, что гарантирует наилучшие эксплуатационные качества и упрощает обеспечение запчастями. Каждый агрегат ГМТ заправляется маслом отдельно, а рабочая гидросистема — своей рабочей жидкостью, возможна заправка всех агрегатов маслом одного сорта. В итоге расходы на масла и рабочую жидкость у бульдозера с ГМТ ниже, чем у аналога с ГСТ. В случае возникновения неисправности какого-либо агрегата, потери масла будут минимальны, что лучше и с экологической точки зрения.

В работе современные бульдозеры не менее легки и отзывчивы благодаря электрогидравлической системе управления, особенно в комплектации с автоматической КП. Отличие от ГСТ сохранилось только в повороте подтормаживанием одной из гусениц.

ГМТ обеспечивает большее тяговое усилие благодаря гидротрансформатору и лучший КПД за счёт блокировки гидротрансформатора, что особенно хорошо проявляет себя на тяжёлых работах и перемещении грунта на значительное расстояние. В этих условиях ГМТ проявляет все свои качества.

ГМТ неприхотливее в экстремальных условиях благодаря более щадящим допускам и посадкам в агрегатах трансмиссии, нежели в аксиально-поршневых гидроаппаратах, быстрее и проще разогреваются.

«Бульдозер с ГМТ ремонтопригоден вплоть до полевого ремонта силами владельца бульдозера, особенно в комплектации с механической КП. Агрегаты меняются целиком, что не требует от ремонтников особой квалификации. Затем агрегаты можно подвергнуть капитальному ремонту и восстановлению до состояния нового и даже не один раз. – поясняет Денис Куваев, директор по маркетингу ООО «ЧЕТРА». – Современные средства диагностики обеспечивают постоянный мониторинг работы агрегатов трансмиссии и позволяют заранее запланировать профилактический ремонт и подготовить необходимые запчасти, что сократит простой».

ГМТ не столь требовательна к качеству и чистоте масла, как ГСТ, кроме того, агрегаты трансмиссии менее подвержены загрязнениям, попадающим вместе с атмосферным воздухом, так как объём масла при нагреве-остывании меняется незначительно в сравнении с общим гидробаком ГСТ.  

Гидростатическая трансмиссия: манёвренность и компактность

Главное достоинство ГСТ – в непрерывной тяге, бесступенчатом изменении скорости и манёвренности, которые та обеспечивает бульдозеру. Машина не теряет тяги при повороте и разворачивается на месте противоходом гусениц, что делает её незаменимой в условиях, требующих частых манёвров под нагрузкой. При этом у современных бульдозеров с ГСТ КПД несколько ниже, чем у бульдозеров с ГМТ: в среднем 0,7-0,76 против 0,8-0,86. Конструктивно ГСТ состоит из меньшего количества агрегатов, а сами агрегаты значительно компактнее и легче. Это решает проблему компоновки машин малого класса, потому гидростатика и получила здесь максимальное распространение. Но сами агрегаты сложнее и дороже в производстве, так как основной узел гидромашины включает прецизионные пары плунжер-втулка.

Ремонт и настройку ГСТ способен выполнить только квалифицированный специалист, оснащенный диагностической аппаратурой, программным обеспечением, инструментами и оснасткой, и желательно в стационарных условиях. То есть, для эксплуатации бульдозера с ГСТ нужен доступ к квалифицированной сервисной поддержке, и сегодня это важнее влияния окружающей среды. Несмотря на развитие программного обеспечения, для запуска в работу при низкой температуре для ГСТ требуется гораздо больше времени, чем для ГМТ. В составе ГСТ могут использоваться агрегаты от разных производителей, что несколько осложняет ремонт, настройку и формирование запаса запчастей. Агрегаты разрабатывает и выпускает достаточно узкий круг специализированных зарубежных производителей гидроаппаратуры, что в своё время позволило некоторым производителям дорожно-строительной техники создать свои линейки бульдозеров и выйти на этот рынок, хотя раньше они не занимались этим видом техники.

Ресурс и надёжность ГСТ напрямую зависит от качества и чистоты рабочей жидкости, при этом у трансмиссии общий объём с рабочей гидросистемой. То есть, дорогую рабочую жидкость нужно закупать из расчёта общего объёма, а менять её придётся чаще из-за «дыхания» бака гидросистемы.

Для бульдозеров малого класса часто рассматривается ГСТ, так как решает основную проблему компактной машины — компоновку. Бульдозер с ГСТ хорошо себя покажет на легких работах, требующих манёвренности с циклическим перемещением на коротком плече. При эксплуатации бульдозера с ГСТ желательно, чтобы специалист-ремонтник и склад запчастей были под рукой.

Бульдозер с ГМТ – признанный лидер на тяжелых работах, в сложных климатических и грунтовых условиях, в удалении от ремонтных баз, так как он менее требователен к эксплуатационным материалам и гораздо проще в ремонте. Однако есть настолько удачные модели с ГМТ, которые прекрасно себя чувствуют в обоих мирах — на работах с максимальной нагрузкой и там,  где требуется управляемость и манёвренность. Гидромеханическую трансмиссию на тяжелой бульдозерной технике используют все крупнейшие мировые, в т.ч. российские производители, такие как Caterpillar, Komatsu, Dressta, ЧЕТРА.