Гидропривод… Тормозов? Навесного? Тяги!

В статье «Тяговые альтернативы» читателям была предоставлена возможность рассмотреть перечень источников тяги, устанавливаемых на колесные транспортные средства для дополнения ДВС.
Из всего списка основных и вспомогательных (относительно мощности штатного ДВС) устройств такого рода наименее известным «запасным» источником тяги автотранспорта является гидропривод.

Mercedes-Benz Actros 4165 SLT

В самом деле, основанный на использовании аккумуляторных батарей смешанный привод представляют хорошо – скажем, в разрезе пассажирского транспорта да и развозных грузовичков. Дизель-электрические решения суть карьерные тягачи. Об успехах емкостных накопителей просим поверить автору нá слово. Наряду с присущими рельсовому электротранспорту решениями (наземный токосъем APS, CatFree, TramWave, индукционное Primove) в линейке предложений по прохождению трамваями участков без контактной сети они становятся все заметнее (поскольку вагонами с такими вот «примочками» начал отоваривать Китай, получивший право тиражирования соответствующих европейских разработок).

Еще одна причина укрупненного рассмотрения гидропривода – робкий отечественный опыт его создания и обкатки (по примеру, скажем, подготовки для городского ЛиАЗ-5256 мат. модели маховичного накопителя и проведения подобных испытаний ранее, еще на «головастике» УАЗ-451). По данным известного ученого в области смешанных приводов автотранспорта Н.В. Гулиа, опытный автобус (ЛАЗ) с вспомогательным гидроприводом по расчетам Курского политехнического института (где он тогда работал) и при участии завода «Гидропривод» из белорусского Гомеля в 1970-е годы был построен одновременно с Volvo.

Определений же у вспомогательного гидропривода транспортного средства полным-полно: дизель-гидравлический, гидростатический либо гидрогибридный, еще называемый гидрообъемной передачей, как и гидридом, а также гидрогазовым накопителем. «Конструктор» этот в общем и целом состоит из гидромашины (гидравлический узел «насос-мотор»), гидропневматического накопителя (-ей), масляного бака.

Основные компоненты вспомогательного тягового гидропривода: бак с рабочей жидкостью, ДВС (КП), гидромашина, карданный вал, гидро­пневмонакопитель.

Система управления

Красной нитью проходят высокие требования к «системам (электронного) управления» тяговыми гидроприводами. Главная их задача – «переженить» эту вспомогательную установку со штатным «движком», силовой передачей (в ряде случаев – сторонним «хранилищем» преобразованной энергии торможения), «присматривать» за перевоплощениями гидромашины из насоса в мотор. Задание усложняется при частичной зарядке гидропневмонакопителя либо при малых оборотах «движка» штатного в условиях одновременного регулирования загрузки гидромашины, продолжении ее использования на время остановки транспортного средства. Забегая вперед, скажем, что его решение дополнительно затрудняет «обвязка» вспомогательного тягового привода гидропневмонакопителями высокого/ низкого давления (и даже гидротрансформаторами).

Помимо снижения расхода углеводородного топлива к числу преимуществ вспомогательного тягового гидропривода относят длительный срок службы, подходящие массогабаритные значения, исключение «подсадки» зимой. На стоимости изготовления, особенно при освоении массового выпуска, положительно скажется отсутствие требуемых для электрохимических собратьев элементов таблицы Менделеева. Главное, энергию торможения автотранспорта (по-прежнему в основном рассеиваемую в виде тепла в атмо­сферу) гидропривод накапливает быстрее и в значительном объеме (до 70%). Эффективность такого подхода, кстати, отмечалась еще в ходе первоначальных испытаний (как и высокие требования к системе управления).

Конечно, в условиях частых троганий и остановок транспортного средства – суть городской цикл автобусов и коммунальных машин – целесообразно использование любого из вспомогательных источников тяги. Кстати, вспомогательный тяговый гидропривод также обеспечивает движение транспортного средства на определенное расстояние без использования двигателя внутреннего сгорания.

После нажатия педали тормоза, напостоянно связанная с трансмиссией (и потому находящаяся под воздействием кинетической энергии транспортного средства) гидромашина, как насос, перекачивает масло из бака в гидропневмонакопитель. Азот, которым заполнено пространство «по другую сторону» его поршня, сжимается (давление, к слову, может достигать 500 бар). При разгоне помимо двигателя внутреннего сгорания в создании тягового усилия участвует гидромашина, прокачивающая уже как мотор вытесняемое из гидропневмонакопителя масло. Совокупная мощность смешанного привода может существенно (до 1,5 раза) превышать указанную в паспорте «движка».

Eaton HLA

Bosch Rexroth – европейский лидер по разработкам тяговых гидроприводов – «заглубил», в немецком определении, Hydrostatisch Regenerativen Bremssystem (HRB) до параллельной и последовательной схем. В испытывавшейся коммунальной технике и на пассажирском подвижном составе имеет место параллельное, то есть одновременное использование ДВС и вспомогательного гидропривода для приведения транспортных средств в движение. При трогании и наборе скорости гидромашина, действующая как гидромотор, «вкладывается» в крутящий момент, снимаемый на карданном валу. В условиях торможения гидромашина, наоборот, закачивает, как насос, масло в гидропневмонакопитель. Высокое же давление рабочей жидкости позволяет создавать значительные крутящие моменты.

Если в 1973 г. доля автомобилей в энергопотреблении всех видов транспорта составляла менее 50%, то к 2011 г. она возросла до 75%.

Одно из главных отличий последовательной схемы действия HRB – наличие гидропневмонакопителей низкого и высокого давления. При замедлении автомобиля гидромашина «заправляет» маслом накопитель высокого давления, который уже при разгоне отдает накопленную таким способом энергию торможения.

Eaton HLA

Основные отзывы о представленных на выставке «КомТранс-2013» тяжелых грузовиках различного назначения касались сверхмощного «седельника» Mercedes-Benz Actros 4165 SLT и особенностях его привода, обеспечивающих трогание автопоезда полной массой до 250 т. Трехосный тягач MAN TGS 26.440 6*6H BLS тогда оставался в тени, хотя он оснащается не нуждающимся в переводе оборудованием HydroDrive. Возможности его чуть ограничены, ведь гидромоторы установлены в ступицах только передних колес, зато налицо товарный образец тяжелого грузового автомобиля с вспомогательным тяговым гидроприводом. Помощь его, кстати, когда требуется ? В первую очередь при движении по «пересеченке», стройплощадкам, а также по наклонным участкам и в условиях низкого сцепления с дорожным покрытием. Приведение в действие и отключение вспомогательного тягового гидропривода HydroDrive (в том числе под загрузкой) производится водителем из кабины.

К 2050 г. количество автомобилей на планете может увеличиться вдвое, достигнув 2 млрд. ед.

Линейку своих известных КП так называемой «гидрообъемной передачей» (Hydraulic Launch Assist, HLA) дополнил и «чистый американец» Eaton. Возникновению тягового усилия в этом случае также способствует гидромашина, связанная с ДВС и «карданом». Действуя как гидромотор, она участвует в создании тягового момента, дополняя ДВС; превращаясь при торможении в гидронасос, закачивает рабочую жидкость из бака в гидропневмонакопитель. 

MAN TGS 26.440 6*6H BLS

Принципиальные схемы гидропривода

Движение (в том числе при разгоне и на подъем) может обеспечиваться как в смешанном ключе, с параллельным приводом колес от ДВС и гидромашины, так и одной гидрообъемной передачей (HLA). К слову, по итогам испытаний (в Денвере, США) американского же (Peterbilt) мусоровоза с HLA, отмечена ее совместимость с АБС в зимних условиях. Указано также на меньший износ тормозных колодок, некоторое снижение нагрузки ДВС и износа узлов главной передачи. К слову, по гидравлике Eaton очень «в теме». Далеко находится? «Для резвой лошади не круг», да и гидрокомпенсаторы для новых двигателей УМЗ (EvoTech) как раз от Eaton поступают.

Общемировое потребление топлива, используемого для нужд транспорта, с 1970 г. выросло вдвое.

До начавшегося в 2009 г. экономического спада компания Eaton рассматривала возможность использования ДВС для привода гидронасоса, то есть создания дизель-гидравлической наподобие хорошо известной дизель-электрической (в которой «движок» служит для питания генератора) установки. Аккумулирование гидропневмонакопителем выделяющейся при торможении энергии, как и присутствие гидромашины для создания тягового усилия, сохранялось.

MAN TGS 26.440 6*6H BLS

Выходит, вспомогательному тяговому гидроприводу – «зачет»? Почему же тогда его «трудоустройство» (особенно в тяжелом классе) ограничено опытной эксплуатацией единичных образцов? Может, одна из причин – отличие в требованиях к токсичности дизелей коммунально-строительных машин?

Особенность гидрообъемного привода, разработанного голландским Innas (гидронасосы, гидромоторы) совместно с высшей технической школой немецкого г. Аахен, – использование в колесных (!) гидромашинах многообещающего принципа «плавающих цилиндров». Кроме того, приводимый в действие ДВС «чистый» гидронасос (в отличие от работающей с «движком» «двуликой» (насос-мотор) гидромашины, описанной выше) закачивает рабочую жидкость в гидропневмонакопитель высокого давления. Схему заметно дополняют гидротрансформаторы на осях, обеспечивающие изменение давления рабочей жидкости, подаваемой в колесные гидромашины. При достижении максимального давления (продолжающемся торможении) происходит ее перепуск в гидропневмонакопитель низкого давления.

Таблица 1. Предельно допустимое содержание вредных веществ в отработавших газах дизельных двигателей внедорожной и самоходной техники (тракторы, дорожно-строительные машины и т. п.)
Уровень Год ввода в странах – членах ЕС Выбросы, г/кВт.ч
СО2 СН NOx Твердые частицы (РМ)
Stage I 1999 5,0 1,3 9,2 0,54
Stage II 2002 3,5 1,0 6,0 0,2
Stage IIIА 2006 3,5 4,0  
Stage IIIB* 2011   0,19 2,0 0,025
Stage IV* 2014     0,4  

*Stage IIIB, IV гармонизированы с американскими Tier 3 и 4 соответственно.

О массогабаритных значениях этой разработки говорят (одинаковые) рабочие объ­емы всех 4 гидромашин(ок) – по 56 «кубиков» (как и пары осевых гидротрансформаторов). Иными словами, пока Genshock годится только для младших классов автотехники.

Таблица 2. Укрупненное отображение степени распространения вспомогательного тягового гидропривода транспортных средств различного назначения
  Коммунальная техника Коммерческий транспорт Подвижной состав общественного транспорта
Опытный либо поставочный образцы автотехники Для г. Берлин, Денвер (до 2010 г.) MAN HydroDrive (2013 г.), Peugeot Citroёn* Irisbus Hynovis (2008 г.)
Разработки ZF (Genshock), Innas/Рейнско-Ветсфальская техническая школа, Parker Hannifin Corp. (Parker Hydraulic Technology, для 150-кВт(ного) Cummins)

*Начало продаж (пока в объеме легкового С3 Hybrid Air) намечено на 2016 г.

ZF, известнейший изготовитель ключевых (всевозможные КП, мосты и др.) узлов для транспортных средств различного назначения, разработал получившую название Genshock подвеску, обеспечивающую преобразование кинетической энергии ее колебаний в электрическую.

Каким образом? Путем установки на амортизатор… малогабаритного узла, состоящего из генератора и гидромотора. При колебаниях кузова (особенно во время движения по бездорожью) поток рабочей жидкости, вызываемый перемещениями поршня амортизатора, поступает в гидромотор, который приводит в действие генератор. Вырабатываемая таким образом электроэнергия подпитывает аккумуляторную батарею (то есть электрическое зарядное устройство). Как видим, наряду с отсутствием гидромашины предложение ZF существенно отличается от рассмотренных выше, в которых:

  1. запасалась энергия торможения;
  2. для этого использовался гидропневмонакопитель.
Mercedes-Benz Actros 4165 SLT

Добавим, что «коленкор» размещения вспомогательного тягового гидропривода легко повторить как у «каблучков», так и пассажирских либо грузовых микроавтобусов (особенно выпускаемых на одном предприятии, как Fiat/PSA в итальянском Валь-ди-Сангро). Тот же масляный бак легко «прописать» у заднего моста. Гидро­пневмонакопитель (объ­емом 10–80 л в зависимости от разновидности транспортного средства) «поселяется» под днище кузова. Вес вспомогательного гидропривода, скажем, мусоровоза – около 600 кг.

УЗЛЫ, АГРЕГАТЫ, КОМПОНЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ТРАНСПОРТ Гидравлика Двигатель Экология
Виталий Орлов Основные Средства 01'2015 17 декабря 2015

Комментарии (0)

Компании
ООО «ИнСпецТехника» (812) 309-260-97, 309-26-12 www.ist-holding.ru
TII Group (495) 665-63-72 www.tii-group.com