Вариоколесо и его перспективы для автомобилей (стр. 2 из 2)

Рис. 2. Принципиальная схема гибридного силового агрегата автомобиля (автобуса) с использованием вариоколес (рисунки в формате AutoCAD, 235 кб)

Принципиальная схема наиболее общего случая – гибридного силового агрегата автомобиля (автобуса) с использованием вариоколес представлена на рис.2. Здесь двигатель 1 со сцеплением 2 приводит во вращение как ведущую шестерню 3 главной передачи, так и супермаховик 4 через соответствующую передачу с муфтой сцепления. Главная передача содержит реверс в виде зубчатой или кулачковой муфты 5, подключающей полуосевые колеса переднего 6 или заднего 7 хода к полуоси 8, приводящей вариоколеса 9. В серединном положении муфты 5 включена нейтраль.

Выше уже было упомянуто, что передаточное отношение главной передачи близко к единице, поэтому момент на ней и ее габариты весьма невелики; в частности, момент, передаваемый полуосью практически вдвое меньше момента на первичном валу трансмиссии после сцепления. Для сравнения можно отметить, что конические колеса 3, 6 и 7 по размерам близки к ведущим шестерням главных передач легковых автомобилей, рассчитанных на близкий крутящий момент. Аналогичные размеры будут иметь и подшипники этих колес; таким образом пространство по высоте, занимаемое данной главной передачей – реверсом вполне может вписаться в толщину пола автобуса, т.е. высоту несущих элементов.

Здесь не рассматривается принцип работы гибридного силового агрегата автомобиля, об этом можно прочесть, в частности, в журнале «Грузовик...» (№1, 2000г.) в статье Н.В.Гулиа и С.А.Юркова «Гибридные силовые агрегаты автомобилей», где приводится их подробный анализ. Заметим, что для превращения гибридной схемы в обычную следует лишь устранить супермаховичный накопитель и соответствующий привод к нему. Двигатель в этом случае будет примерно в 2 раза мощнее, чем в гибриде. Для превращения схемы по рис.2 в схему электромобиля новой концепции, следует устранить двигатель со сцеплением, а супермаховичный накопитель снабдить встроенным разгонным электродвигателем, питаемым от любого источника электроэнергии, в частности, от топливных элементов (статья Н.В.Гулиа и С.А.Юркова «Новая концепция электромобиля».

Рис. 3. Схема компоновки автобуса с мотор-колесами и независимой подвеской (рисунки в формате AutoCAD, 235 кб)

Применение вариоколес может обеспечить существенные компоновочные преимущества даже в сравнении с мотор-колесами. Рассмотрим, например, наиболее перспективную схему компоновки автобуса, имеющего низкий уровень пола – всего 320мм, с мотор-колесами и независимой подвеской фирмы ZF (рис.3). Ширина прохода 900мм – это все, что может обеспечить схема с мотор-колесами. Следует иметь в виду, что генератор и частотные преобразователи (либо инверторы), имеющие значительные массы и габариты, обязательно присутствуют в конструкции.

Рис. 4. Схема компоновки автобуса с вариоколесами и независимой подвеской (рисунки в формате AutoCAD, 235 кб)

В схеме с вариоколесами (рис.4) благодаря малым осевым размерам, не выходящим за осевые габариты колеса, при той же высоте пола обеспечивается увеличенная примерно на 300мм ширина прохода, устраняются тяговые двигатели мотор-колес, генератор, преобразователи; повышается КПД привода и диапазон изменения крутящего момента, особенно важные в гибридной схеме, где требуется двойное прохождение энергии через привод – от накопителя к колесам и при рекуперации энергии в обратном направлении. Максимальный крутящий момент, передаваемый вариатором, значительно превосходит развиваемый тяговым двигателем данных размеров, что обеспечивает высокие тяговые усилия и динамику машины.

При этом подвод вращения к вариоколесу 1 может быть осуществлен, в случае независимой подвески, не зависящим от положения пола или изменений его высоты (кстати, весьма небольших у регулируемой пневмоподвески автобуса). Достигается это фиксацией главной передачи 5 и полуосей 2 в полу машины 3 и связи их с входным валом вариоколеса качающимся цилиндрическим редуктором 4, как показано на рис.4 справа. Пол может в этом случае занимать различные по высоте положения относительно дороги, соответственно 3а и 3б, с передачей вращения от полуосей на вход вариоколеса. Обкат цилиндрических колес качающегося редуктора, теоретически изменяющий передаточное отношение от главной передачи но обод колеса, практически не влияет (как и поворот машины) на момент, передаваемый вариоколесом из-за «мягкой» характеристики вариатора. Заметим, что для машин повышенной проходимости данная схема может быть «перевернута» на 180 градусов и низкий клиренс, целесообразный для автобусов, заменен на высокий, необходимый для хорошей проходимости.

Применение вариоколес из-за возможностей несложного достижения высоких передаточных чисел (бортовым редуктором, вариатором, качающимся редуктором) позволяет использовать быстроходные малогабаритные двигатели без риска увеличения передаточного числа и радиальных габаритов главной передачи, с сохранением ее передаточного числа, близкого к единице и выполнением минимальных радиальных габаритов быстроходной низкомоментной главной передачи – реверса, которую целесообразно выполнять конической с круговым зубом.

Можно считать перспективным замену сцепления двигателя высокомоментным синхронизатором с размещением сцепления с пневматическим управлением непосредственно в вариоколесе, в свободном пространстве между бортовым редуктором и ободом колеса, что должно повысить ресурс всей трансмиссии, так как нагружение ее происходит при уже создавшемся масляном клине.