background image

 

Wykład: Układy napędowe 2 – kurs powtórkowy 

Prowadzący: Prof. dr hab. inż. Piotr Dudziński, prof. zw. PWr 

Student: Bartosz Suski 187867 

Kierunek: MBM 

Rok/Semestr: IV / 7 

HYDROSTATYCZNE UKŁADY NAPĘDOWE 

1.  NAPĘD HYDROSTATYCZNY 

Układ napędowy pojazdu wykorzystujący przekładnie hydrostatyczne. Źródłem napędu przekładni 

jest silnik pojazdu, a moment obrotowy na koła przekazują silniki hydrauliczne w nich zamontowane.  

Taki układ pozwala na osiągnięcie bardzo dobrych właściwości trakcyjnych dzięki możliwości 

niezależnej regulacji momentu obrotowego każdego koła podczas jazdy, w zależności od potrzeb. 

 

Schemat blokowy napędu hydrostatycznego 

 

 

Oznaczenia na schemacie: 

 

N1 – moc wejściowa, (doprowadzana do napędu) 

 

N2 – moc wyjściowa, (otrzymywana z napędu) 

 

Nt – moc tracona na napędzie. 

 

 

 

background image

 

2.  Korzyści wynikające ze stosowania hydrostatycznych układów napędowych: 

 

– łatwość przenoszenia napędu od silnika spalinowego do kół, unikanie  zwiększających masę i 

gabaryty wałów napędowych,  

– płynna zmiana przełożenia przekładni,  

– wykorzystywanie dużego obszaru pracy silnika spalinowego,  

– eliminacja rozłączalnych sprzęgieł, skrzyń biegów, przekładni rozdzielczych za  
silnikiem napędowym, ze względu na możliwość montażu wielu pomp w osi wału,  

– eliminacja przekładni rozdzielczych za skrzyniami biegów, ze względu na  łatwość 

przenoszenia napędu, wykorzystując energię hydrauliczną cieczy, 

– optymalizacja realizowania napędu odwróconego i możliwość zabezpieczenia silnika 

napędowego przed rozbieganiem podczas tego napędu,  

– zabezpieczenie silnika napędowego przed przeciążeniem,  

– możliwość realizowania jazdy z automatyczną zmianą przełożenia,  

– szeroki zakres prędkości obrotowych wałów silników hydraulicznych. 

 

3.  Podstawowe pojęcia. 

 

3.1 Pompy. 

Maszyny zmieniające energię mechaniczną na energię cieczy. 

 
3.1.1 Pompy wyporowe. 

Charakteryzuje je szczelne oddzielenie przestrzeni ssawnej od przestrzeni tłocznej za pomocą 

specjalnego elementu, którego nacisk na ciecz powoduje powstanie ciśnienia w cieczy, a przesuwanie 

nadaje cieczy ruch. 

W pompach wyporowych rozróżnia się 2 następujące po sobie fazy pracy

1)  Ssanie, podczas którego ciecz wpływa do komory pompy pod wpływem podciśnienia 

wytworzonego przez ruch odpowiedniego elementu. 

2)  Tłoczenie, podczas którego ciecz wypierana jest z komory pompy do przestrzeni tłocznej, 

także przez ruch odpowiedniego elementu. 

 

*Praca pomp wyporowych odbywa się w sposób cykliczny, co powoduje występowanie pulsacji 

ciśnienia i przepływu cieczy. 

 

 

background image

 

3.1.2 Pompy zmiennej i stałej wydajności. 

Pompy stałej wydajności, to te których wydajność na jeden obrót wału napędzającego jest stała i nie 

może zostać zmieniona. Pompy zmiennej wydajności pozwalają na zmianę wydajności odpowiadającej 

jednemu obrotowi wału napędzającego. Regulacja ta może być ręczna lub automatyczna. 

 

3.1.3 Rodzaje pomp wyporowych. 

Pompy wyporowe możemy podzielić na 3 główne grupy: 
   - pompy zębate, 

   - pompy tłoczkowe, 

   - pompy łopatkowe.  

 

3.2 Silniki wyporowe. 

Idea ich działania jest odwrotnością zasady działania pomp wyporowych. Silnik hydrauliczny zamienia 

energię doprowadzanej cieczy na energię mechaniczną (doprowadza się ciecz po ciśnieniem, a z wału 

odbiera napęd). 

 

*Cykliczność pracy silników może objawiać się wahaniami momentu na wale wyjściowym. (Wahania 

prędkości obrotowej i chłonności w czasie) 

 

3.2.1 Silniki o stałej i zmiennej chłonności. 

Analogicznie do pomp wyporowych o stałej i zmiennej wydajności. Abo możemy regulować chłonność 
na jeden obrót wału, albo jest to niemożliwe – chłonność jest stała. 

 

3.2.2 Rodzaje silników wyporowych. 

- silniki zębate, 

- silniki tłoczkowe, 

- silniki łopatkowe. 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

4.  Symbole graficzne. 

 

 

background image

 

5.  Przykłady wykorzystania napędów hydrostatycznych. 

3.1 Przykłady mini ładowarek kołowych o skręcie burtowym: a) Volvo, b) Caterpillar 

 

Uproszczone schematy hydrauliczne hydrostatycznych układów napędowych jazdy maszyn o skręcie 
burtowym (wymagającym różnicowania prędkości kół/gąsienic po lewej i prawej stronie pojazdu): 

 

a)  wariant I – układ z jedną pompą hydrauliczną o zmiennej wydajności  i dwoma silnikami 

hydraulicznymi o zmiennej chłonności, 

 
b)  wariant II – układ  z dwiema pompami hydraulicznymi o zmiennej wydajności i dwoma 

silnikami hydraulicznymi o stałej chłonności (równoległe połączenie pomp), 

 
c)   wariant III – układ  z dwiema pompami hydraulicznymi o zmiennej wydajności  i dwoma 

silnikami hydraulicznymi o stałej chłonności (połączenie pomp na wspólnym wale), 

 
d)  wariant IV – układ  z dwiema pompami hydraulicznymi o zmiennej wydajności i dwoma 

silnikami hydraulicznymi o zmiennej chłonności oraz jedną pompą do układu skrętu. 

 

background image

 

3.2 Sześciokołowy pojazd brytyjskich wojsk desantowych Supacat MK111, wykorzystujący skręt 
burtowy i posiadający hydrostatyczny układ napędowy 

 

Schematy ideowe hydrostatycznego układu napędowego (wg wariantu II) trójosiowego pojazdu wysokiej 
mobilności o skręcie burtowym:  

a)  szosowy tryb jazdy – szeregowe połączenie silników; 
b)  terenowy tryb jazdy – równoległe połączenie silników; 

 

 

Oznaczenia na rysunkach: 
1 – lewa burta pojazdu;  
2 – prawa burta pojazdu;   
3 – pompa główna zasilania układu hydraulicznego;  
4 – pompa układu skrętu;   
5 – dzielnik przepływu podwójny;  
6 – dzielnik przepływu potrójny 

background image

 

Schemat hydrostatycznego układu napędowego trójosiowego  pojazdu wysokiej mobilności o skręcie 
burtowym, wykorzystany m.in. w Supacat MK111: 

 

 
 
 

5.3 Pojazd LEWIATAN (Lekki wielozadaniowy pojazd pływający) wykorzystujący napęd 

hydrostatyczny i zwrotnicowy system skrętu. 

 

 

Produkcja:  współpraca firm BIBUS MENOS, HYDROMEGA oraz Wojskowego Instytutu 
Techniki Pancernej i Samochodowej.  
 
Wykorzystanie:  zarówno jako nośnik niewielkich ładunków (do 1,5 t) jak również jako 
pojazd bazowy - nośnik narzędzi lub osprzętów roboczych do wykonywania prac 
inżynieryjnych.  
Dobre właściwości trakcyjne w trudnodostępnym terenie jak również zdolność pokonywania 
przeszkód wodnych zdecydowanie rozszerza zakres realizowanych przez pojazd prac.  
 
 

background image

 

Układ napędowy: w pojeździe tym koła napędowe są niezależne napędzane hydraulicznymi  
silnikami gerotorowymi stałej chłonności, zasilanymi pompą zmiennej wydajności sterowanej 
za pomocą serwozaworu. W czasie wyjeżdżania pojazdu z przeszkody wodnej możliwa jest 
jednoczesna praca  śrub napędowych i wybranych silników kół.  
 
W układzie zastosowano specjalne zawory, bloki sterujące osiami napędowymi umożliwiające:  
 

– włączanie i wyłączanie poszczególnych silników,  
– synchronizację pracy kół napędowych,  
– skręt w miejscu, przez napęd silników jednej strony  pojazdu do przodu, a drugiej  
strony do tyłu,  
– skręt i wybór kierunku pływania,  
– wybór kierunku jazdy pojazdu.  
 

Do zasilania wspomagania układu kierowniczego, hamulcowego oraz odbiorników 
zewnętrznych zainstalowano za pompą główną pompy pomocnicze stałej wydajności.  
Sterowanie przekładnią hydrostatyczną realizowane jest poprzez elektroniczny układ  
automatycznej zmiany przełożenia oddziaływujący na wydajność pompy. Ze względu na  
wymaganą rozpiętość przełożeń i zastosowanie silników o stałej objętości roboczej wybór  
wstępny przełożeń terenowych lub szosowych dokonuje się przez odłączanie silników 
kolejnych osi. Uzyskuje się w ten sposób zmienną, sumaryczną chłonność silników.  

 
_____________________________________________________________________________________________________________________ 
 

 

Uproszczony schemat układu napędowego pojazdu Lewiatan 

 

Oznaczenia na schemacie: 
1, 2, 3 - bloki sterujące osiami napędowymi,  
4 - blok sterujący układu pływania,  
5 - silnik hydrauliczny napędu  śruby pływania,  
6 - silnik hydrauliczny napędu kół, 
7 - zespół pomp zasilających z silnikiem spalinowym, 

background image

 

8 - blok priorytetowy rozdziału mocy, 
9 - blok hydrauliczny układu kierowniczego,  
10 - blok hydrauliczny układu hamulcowego,  
11 - blok hydrauliczny zasilania urządzeń zewnętrznych,  
12 - zespół chłodzące filtrujący,  
13 - zbiornik oleju,  
14 - wyjście zewnętrzne do zasilania narzędzi hydraulicznych.  

 
Charakterystyka trakcyjna pojazdu przy różnych wariantach przeniesienia napędu na koła 
napędowe pojazdu: 

 

1 – napęd realizowany przez 6 silników 
2 – napęd realizowany przez 4 silniki 
3– napęd realizowany przez 2 silniki 
 

6.  Ogólne schematy budowy przekładni hydrostatycznej w napędzie pojazdów kołowych z 

napędem na jedną oś. 

 

1. Przekładnia hydrostatyczna zblokowana 

- Przekładnia hydrostatyczna zastępuje klasyczną, zębatą skrzynię biegów, 

- Reszta układu napędowego mechaniczna (wały przegubowe, most napędowy, itp.), 

- Mało wykorzystane możliwości przekładni, 

- Możliwość zastosowania szybkoobrotowych silników wyporowych, 

- Ułatwione sterowanie przekładni, 

- Możliwe budowanie przekładni w układach z rozgałęzieniem mocy. 

background image

10 

 

 

2. Przekładnia hydrostatyczna z silnikiem wyporowym umieszczonym przy moście napędowym 

- Swoboda przy projektowaniu całego pojazdu, 

- Możliwość stosowania szybkoobrotowych silników wyporowych (zwłaszcza gdy zastosuje się 
zwolnice przy kołach). 

 

_____________________________________________________________________________________________________________________ 

 

3. Przekładnia hydrostatyczna rozdzielona z silnikami wyporowymi umieszczonymi przy kołach i 

napędzającymi je za pośrednictwem przekładni zębatych redukujących. 

- Bardzo duża swoboda przy projektowaniu ogólnego układu pojazdu, 

- Przy odpowiedniej przekładni redukującej istnieje możliwość zastosowania szybkoobrotowych 

silników wyporowych. 
 

 

background image

11 

 

 

4.Przekłądnia hydrostatyczna rozdzielona z silnikami wyporowymi umieszczonymi w kołach. 

- Rozwiązanie podobne jak w pkt.3 ale wyeliminowano przekładnie zębate regulujące kosztem 

zastosowania silników wyporowych wolnoobrotowych, 

- Trudności z blokowaniem napędu kół (przy różnych obciążeniach poszczególnych kół może wystąpić 

poślizg jednego koła i utrata napędu, spowodowana popłynięciem całej cieczy do koła ślizgającego się), 

- Efekt blokowania kół można uzyskać stosując specjalny zawór – dzielnik strumienia (obniża 
sprawność, dość kosztowny). 

 

_____________________________________________________________________________________________________________________ 

 

5.Przekłądnia hydrostatyczna podwójna rozdzielona z niezależnym napędem obu kół z 

reduktorami zębatymi. 

- Dwie niezależne przekładnie hydrostatyczne (wyeliminowany problem blokowania kół), 

- Wysoki koszt układu (podwójne zespoły). 

 

background image

12 

 

 

6.Przekładnia hydrostatyczna podwójna rozdzielona z niezależnym napędem obu kół z silnikami 

umieszczonymi w kołach. 

- Silniki wolnoobrotowe, 

- Wady i zalety jak w rozwiązaniu z pkt.5. 

_____________________________________________________________________________________________________________________ 

Oznaczenia na rysunkach: 

1 – silnik spalinowy 

2 – pompa wyporowa 
3 – silnik wyporowy 

4 – mechaniczny most napędowy 

5 – reduktor zębaty 

_____________________________________________________________________________________________________________________ 

7.  Ogólne schematy budowy przekładni hydrostatycznej w napędzie pojazdów kołowych z 

napędem na obie osie. 

 

 

1.Przekładnia hydrostatyczna zblokowana. 

background image

13 

 

 

2.Przekłądnia hydrostatyczna rozdzielona z silnikami umieszczonymi  przy mostach 

napędowych. 

 

3.Przekłądnia hydrostatyczna rozdzielona z silnikami umieszczonymi przy kołach, bądź 

wbudowanymi w koła. 

 

4.Przekładnia hydrostatyczna podwójna rozdzielona z niezależnym napędem obu mostów i 

silnikami umieszczonymi przy mostach napędowych. 

background image

14 

 

 

8.  Przekładnia hydrostatyczna podwójna rozdzielona z niezależnym napędem obu mostów i 

silnikami umieszczonymi przy/w  kołach. 

_________________________________________________________________________________________________________________ 

Oznaczenia na rysunkach: 

1 – silnik spalinowy 

2 – pompa wyporowa 

3 – silnik wyporowy 

4 – skrzynia rozdzielcza zębata 

5 – mechaniczny most napędowy 

_________________________________________________________________________________________________________________ 

 

9.  Schematy blokowania niezależnego kół (wg. Firmy Paclain). 

 

1.Blokowanie kół w pojeździe z napędem na 2 koła. 

background image

15 

 

 

2.Blokowanie napędu osi w pojeździe z napędem na 4 koła. 

 

3.Blokowanie napędu kół i osi  w pojeździe z napędem na 4 koła. 

_____________________________________________________________________________________________________________________ 

Oznaczenia na rysunkach: 

1 – pompa wyporowa, 

2 – silniki wyporowe napędzające koła, 

3 – zawory, dzielniki strumienia 

_____________________________________________________________________________________________________________________ 

 Bibliografia: 

1.  „Hydrostatyczne układy napędowe w bezzałogowych pojazdach lądowych” Adam Bartnicki, 

Andrzej Typek, Instytut budowy maszyn, Wydział Mechaniczny, WAT, Warszawa 
 

2.  „Koncepcja hydrostatycznego układu napędowego dla bezzałogowej platformy lądowej o skręcie 

burtowym” Adam Bartnicki, Tomasz Muszyński, Napędy i sterowanie, nr 6, czerwiec ‘12 
 
 

background image

16 

 

3.  „Napęd i sterowanie hydrauliczne” Zbigniew Szydelski, WNT,  Warszawa 1970 

 

4.  „Pojazdy Samochodowe – napęd i sterowanie hydrostatyczne” Zbigniew Szydelski, WNT, 

Warszawa 1999 
 

5.  „Napęd i sterowanie hydrauliczne w pojazdach i samojezdnych maszynach roboczych”  Zbigniew 

Szydelski, WNT, Warszawa 1980