1

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.

2

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.

3

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.

4

4. Symbole graficzne.

5

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.

6

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

7

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.

8

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,

9

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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

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