Почему погрузчик, упершись в штабель, давит на него сильнее, чем может дать двигатель? Меняй нагрузку и обороты, смотри на поток масла между насосом, турбиной и реактором и включай блокировку.
У легковой машины с механикой между двигателем и коробкой стоит сухое сцепление: диски прижаты пружиной и крутятся как одно целое, а чтобы тронуться, водитель плавно их отпускает. Погрузчику, бульдозеру и карьерному самосвалу так нельзя: они трогаются с огромным грузом по сто раз за смену. Поэтому у них стоит гидротрансформатор. Насосное колесо, соединенное с двигателем, разгоняет масло и бросает его на лопатки турбины. Турбина крутит вал коробки. Масло с турбины попадает на неподвижные лопатки реактора, тот разворачивает струю и снова направляет ее в насос. Реактор опирается на корпус и добавляет свой момент к моменту двигателя, поэтому на турбине момент больше, чем на насосе.
Отношение оборотов, отношение моментов и их произведение, КПД. Числа под формулами берутся из опыта. Как устроена обычная зубчатая пара и почему у нее момент и обороты меняются строго обратно, смотри в теме «Зубчатая передача».
Насколько тяжело машине?
Делим обороты турбины на обороты насоса. У зубчатой передачи это число задано зубьями, а здесь его выбирает нагрузка: тяжелее машине, меньше i.
Во сколько раз вырос момент?
Момент на турбине делим на момент на насосе. При i = 0 это самое большое число, у машин 2–3. По мере разгона K падает до 1, и дальше гидротрансформатор работает как простая гидромуфта.
Сколько мощности дошло до коробки?
Мощность равна моменту, умноженному на угловую скорость. Момент вырос в K раз, скорость упала в 1/i раз, поэтому доля мощности на выходе K · i. Остальное превратилось в тепло масла.
Масло в торе ходит по кругу, и на него действуют три колеса. Насос закручивает поток, турбина забирает закрутку, реактор разворачивает струю. Сумма моментов на масле за круг равна нулю, значит Mт = Mн + Mр. Реактор жестко держится за корпус машины, его момент добавляется к моменту двигателя. Энергию он не добавляет: он не вращается и работу не совершает.
Когда турбина разгоняется до i ≈ 0,85, струя начинает бить в реактор с обратной стороны. Чтобы он не тормозил поток, его ставят на муфту свободного хода: реактор просто начинает крутиться вместе с маслом, и K становится равным 1. Это точка перехода в режим гидромуфты.
Даже в режиме муфты насос и турбина проскальзывают на 2–5 %. На длинном ровном перегоне это лишние литры топлива и тепло, поэтому на ходу насос и турбину соединяют фрикционной муфтой. Это и есть блокировка.
Ковш врезается в штабель, машина почти стоит, а двигатель не глохнет: турбина замедлилась, момент на колесах вырос в 2–3 раза. Водитель не трогает сцепление ни разу за смену.
Отвал набирает грунт, нагрузка скачет каждую секунду. Гидротрансформатор сам подстраивает момент и гасит рывки, которые иначе ломали бы шестерни коробки и бортовых.
Трогается с грузом на подъеме через гидротрансформатор, а на первой или второй передаче включает блокировку и дальше едет напрямую, как с механической коробкой.
Машину держат на тормозах, ставят передачу и газ до упора, не дольше 20–30 с. Обороты двигателя в упоре сравнивают с паспортными: низкие говорят о слабом двигателе, высокие о проскальзывании в коробке или износе гидротрансформатора.
Долгая работа в упоре превращает сотни киловатт в тепло. Если датчик температуры масла гидротрансформатора уходит выше 120 °C, оператор должен разгрузить машину и дать маслу остыть на холостых.
Тот же принцип в маленьком размере. Машина стоит на светофоре на передаче D и не глохнет: турбина стоит, насос крутится, масло проскальзывает.
Характеристика взята типичная для комплексного гидротрансформатора погрузчика: K в упоре 2,7, точка перехода в режим муфты при i = 0,85. Момент насоса считается пропорциональным квадрату оборотов, он немного падает с ростом i. Двигатель держит заданные обороты при любой нагрузке, хотя в жизни в упоре они проседают. КПД блокированного режима принят 98 %. Поток масла и вращение колес на рисунке показаны условно, не в реальном масштабе скорости.