Прямой гидравлический привод на гидромоторах OMS и OMT

[val_001]

Идея прямого привода привлекает внешней простотой реализации, малым числом узлов и элементов.

В истории техники одной из лучших идей прямого привода была концепция паровоза, в котором энергия пара почти напрямую преобразовывалась во вращение колеса. Эта концепция была доведена до совершенства и реализована во многих тысячах самодвижущихся механизмов, в том числе автомобилях. В дальнейшем в силу недостаточно высокого КПД на тот момент развития техники и трудностями ректификации топлива паровые машины уступили место двигателям внутреннего сгорания, которые не имели достаточного крутящего момента и требовали наличия коробки перемены передач, состояли из множества деталей и нуждались для своей эффективной работы в достаточно непростом регулировочном оборудовании.

Еще более плохими характеристиками обладают электрические двигатели. Они либо дороги при сопоставимых с двигателями внутреннего сгорания характеристиках, либо относительно дешевы и при этом избыточно массивные для использования в качестве двигателей на вездеходах.

В последнее время наметился большой прогресс в области прямого привода электродвигателей на основе редкоземельных металлов в тех устройствах, которые либо питаются напрямую от электрической сети 220 Вольт (например, стиральные машины) или являются экологичными мобильными устройствами передвижения (электровелосипеды, электромобили). Но этот прогресс в значительной мере сдерживается высокой стоимостью применяемых материалов.

На примере таблицы предельных показателей линейных приводов различных типов легко увидеть, что гидравлические приводы обладают существенно лучшими показателями КПД и удельной силы тяги, чем приводы с другими рабочими телами.

[val_001]

В настоящее время применение гидравлических моторов на вездеходах приобретает масштабный характер, однако массовое применение гидромоторов в качестве прямого привода движителя пока наблюдается только на погрузчиках.

Рассмотрим на примере погрузчика Avant особенности применения прямого гидравлического привода и проанализируем перспективы применения прямого гидравлического привода на снегоболотоходах.
На погрузчиках Avant серии 500 применяются гидромоторы OMS и OMT фирмы Sauer Danfoss (см. прикрепленные изображения 1 и 2).
Существует российский относительно дешевый аналог гидромоторов OMS, выпускаемый по лицензии фирмы Sauer Danfoss. Это гидромоторы МГП.

Гидромоторы OMS менее мощные и производительные, чем гидромоторы OMT и поэтому применяются на младших моделях погрузчиков Avant серии 500. Сразу обращает на себя внимание то обстоятельство, что погрузчики имеют относительно небольшую максимальную скорость. Это порождает предположение, что вездеходы с прямым приводом также будут не быстроходными, особенно в сочетании с необходимостью иметь в механической трансмиссии вездехода расширенного по сравнению с автомобилем набора переключения передач.

Из всего разнообразия гидромоторов OMS и OMT Avant применяются гидромоторы OMSW 250, OMSW 315, OMT 250, OMT 315, OMT 400 и OMT 500. По каким-то причинам фирма Avant не использует гидромоторы OMT с индексом FX, специально предназначенные для использования в качестве мотор - колеса (см. прикрепленное изображение 3). Возможно это связано с ценовой политикой фирмы-изготовителя гидромоторов, а, возможно, с внутренним стандартом на используемые колесные диски фирмы Avant. Нам стоит обратить внимание на это готовое изделие для применения в качестве мотор – колеса самодельного вездехода.

[val_001]

Посмотрим, на что способны гидромоторы серии OMS (и их дешевые российские аналоги МГП) в составе вездехода.

В приложении 1 приведены основные скоростные и тяговые характеристики упомянутых выше гидромоторов. Для применения в составе легкого гусеничного вездехода в первую очередь обращает на себя внимание гидромотор OMS 160 (см. приложения 1 и 2). При весе 10,7 кг и стоимости в версии МГП порядка 10 тыс. руб. двигатель способен кратковременно развивать максимальный крутящий момент 600 Нм или скорость 550 об/мин. При диаметре приводной звездочки гусеницы 12 дюймов гидромотор будет способен развить тяговое усилие 402 кгс. Два гидромотора создадут тягу 804 кгс, что вполне достаточно для совсем легкого вездехода. Четыре гидромотора (по паре на каждую гусеницу с двумя приводными звездочками) создадут суммарную тягу 1608 кг, что позволит легко создать вездеход с полной массой 1200 кг и полезной нагрузкой 400 кг. Максимальная кратковременная скорость составит 32 км/час. Очень интересным может оказаться вариант с активным гидравлическим приводом катков, который позволит на благоприятных почвах передвигаться на колесах и только на совсем тяжелых - на гусеницах.

Тяговая характеристика гидромотора во всем диапазоне скоростей изменяется в пределах 20 процентов, что намного лучше, чем у дизельного двигателя. Соотношение максимальных оборотов к минимальным составляет 20, что намного больше, чем у дизельного двигателя.

Для колесного вездехода представляет особый интерес гидромотор OMS 315 (МГП 315) массой 12,3 кг, который имеет максимальный крутящий момент почти такой же, что и более старшие модели этой серии, но при этом он значительно быстроходней (см. приложения 1 и 3). Кратковременный максимальный момент гидромотора составляет  1000 Нм, а кратковременная максимальная скорость 280 об/мин. Если в качестве движителя рассматривать колесо типоразмера ГАЗ-66, то при статическом радиусе колеса 500 мм максимальная кратковременная тяга колеса составит 204 кгс. Не очень много, как с точки зрения диаметра колеса, так и его тяги, поэтому в качестве основной компоновки вездехода имеет смысл рассматривать шестиколесный вариант с монорамой и поворотными колесами, только передними или передними и задними. Шесть колес обеспечат тягу 1224 кгс, что более чем достаточно для варианта колесного вездехода с поворотными колесами. Максимальная кратковременная скорость составит 53 км/час.

Трансмиссия получится достаточно легкой, что в свою очередь при габаритах вездехода 2,5 м (ширина) на 3,5 м (длина) позволит уложиться в тонну массы снаряженного вездехода и при этом иметь грузоподъемность 600 – 800 кг.
Также у гидравлического мотора очень равномерная и широкая (по оборотам) тяговая характеристика, что дает большие преимущества даже по сравнению с дизельными двигателями.

Вывод: на гидромоторах серии OMS получается совсем интересный гусеничный вездеход и довольно неплохой колесный  вездеход начального уровня. До полноценного снегоболотохода во втором случае пока еще далеко, но зато вездеходы получаются бюджетного класса. В любом случае, применение гидромоторов OMS (МГП) является очень перспективным вариантов для создания прямого гидравлического привода на легких вездеходах.

[val_001]

Гидромоторы серии OMT несколько интересней для применения в качестве прямого привода, чем гидромоторы OMS.

Гусеничный вариант рассматривать не буду, поскольку полагаю, что достаточное решение для легкого варианта вездехода уже найдено в случае потенциального использовании гидромотора OMS 160. Быть может, следует только поменять четыре гидромотора на два OMT при наличии экономической целесообразности.

Для случая колесного вездехода также представляет отдельный интерес гидромотор с объемом 315 куб. см OMT 315 (см. приложение 1). Вес мотора составляет 22 кг, но при этом он неожиданно в силу своего конструктивного исполнения оказывается ощутимо быстроходней, чем гидромотор OMS 315. Кратковременный крутящий момент гидромотора составляет 1150 Нм, кратковременная максимальная скорость 460 об/мин.

В варианте уже рассмотренного шестиколесного вездехода получаем максимальную кратковременную тягу колеса 225 кгс, максимальную тягу вездехода 1350 кгс и максимальную кратковременную скорость 87 км/час. Максимальная скорость без ограничения движения по времени составит 72 км/час. Очень и очень неплохо.

Не буду перегружать пост лишней информацией, скажу только, что при использовании гидромоторов OMT 500 на шестиколесном вездеходе при диаметре колес 1300 можно получить тягу 1429 кгс (952 кгс в четырехколесном варианте, что вполне достаточно для вездехода с переломной рамой) и развить скорость 64 км/час.  При наличии интереса все это можно обсудить.


Несмотря на применение рассмотренных гидромоторов в трансмиссии погрузчиков Avant возникает естественный вопрос о предельных нагрузках на гидромоторы. Здесь следует самое пристальное внимание на вылет колеса или диска приводной звездочки гусеницы. Но поскольку гидромотор устройство автономное, то нас, например не связывают такие параметры, как ширина моста и поэтому вылет диска колеса будем делать так, как это требует инструкция по эксплуатации гидромотора.

В приложении 2 приведен график нагрузок на гидромотор OMS.
Получается, что при соблюдении параметров вылета диска в пределах от 28 до 55 мм гидромотор выдерживает статические нагрузки порядка 500 кг в осевом направлении и порядка 3000 кг в радиальном направлении. Фактически это означает, что один гидромотор должен легко выдерживать весь вес снаряженного вездехода с полезной нагрузкой и удар в колесо при наезде на препятствие в пределах 3 тонн.

Еще лучше в плане противодействия нагрузкам обстоят дела у гидромоторов OMT (приложение 3). При соблюдении вылета колеса в пределах от 32 до 61 мм осевая нагрузка может составлять 1000 кг, а радиальная 6000 кг. На таких гидромоторах можно без всяких опасений конструировать легкие вездеходы с любым типом бортового поворота. Остальные виды поворота реализуются с огромным запасом по прочности.

[val_001]

Итак, получается все просто замечательно, если озадачиться идеей использования гидромоторов серий OMS или OMT для прямого привода вездехода. Так почему погрузчики движутся не так быстро, как нам это надо, и почему прямой гидравлический привод не получил массового распространения при создании снегоболотоходов? Казалось бы, так просто решается проблема независимого привода колес, которая не позволяет реализовать конкурентоспособные схемы трансмиссий шестиколесных (и более) вездеходов.

Дело, оказывается, в слабости разработок снабжения достаточными и независимыми потоками гидравлической жидкости гидромоторов. Проще говоря, если от одного гидронасоса запитать параллельно несколько гидромоторов, то в случае пробуксовки одного колеса большая часть потока гидравлической жидкости устремится через гидромотор, колесо которого буксует. Получается своеобразный аналог дифференциала моста автомобиля, когда пробуксовка одного колеса приводит к потере крутящего момента на втором колесе, только в нашей ситуации пробуксовка одного колеса приведет к потере крутящего момента на всех остальных колесах.

Как с этим бороться? Фирма Avant использует одно из наработанных решений, когда гидромоторы одного борта включаются последовательно (см. приложение).
Безусловно, это решение в определенном смысле ущербно, и в первую очередь тем, что не позволяет последовательно включенным гидромотор развить максимальный крутящий момент и максимально возможные обороты при так называемых нормальных условиях. Но зато эта схема довольно неплохо решает вопросы преодоления тяжелого бездорожья.

Можно ли такую схему применять при создании вездехода. Можно и нужно, но она не раскрывает всего потенциала прямого гидравлического привода. В нормальных условиях гидромоторы недогружены. Неважно, весь потенциал гидромоторов научимся извлекать в процессе эксплуатации.

Решением «в лоб» являлось бы подключение к ДВС гидронасосов в количестве, соответствующем количеству используемых в трансмиссии гидромоторов так, чтобы один гидронасос питал бы гидравлической жидкостью свой, индивидуальный гидромотор.
Решение простое и работоспособное, но несколько тяжеловесное. Наверняка есть решения более интересные, легкие и простые. Можно, конечно, поставить так называемый шестеренчатый делитель потока гидравлический жидкости, но он весьма дорог.


Резюме: на сегодняшний день сложилась такая ситуация, когда нет проблем создать добротный, надежный, дешевый и долговечный прямой гидравлический привод движителя вездехода и даже снегоболотохода. Но нет пока красивых и при этом бюджетных решений снабжения гидравлической жидкостью и управления потоками этой гидравлической жидкости через гидромоторы трансмиссии вездехода.
Эта область нетривиальных решений ждет своих исследователей. 

[Алексей С]

 Да,уважаемый Валерий,гидропривод в том виде,как вы его описали-несомненно имеет место к существованию. Однако мы опробовали много разнообразных гидросхем и пришли к выводу-что для машин вездеходного класса гидравлика -это тяжело и дорого. Единственно где это имеет место быть-спецмашины типа мульчеров,форвардеров и прочих неторопливых агрегатов. Кроме того по опыту эксплуатации стало понятно,что практически можно и нужно   применять гидротрансмиссию в многоколесных машинах с колесами не менее 1800х800 и более. С меньшим размером колес- овчинка выделки не стоит,получается фиг с ним,что сложно и дорого,так еще и тяжело достаточно. По поводу прямого привода гидромоторами типа МГП-мы даже и начинать не будем такую машину и по одному простому поводу-стартовый момент таких гидромоторов невысок в силу утечек в момент покоя и погрузчик по асфальту может и стронется-но вездеход в болоте-точно нет. Такого типа гусеничник сочлененный был сделан фирмой СКБ Газстроймашина ( 4 гусянки,привод МГП 315) Результаты-грустные,пришлось переделать на механику. Если и затевать подобное-то на моторах ЕАТОН с высоким стартовым давлением(310 атм) и чтобы они были отключаемые,поскольку для скоростей порядка 30 км в час никаких насосов не хватит,чтобы обеспечить объем гидропотока в 400-500 л. А вот отключение хотя бы пары моторов из 4-х позволит поднять скорость на асфальте вдвое. Еще лучше отключать 3 мотора-еще быстрей поедет. Думано-передумано уже много раз. Дорого и сложно. Про шестеренные делители на 350 атм и не говорю-там цены по 180-200 тыс руб каждый,а иначе не синхронизируешь моторы.

[OFF-ROAD36]

"Мертва теория, мой друг! А древо жизни пышно зеленеет!" (С)
Или о бесценной пользе практического конструирования.

[val_001]

Однако мы опробовали много разнообразных гидросхем и пришли к выводу-что для машин вездеходного класса гидравлика -это тяжело и дорого. Единственно где это имеет место быть-спецмашины типа мульчеров,форвардеров и прочих неторопливых агрегатов.

 
Алексей, помню я, разумеется, обсуждение этого момента в ветках Трома. Прошу только отметить, что я говорю сугубо о легких вездеходах.
Я прекрасно понимаю, что с таким типом гидромотора в большом вездеходе делать совершенно нечего.
Ну, а в остальном...  Не мне Вам рассказывать о том, как реализуется в жизнь то, что считается невозможным и даже возмутительным.
Поживем - увидим.  Если нет мечты, то нет и прожектов, а значит и не будет реализаций в железе.
Пока поездка в Карелию настроила в этом смысле на оптимистичный лад. Хотя, как я уже говорил, не верю, что аппарат в таком виде способен выйти в жизнь, а тем более на рынок.
Работаем дальше.
А здесь лишь теоретическая ветка. В которой считаю возможном (да и должным, пожалуй) изложить свои мысли о возможности создания бюджетного легкого вездехода с прямым гидроприводом.
Было время, когда считалось, что из легкового автомобиля невозможно сделать вездеход, поскольку вездеход должен быть тяжелым и медленным.
Теперь вот посматриваю на Avant за окном и думаю, что бы у него открутить.... 

[Олег 24]

val_001,    Я тут не ботаник можно мне поподробнее , чем ограничен максимальный скоростной режим , оборотами самой гидропары или диапазоном оборотов ДВС ? 

[Алексей С]

Легкий вездеход...... 2 моста от уазика,раздатка и гидромотор,что крутит раздатку. Дешево и сердито. Кстати и не тяжелее намного.

[val_001]

Легкий вездеход...... 2 моста от уазика,раздатка и гидромотор,что крутит раздатку. Дешево и сердито. Кстати и не тяжелее намного.

Сложно сравнивать эти два варианта и крутящие моменты слишком разные. Может, было бы интересно как вариант также сделать гидроприводы на мосты, чтобы исключить раздатку и карданные валы, что обеспечит большею свободу компоновки.
Но в данный момент я занимаюсь именно прямым приводом.

[val_001]

можно мне поподробнее , чем ограничен максимальный скоростной режим , оборотами самой гидропары или диапазоном оборотов ДВС ?

Олег, 
Максимальная скорость определяется в первую очередь скоростными характеристиками гидромотора. Но для того, чтобы гидрмотор развил такую скорость, необходимо, чтобы гидронасос обеспечить прохождение через гидромотор определенного объема гидравлической жидкости при определенном давлении. Для определения значимых технических параметров приведены номограммы на отдельные гидромоторы. На них сразу видны максимальные обороты, которые может развить тот или иной гидромотор.

[Олег 24]

val_001,  Я совсем ботаник, гидронасос ставиться на прямую или через КПП.

[val_001]

val_001,  Я совсем ботаник, гидронасос ставиться на прямую или через КПП.

Это зависит от характеристик гидронасоса. Разработчики обычно стараются подобрать гидронасосы под обороты и некоторые другие параметры ДВС, тогда надобность в КПП отпадает.

[val_001]

Первыми, кто обращает внимание на возможность сделать привод колес на гидромоторах - это создатели погрузчиков.
Оно и понятно: на погрузчике развитая гидравлическая система. Зачем в этой ситуации заморачиваться сложной механической трансмиссией.
Вот что получается у тех, кто не боится гидравлики.
Наша задача смотрится на фоне такого не такой уж и сложной, особенно если идет речь об обычном гусеничном движителе.