українська
Під час руху на транспортні засоби діють різні сили опору, наприклад сила тертя від взаємодії з поверхнею дороги. Тому транспортні засоби повинні накопичувати потужність, необхідну для подолання сил опору для рушання з місця та прискорення. Опір дороги називається тяговим опором, а тяга, яка долає цей опір, створює тяговий ефект. Окрім опору дороги, транспортні засоби мають протистояти опору повітря. Для вантажних автомобілів це особливо важливо, оскільки опір повітря пропорційний площі фронтальної проекції автомобіля та його швидкості в третьому ступені (с^3). Таким чином, виробники вантажних автомобілів повинні приділяти пильну увагу не тільки коробці передач і параметрам передавального числа (мін. і макс.), але й узгодити ці параметри з потужністю, власною масою автомобіля, повною масою автомобіля тощо. При виборі коробки передач для Фахівці враховують коефіцієнт потужності, тобто відношення максимальної потужності двигуна до його повної маси.
Характеристики коробки передач істотно впливають на паливну економічність. Відомі компанії, такі як Eaton, Allison, ZF, постійно розробляють нові рішення для коробок передач, які надають значні переваги власникам комерційних вантажівок. Слід зазначити, що продуктивність трансмісії залежить від дорожніх умов, циклу роботи двигуна (тривала їзда з постійною швидкістю або частих зупинок і рушань), середньої швидкості автомобіля тощо.
Вантажівки сильно відрізняються за розміром, потужністю та конфігурацією; менші різновиди можуть бути механічно схожі на деякі легкові автомобілі. Ці транспортні засоби можуть бути дуже великими та потужними та можуть бути налаштовані для налаштування спеціалізованого обладнання, наприклад, у випадку пожежних машин, бетонозмішувачів і екскаваторів. Сучасні вантажівки в основному оснащені дизельними двигунами, хоча в США, Канаді та Мексиці існують вантажівки малого та середнього розміру з бензиновими двигунами. Сучасні вантажівки призначені для пересування на великі відстані. Тому ці транспортні засоби повинні бути оснащені дуже надійними і довговічними коробками передач.
Трансмісія вантажного автомобіля являє собою комбінацію взаємопов'язаних агрегатів, які допомагають передавати крутний момент двигуна на ведучі колеса. Крім того, значення крутного моменту та його напрямок можуть змінюватися залежно від інших факторів. Трансмісії різних марок і моделей вантажних автомобілів мають свої особливості, які визначаються такими факторами, як кількість ведучих мостів, індивідуальні конструктивні особливості автомобіля і т. д. Механічні вантажні стандартні трансмісії обов'язково включають такі вузли, як зчеплення, коробка передач, карданний вал, передача. справа.
Що стосується крутного моменту, який передається за допомогою трансмісії на провідні колеса вантажівки, то він прямо пропорційний передавальним числам трансмісії. Передавальні числа визначаються інженерами для кожного конкретного автомобіля в процесі його розробки. Величина крутного моменту визначається техніко-динамічними характеристиками, які повинні бути реалізовані в моделі, що розробляється.
Повзання через вузькі міські зони в завантаженому русі з частими зупинками та виїздом, пересування через довжину шин на брудному будівельному майданчику або катання через житлові сміттєзвалища – цілеспрямоване застосування вантажівок або комерційних транспортних засобів класу 6-8 може встановити особливі вимоги до коробок передач. порівняно з їхніми аналогами на шосе. Проте це не зупинило загальну тенденцію до автоматизації вантажівок і комерційних автомобілів, яка особливо вплинула на коробки передач.
Механічну коробку передач перевіряли десятиліттями мільйони водіїв комерційних вантажівок, які вважають це рішення найбільш підходящим рішенням для вантажівок: механічні коробки передач прості, відносно недорогі у виробництві та обслуговуванні та забезпечують низьку витрату палива. Однак у механічних коробок передач є один суттєвий недолік, який може перекреслити всі зазначені вище достоїнства і викликати невдоволення водіїв: ручне перемикання передач і одночасне маніпулювання педалями може бути досить клопітним, особливо в міському русі. Не дивно, що сьогодні виробники вантажних автомобілів, маючи в своєму розпорядженні новітні технології, намагаються задовольнити вимоги водіїв і зробити процес перемикання передач більш зручним і безпечним. Згідно з численними дослідженнями, Північна Америка слідує за Європою в тенденції «безперемикання», оскільки автоматичні та автоматизовані механічні коробки передач продовжують набирати популярність у сегменті комерційних вантажівок. Причини включають покращену паливну ефективність та легший пошук водія та продуктивність, ніж з посібниками, а також більшу безпеку.
На невеликих вантажівках ви можете зустріти ручні коробки передач, які нагадують рішення перемикання передач, що застосовуються в легкових автомобілях. Вони часто мають приблизно шість передач і зазвичай мають синхронізатор. Для цих вантажівок простий Н-подібний малюнок простий в експлуатації. Однак це стає дещо складнішим, коли ви маєте справу з більшими вантажівками та комерційними автомобілями з більшою кількістю передач. На цих великих вантажівках зазвичай є додаткові елементи керування, які допомагають керувати різними передачами. У старих вантажівках керування часто являє собою окремий важіль, встановлений на підлозі, або нещодавно – пневматичний перемикач, встановлений на важелі «H»; у нових вантажівках керування часто являє собою електричний перемикач, встановлений на важелі «H». Коробки передач із багатофункціональним керуванням мають набагато вищу потужність, але рідко використовують синхронізацію. Існує кілька поширених альтернатив для схеми перемикання – Range, Splitter, Range-Splitter. Сучасні механічні коробки передач для вантажних автомобілів, як правило, є «розподільниками діапазону».
Сучасні АКПП мають істотні відмінності від своїх попередників, які використовувалися в комерційних вантажівках. Основна відмінність полягає в кількості діапазонів передач і в самому принципі управління трансмісією вантажівки. У старих автоматичних коробках передач кількість передач була обмежена 5, а управління здійснювалося за допомогою гідравліки. В даний час виробники трансмісій пропонують автоматичні коробки з більш ніж 5 передачами, які управляються за допомогою електроніки. Крім того, сучасні автоматичні коробки передач оснащені блокуванням гідротрансформатора.
У список переваг сучасних автоматичних коробок передач для комерційних вантажівок входить плавність перемикання передач. Витрата палива на сільських дорогах порівнянна з рівнем витрати при використанні механічної коробки передач. Автоматична коробка передач дозволяє водіям керувати вантажівкою легше та безпечніше, приділяючи більше уваги дорозі та не відволікаючись на ручне перемикання передач. Основними конкурентними недоліками автоматичних коробок передач для комерційних вантажівок є підвищена витрата палива, проблеми з обслуговуванням і автоматичною трансмісією, що призводить до дорогих ремонтних послуг.
Автоматизована механічна коробка передач (AMT) вважається ще одним перспективним рішенням трансмісії для вантажівок і комерційних автомобілів. За функціональними можливостями та принципом роботи АМТ схожі з механічними коробками передач. Можна сказати, що АМТ - це майже те ж саме, що і механічна коробка передач, але вона включає в себе сервоприводи і гідроприводи, які керують роботою зчеплення і процесом перемикання передач. АМТ відрізняються своєю ефективністю. Крім того, АКПП не такі дорогі в обслуговуванні та ремонті, як АКПП, а споживання палива АКПП сумісне з рівнем механічних КПП (іноді АМТ можуть навіть більше економити паливо). Якщо вантажівки з автоматичними коробками передач зручні в експлуатації, але вимагають значних витрат на паливо і обслуговування, то вантажівки з АМТ виявляються не тільки зручними, але й економічно вигідними.
Однак слід зазначити, що коли ви перемикаєте механічну коробку передач або AMT і вмикаєте зчеплення, крутний момент двигуна переривається, і ця потужність не передається через трансмісію на колеса. У повністю автоматичній коробці передач гідротрансформатор дозволяє перемикати передачі без переривання крутного моменту, що передається від двигуна до коліс.
Оскільки автоматичні коробки передач і рішення AMT поступово витісняють варіанти ручного перемикання передач з ринку трансмісій для вантажівок і комерційних автомобілів, ми розглянемо ці типи коробок передач більш детально.
Звичайна АКПП включає в себе гідротрансформатор, механічну частину, систему управління і допоміжні механізми. Гідравлічний передавальний механізм, в якому потужність передається потоком ATF, виконує функцію гідротрансформатора. Гідротрансформатор складається з робочого колеса насоса, робочого колеса турбіни і стартера. Механізм блокування забезпечує кращу економію палива. Гідротрансформатор забезпечує зв'язок між двигуном і трансмісією, знижує динамічні навантаження, запобігає зупинці двигуна при перевантаженнях, підвищує крутний момент від двигуна при рушанні з місця і в складних дорожніх умовах.
АКПП мають 3 планетарні передачі і фрикційні муфти, які забезпечують процес перемикання передач трансмісії. Значення передавального числа змінюється поступово, не порушуючи потік потужності. Перемикання передач здійснюється системою керування в автоматичному режимі. Багато моделей автоматичних коробок передач оснащені гідродинамічним сповільнювачем, який служить для уповільнення автомобіля і зниження зносу гальмівних колодок. Сповільнювач зазвичай встановлюється в автоматичні коробки передач для автобусів і техніки, а також транспортних засобів, що працюють в гірській місцевості. Удосконалені електронні блоки управління (ECU) АКПП забезпечують високу адаптивність до дорожніх умов і стилю водіння, а також дозволяють реалізувати додаткові функції. За бажанням замовника АКПП може бути оснащена кнопковими або важільними перемикачами АКПП.
Компанія Allison Transmission, один з найбільших у світі виробників автоматичних коробок передач для вантажівок і комерційних автомобілів, оснащує свої трансмісійні рішення системою діагностики трансмісії вантажівок під назвою Prognostics, яка дозволяє водієві контролювати стан основних компонентів автомобіля. Функція Oil Life Filter контролює витрату палива, економлячи паливо під час руху та під час холостого ходу двигуна. Функція Filter Life Monitor інформує водія про необхідність заміни фільтра трансмісії. Функція моніторингу стану трансмісії контролює стан приводних ланцюгів трансмісії та попереджає водія про необхідність своєчасного технічного обслуговування та переналагодження.
Сьогодні Allison Transmission пропонує широкий спектр рішень трансмісій для вантажівок і комерційних автомобілів (моделі трансмісій серії 1000, 2000, 3000 і 4000). Ще одне рішення для автоматичної трансмісії TC10 було розроблено Allison для тягових транспортних засобів. Для автобусів використовуються трансмісії Allison серії Torqmatic. Великі вантажівки, які використовуються в гірничодобувній промисловості та будівництві, часто оснащуються трансмісіями серії Allison 5000, 6000, 8000 і 9000.
Volvo, відомий виробник вантажівок, також пропонує ефективні автоматичні трансмісії, такі як Powertronic. The Powertronic це повністю 6-ступінчаста автоматична трансмісія з електронним керуванням, яка призначена для руху з частими зупинками-стартами. Трансмісія вантажівки Powertronic оснащена гідротрансформатором, який забезпечує високу рушійну силу при рушанні з місця без будь-яких перерв у передачі крутного моменту на ведучі колеса. Тому ця трансмісія є ідеальним варіантом для вантажівок Volvo, що працюють на будівельних майданчиках і в міському русі.
Компанія Voith пропонує сімейство автоматичних коробок передач DIWA, які призначені для міських і приміських автобусів. Головною особливістю цих автоматичних коробок передач є те, що крутний момент двигуна передається як механічно, так і гідравлічно. Рух з місця здійснюється гідравлічно, а зі збільшенням швидкості руху участь гідравліки поступово замінюється механічною частиною. Слід зазначити, що потужність двигуна розподіляється до включення гідротрансформатора, а потім поєднується. Таким чином, гідротрансформатор і дві планетарні передачі утворюють 1-у гідромеханічну передачу. Таким чином, трансмісія DIWA працює з високою ефективністю в широкому діапазоні швидкостей, забезпечуючи плавний старт з місця та рівномірне прискорення. Тоді система трансмісії активує чисто механічну передачу крутного моменту, яка працює з меншими втратами. Гідротрансформатор одночасно працює як гідравлічний сповільнювач, що забезпечує миттєве включення гідравлічного гальма незалежно від включеної передачі.
Високий ККД цієї трансмісії досягається завдяки комбінації «диференціал-гідротрансформатор». У той час як звичайні автоматичні трансмісії перемикають передачі 2-3 рази на старті, Voith DIWA продовжує використовувати 1-шу передачу – одночасно вмикаючи гідротрансформатор і механічні частини трансмісії вантажівки. Таким чином, менша кількість змін робить рух автобуса більш плавним і зменшує знос фрикційних дисків. Гідротрансформатор у DIWA розташований посередині коробки передач, таке розташування допомогло позбутися від зайвих трубок і з'єднувальних шлангів.
Німецька компанія ZF також пропонує чудові рішення трансмісії для вантажівок і комерційних автомобілів. Наприклад, 6-ступінчаста АКПП ZF EcoLife призначена для вантажівок і автобусів. Трансмісія має ефективну систему охолодження, що дозволяє працювати в більш жорстких температурних умовах, коли температура трансмісійного масла в теплообміннику досягає 120°C. Крім того, інженери ZF застосували тут гідротрансформатор з більш високими показниками прискорення при низьких параметрах обертів двигуна. Вбудований гаситель коливань крутного моменту знижує витрату палива під час рушання з місця за рахунок швидкого відключення блокування гідротрансформатора.
Ще одна 6-ступінчаста АКПП ZF-PowerLine, призначена для легких комерційних автомобілів, відрізняється економією палива завдяки просунутому гідротрансформатору. Слід зазначити, що гідротрансформатор АКПП в коробках передач ZF використовується на початку руху і припиняє працювати, коли автомобіль розганяється до швидкості 10-15 км/год. в цьому випадку немає необхідності використовувати «пролонговану» 1-у передачу. Сімейство трансмісій ZF Ecomat було розроблено спеціально для міських автобусів і спецтехніки.
Сьогодні електроніка відіграє важливу роль в управлінні різними системами вантажівок. В даний час мікропроцесор регулює роботу не тільки запалювання двигуна, але і зчеплення і коробки передач. Головною перевагою електронного керування перед механічним, гідравлічним чи пневматичним варіантами є краща чуйність і можливість комбінування великої кількості параметрів. Різні режими роботи можна змінити шляхом переналаштування програмного забезпечення, а не внесення змін у конструкцію трансмісії. Таким чином, електроніка забезпечує більш економічну експлуатацію автомобіля та більш безпечне водіння. Тому все більше вантажівок (особливо великовантажних) оснащуються автоматизованими механічними коробками передач. Багато людей плутають цей тип трансмісії з рішенням автоматичного перемикання передач, але автоматичні трансмісії, на відміну від AMT, мають гідротрансформатори.
Конструкція автоматизованої коробки передач може включати електромеханічний, електропневматичний або електрогідравлічний привід, який перетворює сигнали, отримані від електронного блоку управління (ЕБУ), в кутове зміщення вилки зчеплення. Сам АМТ оснащений електродвигуном з сервоприводом, який приводить в рух вилку зчеплення. Це, здавалося б, просте технічне рішення управляється складним програмним забезпеченням, яке обробляє сигнали від важеля джойстика, розташованого в кабіні вантажівки, коли водій перемикає передачі. Тому в кабіні вантажівки, оснащеної АМТ, всього дві педалі – газ і гальмо. Така трансмісія для вантажівок з'явилася в кінці 90-х і спочатку ця технологія сприймалася водіями з недовірою. Крім того, в ті часи автоматичні коробки передач коштували значно дорожче ручних. Але в наші дні, з розвитком більш передових і економічно ефективних технологій, все більше і більше вантажівок оснащено автоматизованими трансмісіями. Eaton була першою компанією на ринку автоматизованих коробок передач з трансмісією AutoShift, запущеною в 90-х роках. Відтоді портфоліо продуктів Eaton було доповнено 6-ступінчастою середньочастотною коробкою передач UltraShift і 10-, 11-, 13- та 18-ступінчастою важкою коробкою передач UltraShift Plus.
Автоматизована механічна коробка передач (AMT) набуває популярності в автомобільній промисловості завдяки поєднанню переваг механічних і автоматичних коробок передач щодо споживання палива, низької вартості, покращеного комфорту водіння та якості перемикання передач. В даний час автоматизовані механічні коробки передач для вантажних автомобілів випускаються багатьма компаніями: ZF, Volvo, Daimler AG, Eaton, Mack, Detroit Diesel, Mercedes, Man і т.д. Тепер давайте ближче розглянемо чудові рішення AMT, які пропонують ці компанії.
Volvo Trucks пропонує 6-ступінчасту автоматизовану механічну коробку передач I-Sync, яка призначена для вантажівок Volvo FL. Ця вантажівка трансмісія розроблена спеціально для двигуна D7 і для руху по міських вулицях і заміських ділянках. Електрогідравлічний привід забезпечує плавне перемикання передач при русі в щільному міському трафіку з частими зупинками . Трансмісія I-Sync доступна в двох варіантах - для двигуна D5K і для двигуна D8K. Важіль, встановлений за кермом, дозволяє водієві вибрати ручний або автоматичний режим перемикання передач. У вантажівок з коробкою передач I-Sync немає педалі зчеплення – ручне перемикання передач здійснюється за допомогою згаданого важеля. В автоматичному режимі трансмісія I-Sync самостійно перемикає передачі в правильно обраний момент. Потужність крутного моменту цієї трансмісії може досягати 1050 Нм, що робить трансмісію I-Sync ідеальним варіантом для вантажівок, що працюють у міських умовах.
Іншим відомим рішенням AMT, розробленим Volvo Trucks, є трансмісія I-Shift. Ця трансмісія заснована на механічній коробці передач з постійним зачепленням. Головним компонентом цієї «розумної» трансмісії є електронний блок управління (ECU), який контролює роботу зчеплення трансмісії та процес перемикання передач. ЕБУ дуже точно перемикає передачі завдяки аналізу даних про швидкість вантажівки, вагу, необхідний крутний момент, рівень дороги та інші параметри. Система також обмінюється даними з двигуном, який, у свою чергу, регулює частоту обертів і гальмування двигуном для досягнення максимальної ефективності. Це рішення трансмісії призначене для економії до 5% палива. Ця автоматизована коробка передач може мати одну або дві знижувальні передачі, а також варіант з додатковими передачами заднього ходу. Редуктори значно підвищують здатність рушати з місця, знижують навантаження на зчеплення до 75 % і допомагають уникнути додаткових ремонтних послуг.
Mack Trucks пропонує автоматизовані трансмісії mDrive (12-швидкісна) і mDrive HD (13- і 14-швидкісні варіанти), призначені для різних моделей вантажівок Mack.
Трансмісії вантажних автомобілів Mack розроблені для безперебійної роботи з двигунами та осями Mack MP, тому немає жодних проблем із сумісністю чи продуктивністю. Завдяки міцним матеріалам, простому управлінню та американському виробництву ці трансмісійні рішення забезпечують не тільки ефективне перемикання передач, але й економію палива, менший знос і зручне водіння.
Detroit Diesel Corporation, дочірня компанія Daimler Trucks North America (яка повністю належить німецькій Daimler AG), пропонує автоматизовану механічну коробку передач DT12, призначену для великовантажних автомобілів. Ця коробка передач для вантажівок забезпечує плавне перемикання передач, довговічність і легкість експлуатації.
Трансмісія DT12 зв’язує двигун із осями та взаємодіє з DD13 і DD15 через інтегровану мережу електроніки для обміну даними для зменшення пошкоджень, такими як перевантаження зчеплення трансмісії та захист трансмісії. DT12 використовує інформацію з топографічної карти для керування функціями двигуна та коробки передач, використовуючи переваги оточення вантажівки.
Сімейство автоматизованих трансмісій Mercedes-Benz PowerShift включає кілька моделей трансмісій. Процес перемикання передач у вантажівках, оснащених 12-ступінчастою коробкою передач PowerShift, здійснюється швидко та плавно. Ця трансмісія має «маневровий» режим і передачі для магістрального руху на високих швидкостях і низькому рівні обертів. Лінійні вантажівки Mercedes-Benz Actros оснащені оновленою версією PowerShift 2. Завдяки використанню вдосконаленої сенсорної системи передачі перемикаються швидше та плавніше. Будівельні вантажівки Mercedes-Benz Actros оснащені 12-ступінчастою коробкою передач AMT PowerShift Off-road, яка має кілька режимів роботи і 4 передачі заднього ходу. Конструкція цієї коробки передач також включає датчик нахилу і вдосконалену систему плавного старту з місця. 8-ступінчаста коробка передач AMT PowerShift GO 240-8 встановлюється на туристичні автобуси Mercedes-Benz Travego і Tourismo.
MAN Nutzfahrzeuge Gruppe виробляє автоматизовані трансмісії TipMatic, які створюють ідеальний синтез комфорту та ефективності. 12-ступінчаста коробка передач TipMatic з режимом «позашляховий» і 2 передачами заднього ходу розроблена для великотоннажних вантажівок TGX і TGS.
Ця автоматизована коробка передач може мати пряму або підвищену передачу. Режими роботи вибираються за допомогою перемикача на центральній консолі, а перемикання передач здійснюється за допомогою підрульового перемикача. Трансмісія TipMatic може бути оснащена ретардером MAN PriTarder або інтардером ZF. За бажанням TipMatic може бути оснащений спеціальними програмами управління: Profi (ручний режим перемикання передач kick-down), Fleet (для недосвідчених водіїв).
Незважаючи на те, що все більше виробників вантажівок вважають за краще встановлювати в свою продукцію автоматичні або автоматизовані коробки передач, механічні трансмісії все ще займають значну частку в сегменті комерційних вантажівок. Є ще багато шанувальників надійних і недорогих рішень з механічною коробкою передач, які люблять керувати процесом перемикання передач за допомогою ручної коробки передач вантажівки. Десятиступінчасті коробки передач залишаються найпоширенішим типом механічних коробок передач для важких дорожніх вантажівок, хоча 13- та 18-швидкісні коробки передач популярні серед водіїв вантажівок на далекі відстані та зазвичай застосовуються з двигунами з високою потужністю. Вантажівки, які використовуються в будівництві та інших сферах діяльності, як правило, мають 11-швидкісні коробки передач типу «низько-низько» з трьома діапазонами передавальних відносин замість двох у коробках передач на шосе. Такі відомі компанії, як Eaton, ZF, Volvo не відмовляються від варіантів механічної трансмісії для вантажівок і комерційного транспорту. Застосування повністю автоматичних коробок передач і AMT у вантажівках здебільшого зумовлено вимогами водіїв щодо комфорту та зручності, а також питаннями безпеки. Тому важко робити точні прогнози для такої індустрії високих технологій, де компанії вкладають багато зусиль і значні фінансові ресурси для розробки надзвичайно складних технічних рішень, які 10-15 років тому здавалися неймовірними. Хто знає, можливо, в не такому далекому майбутньому всі комерційні операції будуть виконуватися безпілотними вантажівками.