Как Асатур Сарафян стал изобретателем первой автоматической коробки передач
Асатур Сарафян, более известный миру как изобретатель Оскар Бэнкер, считается одним из плодовитых изобретателей Соединенных Штатов. Он родился в 1895 году. Семья Сарафянов спаслась от массовых убийств армян Османской империи в 1894–1896 годах при Гамиде и переселилась в Чикаго. Там Асатур Сарафян и сменил имя на Оскар Бэнкер, устроился на работу в мастерской.
Работая в механическом цехе, Бэнкер изобрел пильную машину. После своего первого изобретения он посвятил жизнь изобретательской деятельности.
Список его изобретений, имеющих революционную значимость, включает в себя такие изобретения, как:
· первая автоматическая коробка переключения передач, используемая по сей день для машин и автобусов (запатентовал в 1935 году),
· цветной принтер (его самое ценное изобретение, по мнению американского правительства),
· универсальный пистолет для проведения прививок («needleless»),
· шриц-пистолет для смазки деталей,
· измеритель машинного масла.
Бэнкер весьма успешно боролся с автомобильными компаниями, чтобы они принимали свои стандарты безопасности, не нарушая прав потребителей, поэтому стал известен также как «потребительский адвокат». Авторство своего изобретения — автоматической коробки передач — Бэнкер отстаивал почти 8 лет, борясь с компаниями-производителями автомобилей. В результате его предложение было принято компанией «General Motors», которая до этого ставила в автомобили полуавтоматическую трансмиссию с множеством недостатков.
Оскар-Асатур изобрел систему первичного контроля первого поколения вертолетов (вертолет Сикорского). Благодаря конструкции Сарафяна, американские вертолеты спасли жизнь более чем 20 000 военнослужащим во время боевых действий в Тихом океане в годы Второй мировой войны. Асатур Сарафян скончался в Кливленде, штат Огайо, в январе 1979 года в возрасте 83 лет.
В 1983 году Боб Халл опубликовал мемуары Оскара Бэнкера под названием «Мечты и войны американского изобретателя: романс иммигрантов». В своих мемуарах Асатур Сарафян пишет: «Америка — величайшая из существующих стран мира, где есть все возможности для достижения своих целей, если человеку удастся преодолеть все сложности, высмеять неудачи и идти вперед, только вперед! Вот что важно. И больше ничего».
3. Robert Hull. Dreams and wars of an American inventor: (an immigrant’s romance). Bob Hull Books & Features. 1982. p. 6. Retrieved 15 March 2013.
История АКПП ч.2-я в России
В СССР первая гидромуфта была создана в 1929 г. А. П. Кудрявцевым, первый гидротрансформатор — в 1932-1934 гг. в МВТУ им. Н.Э.Баумана. Основоположником отечественных гидродинамических передач является А.П.Кудрявцев (он называл их «гидравлические турбопередачи»). А. П. Кудрявцев занимался всеми вопросами, связанными с проектированием, испытаниями и постройкой гидропередач. Много внимания уделял созданию методов расчета гидротрансформаторов и гидромуфт, выпустил книги:
- «Основы гидродинамического преобразования механической энергии», издание УВМС РККА, 1934 г.;
- «Турбопередачи для дизелей», издание Института военного кораб лестроения (НИВК), 1937 г.;
- «Турбопередачи для судов», издание Оборонгиза СССР, 1939 г.;
- «Проектирование, постройка и испытание гидравлических турбопередач», Машгиз, 1947 г.
БЮРО ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕДУКТОРОВ (Ленинград)
В начале 30-х годов в Ленинграде было создано Бюро Гидравлических Редукторов, разрабатывавшее гидродинамические передачи для различных машин. В 1935 г. оно разработало для ЗИЛа (тогда ЗИС автозавод им. И.В.Сталина) два варианта автомобильной гидропередачи (видимо, для автобуса на базе автомобиля ЗИС-5). В первом варианте (рис.1) был применен двухступенчатый четырехколесный гидротрансформатор типа Лисхольм-Смит (насос, первая ступень турбины, реактор, вторая ступень турбины). Во втором варианте (рис.2) использовался трехступенчатый шестиколесный гидротрансформатор Лисхольм-Смит (насос, первая ступень турбины, первый реактор, вторая ступень турбины, второй реактор, третья ступень турбины).
Механическая часть обоих вариантов содержала одну передачу «вперед» и задний ход, т.е. предполагался разгон только на гидротрансформаторе, после чего следовало переключение на механическую прямую передачу.
Через двухдисковое сцепление (см. рис.2) приводится насосное колесо ГДТ. На режиме гидротрансформатора крутящий момент передается с турбинного колеса на входной вал механической части ГМП и далее через зубчатую муфту (на рис.2 она выключена) на выходной вал ГМП. При достижении автобусом определенной скорости переводится влево шлицевая втулка с торцовыми зубьями, сидящая на входном валу механической части ГМП. Втулка входит в зацепление с зубьями на ступице насосного колеса — осуществляется переход на прямую механическую передачу. При этом насосное и турбинное колеса ГДТ начинают вращаться с числом оборотов двигателя. Одновременно расклиниваются муфты свободного хода, на которых сидят реакторы, и реакторы начинают свободно вращаться вместе с другими колесами ГДТ, что позволяет избежать потерь на перемешивание рабочей жидкости. Сведений о реализации этого проекта нет.
АВТОЗАВОД ИМ. И.А.ЛИХАЧЕВА (ЗИЛ) (до 1956 г. — ЗИС)
Большую роль в ознакомлении автомобильной технической общественности с автоматическими коробками передач сыграла книга профессора кафедры «Гидравлические мащины» МВТУ им.Н.Э.Баумана В.Н.Прокофьева «Автомобильные гидропередачи» (Машгиз, 1947 г.). Понимая перспективность таких конструкций, один из руководителей ЗИЛа — главный технолог завода Ф.С.Демьянюк — попросил В.Н.Прокофьева прислать на ЗИЛ на преддипломную практику двух студентов МВТУ с тем, чтобы они сделали дипломные проекты по гидропередачам для автомобилей, выпускаемых заводом, и остались бы на заводе.
Во исполнение этой договоренности летом 1948 г. на ЗИЛ пришли на преддипломную практику студенты МВТУ Д.Б.Брейгин и Ю.И.Чередниченко, которые фактически с этого времени стали работать на заводе по гидропередачам — сначала в бюро автобусов отдела Главного конструктора, а затем в созданном в марте 1949 г. бюро гидравлических агрегтов, для руководства которым был приглашен Е.М. Гоникберг, ранее работавший в технологическом отделе завода. Вскоре в бюро были переведены из других служб завода С.Ф.Румянцев, В.И.Соколовский и Е.З.Брен, которые вместе с Гоникбергом, Чередниченко и Брейгиным составили в первые годы основной костяк КБ гидравлических агрегатов.
Работы по гидропередачам на заводе велись применительно ко всем типам выпускаемых заводом автомобилей — автобусам, легковым автомобилям, грузовым и специальным автомобилям.
ЗИЛ — работы по автобусным ГМП.
В конце Великой Отечественной войны и в первые послевоеннные годы в СССР осуществлялся перевод промышленности, работавшей на военные нужды, на выпуск мирной продукции. Прорабатывались различные варианты. Расчеты показали, в частности, что если принять стоимость автомобиля при производстве его на автомобильном заводе за 1, то стоимость этого автомобиля составит 2,5 при производстве на авиационном заводе и 1,8 при производстве на предприятии артиллерийского ведомства.
Производство автобусов после войны возобновилось на ЗИЛе, который стал выпускать автобус ЗИС-154 с двигателем ЯАЗ-204 и электропередачей (автомобильный двигатель вращал генератор постоянного тока, вырабатываемый ток использовался для вращения колес автобуса тяговым электродвигателем).
Автобус ЗИС-154 с тяжелой и дорогой электрической трансмиссией не мог стать необходимым стране массовым автобусом. Такую роль мог выполнить только автобус, в котором широко применялись бы узлы и детали массового грузового автомобиля. Таким автобусом стал автобус ЗИЛ-155. Гидромеханическую передачу для него (рис.3) спроектировали в 1951 г.
Рис.3. Гидромеханическая передача автобуса ЗИЛ-155
Следует обратить внимание на принципиальную разницу в схеме передачи мощности в конструкциях по рис.2 и рис.3. В ГМП по рис.2 имеется одно двухдисковое сцепление и переключение с ГДТ на прямую передачу осуществляется зубчатой муфтой. В ГМП по рис.3 имеется два однодисковых сцепления и переключение с ГДТ на прямую передачу осуществляется переходом с одного сцепления на другое. Муфта свободного хода, предотвращающая вращение колес ГДТ после перехода на прямую передачу, расположена в середине механической части ГМП. Такая конструкция проще и надежнее конструкции с расположением на муфтах свободного хода реакторов ГДТ.
В процессе отработки конструкции были спроектированы и испытаны ГМП с ГДТ двух размеров — с максимальными диаметрами рабочей полости 325 и 370 мм. В результате дорожных испытаний предпочтенние было отдано диаметру 370 мм.
В ходе испытаний в механическую часть ГМП кроме прямой передачи была введена дополнительная понижающая передача. Она включалась вручную только перед прохождением особо трудных участков местности.
После основательных испытаний первых образцов была построена опытная партия из 6 автобусов ЗИЛ-155 с ГМП. Эти автобусы проходили опытную эксплуатацию в различных городах на различных маршрутах, в различных климатических зонах. Пробеги достигали 50. 70 тысяч км. Были уже все основания для рекомендации ГМП в производство, но неожиданно на уровне руководства страны было принято губительное для советского автобусостроения решение, что автобусы для всех стран социалистического лагеря будет делать Венгрия. После этого решения (1959 г.?) производство автобусов на ЗИЛе было прекращено. Прекратились, естественно, и работы по ГМП для автобусов.
В последние годы перед снятием с ЗИЛа производства автобусов возникали проекты вариантов автобусов с задним поперечным расположением двигателя. Это сулило автобусам большие компоновочные преимущества (низкая высота пола и т.д.).
Для такого варианта автобуса была разработана, построена и испытана специальная ГМП (рис.4). Работы по этой ГМП также были прекращены в связи с прекращением производства автобусов.
Рис.4 ГМП автобуса ЗИЛ-129Б
В начале 60-х годов ЗИЛ создал 17-местный автобус ЗИЛ-118К с двигателем ЗИЛ-130 и приспособленной для работы с этим двигателем ГМП легкового автомобиля ЗИЛ. Многолетняя практика эксплуатации этих автобусов показала полную возможность работы ГМП легкового автомобиля ЗИЛ с двигателем, имеющим существенно меньшие максимальные обороты (3200 1/мин вместо 4600).
Выпуск за много лет нескольких десятков автобусов ЗИЛ-118К нельзя считать возрождением производства автобусов на ЗИЛе. В настоящее время, однако, можно говорить о целесообразности продолжения работ по автобусной тематике путем оборудования модификациями ГМП действующего производства 16. 22-местных автобусов серии 3250, которые начал выпускать завод. Дизельный двигатель Д-245.12 этих автобусов имеет максимальные обороты 2400 1/мин.
Расчеты Ю.И.Чередниченко показывают, что в этом случае ГМП типа ЗИЛ-4105 удовлетворительно совмещается с характеристикой двигателя Д-245.12. В ГМП должны быть сдвинуты режимы переключения передач и внесены изменения для обеспечения работы без вакуум-корректора. Показатели динамикм варианта с ГМП будут практически такими же, как для варианта с механической коробкой передач ЗИЛ-130.
ЗИЛ — работы по ГМП легковых автомобилей
Первые работы по ГМП для легковых автомобилей ЗИЛ начались в 1949 г. Тогда была спроектирована эксперементальная ГМП Э111 автомобиля ЗИС-110. Передача состояла из одноступенчатого пятиколесного ГДТ и двухступенчатой планетарной коробки передач с гидравлическим управлением. Основной передачей в коробке пердач была прямая, понижающая передача предназначалась только для особо тяжелых условий движения и включалась вручную (могла включаться на ходу).
Прототипом для ГМП Э111 послужила ГМП «Дайнафлоу» автомобиля.
Бюик 70 Родмастер, выпуск которого начался в США в 1947 г. Гидропередача «Дайнафлоу» служила только литературным прототипом — образца на заводе не было, сведения брались из технических журналов.
В 1950 г. был изготовлен и испытан на автомобиле гилротрансформатор (с литыми колесами). Позже был получен автомобиль Бюик с ГМП и были скорректированы чертежи. Однако, работы по этой ГМП развития не получили в связи с появлением ГМП с автоматическим переключением передач.
В 1953-54 гг. в связи с предстоящим началом производства легковых автомобилей ЗИЛ-111 за прототип ГМП была взята ГМП подходящего ЗИЛу по классу легкового автомобиля Крайслер выпуска 1953 г. (модель С-59 «Кроун Империал»). ГМП ЗИЛ-111 была спроектирована весьма близкой к прототипу (точного заимствования не было), несмотря на ощутимую разницу в параметрах автомобилей Крайслер и ЗИЛ (в первую очередь по весу). Основные функциональные узлы ГМП ЗИЛ-111: ГДТ, двухступенчатая планетарная коробка передач, гидравлическая система управления (рис.5 и 6).
Конфигурация лопастной системы, определяющая характеристику ГДТ, была взята точно по ГДТ Крайслер, но размер ГДТ был изменен (при полном сохранении типа лопастной системы) с учетом того, что крутящий момент двигателя ЗИЛ-111 предполагался примерно на 15% большим, чем у двигателя Крайслер (максимальный размер рабочей полости был принят 328 мм вместо 318 мм). Характеристики ГДТ ЗИЛ и Крайслер оказались практически одинаковыми (максимальный коэффициент трансформации К0=2,45 и максимальный КПД на режиме гидротрансформатора 0,88).
Проектировали ГМП ЗИЛ-111 Д.Б.Брейгин, Ю.И.Чередниченко и Е.З.Брен под руководством Е.М.Гоникберга. Дальнейшие работы по ГМП легковых автомобилей ЗИЛ велись под руководством Д.Б.Брейгина, с 19.. г. к этим работам активно подключился Ю.И.Уткин, который затем с 19.. г. возглавлял конструкторские работы вплоть до своего ухода с завода в 19.. г.
Рис.5 ГМП ЗИЛ-111 (расположение характерных узлов)
Рис.6 ГМП ЗИЛ-111 (система питания и управления)
В дальнейшем конструкция ГДТ была упрощена и улучшена. При сохранении прежних преобразующей и нагрузочно-кинематической характеристик далось применить один реактор вместо двух (при этом колеса насоса и турбины остались без изменений). ГДТ, получивший номер 114-1709010, был сделан цельносварным, что уменьшило его размеры, вес и момент инерции деталей, связанных с двигателем (рис.7 и 8). Уменьшение момента инерции положительно сказывается на динамике разгона автомобиля и на улучшении плавности переключений передач.
Рис. 7 ГДТ ЗИЛ-111
Рис.8 ГДТ ЗИЛ-114
При переходе с двухступенчатой ГМП на трехступенчатую, сопровождавшемся увеличением мощности двигателя, было признано целесообразным иметь вариант с уменьшенным с 2,45 до 2,0 максимальным коэффициентом трансформации. Такой ГДТ 114-1709010Д был создан за счет изменения конфигурации лопаток насосного колеса и реактора. Его максимальный КПД при этом увеличился на 1. 2 %. Он является сейчас штатным оборудованием автомобиля ЗИЛ-41047 (в продольном разрезе этот ГДТ не отличается от ГДТ ЗИЛ-114 (рис.8).
Механическая часть ГМП ЗИЛ-111 имела передаточные числа 1,72; 1,00; З.Х.-2,39. Управление ГМП осуществлялось тросом с помощью кнопок на панели управления.
ГМП ЗИЛ-111 была штатным оборудованием легковых автомобилей ЗИЛ-111 с самого начала их производства в 1957 г. В процессе доводочных испытаний и в процессе производства этой ГМП до последних дней ее выпуска в апреле 1975 г. было реализовано много мероприятий по повышению надежности ГМП, увеличению долговечности, улучшению качества переключений передач. Было разработано и внедрено новое масло для ГМП (масло А — доныне применяемое).
Вместе с тем, при эксплуатации выявились некоторые недостатки двухступенчатой ГМП, которые не могли быть устранены совершенствованием конструкции ГМП и технологии ее изготовления. К числу их относятся:
- шум шестерен на «нейтрали», вызванный их вращением на этом режиме, чего можно избежать при другой схеме планетарного механизма;
- низкий КПД ГМП на понижающей передаче вследствие циркуляции мощности в планетарном механизме, чего также можно избежать;
- невозможность при передаточном числе первой передачи 1,72 реализовать силу тяги, которую можно было бы иметь, исходя из сцепного веса автомобиля;
- невозможность двигаться на понижающей передаче при передаточном числе 1,72 со скоростью более 105 км/ч, что затрудняет обгон транспортных средств, движущихся со скоростью 100-120 км/ч.
Первые два недостатка могут быть устранены изменением схемы планетарного механизма. Для третьего необходимо увеличение передаточного числа первой передачи. Для четвертого — наличие передачи, передаточное число которой ближе к передаточному числу последней передачи (прямая). Поэтому завод остановился на схеме трехступенчатой ГМП с передаточными числами 2,02; 1,42; 1,00; З.Х.-1,42. Планетарный механизм был выполнен по оригинальной схеме, защищенной авторским свидетельством. В результате ГМП ЗИЛ стала патентно-чистой.
Значение передаточного числа заднего хода оказалось невысоким вынужденно — это неизбежная особенность принятой схемы планетарного механизма.
Работы по этой трехступенчатой ГМП ЗИЛ-114Д начались в 1966 г. Было построено несколько партий опытных ГМП, проведены интенсивные испытания, в том числе дорожные с пробегами до 100 тыс.км.
Выпуск ГМП ЗИЛ-114Д начался в апреле 1975 г. Механическая часть ГМП содержала два планетарных механизма, три сцепления, два ленточных тормоза, муфту свободного хода.
При переходе завода от автомобиля ЗИЛ-114 к автомобилю ЗИЛ-115 (4104), имеющему более мощный двигатель и несколько большую массу, ГМП 4104 была модернизирована. В нее был внесен ряд изменений, в том числе:
- применена новая конструкция муфты свободного хода с увеличенным числом роликов (12 вместо 8);
- изменена схема управления планетарным механизмом, что позволило уменьшить частоты вращения корпусных деталей сцепления и повысить за счет этого надежность системы управления ГМП;
- усилено второе сцепление за счет увеличения площади нажимного поршня;
- в гидравлическую систему управления ГМП введен клапан-распределитель, изменены хода поршней гидроаккумуляторов и жесткость их пружин, что в целом улучшило работу системы.
Перед началом производства ГМП 4104 (1978 г.) эти мероприятия (и ряд других) были проверены испытаниями, в том числе длительными, шести опытных коробок передач.
Развитием конструкции ГМП 4104 стала ГМП 4105 (рис.9), которая была поставлена на производство в 1982 г. В ней нет заднего насоса, существенно упрощен (при одновременном повышении надежности) привод механизма блокировки, введен один дополнительный возможный диапазон движения автомобиля.
Прежде для движения вперед водитель мог включить положение «Д», при котором осуществлялся переход по передачам 1-2-3, или включить положение «2», при котором в зависимости от скорости автомобиля и положения дроссельной заслонки двигателя была включена или 1 или 2 передача. При переходе к ГМП 4105 в систему упления был добавлен диапазон «1», при котором возможна работа только на первой передаче — это создает определенные удобства при движении в особо тяжелых условиях и в горной местности. На диапазоне «2» при этом стал осуществляться автоматический переход 1-2.
При модернизации ГМП 4105, проведенной в 1988 г., после чего она получила номер 4105-01, была существенно изменена конструкция муфты свободногот хода и ряда прилегающих деталей, что увеличило надежность ГМП.
В последующие (девяностые) годы был выполнен еще ряд конструкторских разработок, часть которых была проверена испытаниями. Они ждут активизации работ по ГМП легковых автомобилей ЗИЛ.
Рис. 9 (рис 3.5 ТО 156-95)
ЗИЛ — работы по ГМП грузовых автомобилей
ЗИЛ не производил грузовых автомобилей общего назначения с ГМП, однако опытные работы в этом направлении велись. В первую очередь необходимо отметить ГМП ЗИЛ-153 для автомобиля повышенной проходимости, выполненную по схеме WSK (ГДТ — сцепление — коробка передач, переключаемая вручную). Формально такая конструкция (рис.10 — конструкторы В.И.Соколовский и П.С.Фомин) не может считаться, как уже отмечалось, автоматической коробкой передач из-за отсутствия автоматических переходов передач, но является шагом к ним. В конструкции рис.10 заслуживает внимания узел блокировкм ГДТ, позволяющий на определенных режимах жестко связывать турбинное колесо ГДТ с насосным колесом и обеспечивать этим работу ГМП в режиме механической коробки передач.
Рис. 10. ГМП ЗИЛ-153
При испытаниях автомобиль повышенной проходимости с ГМП ЗИЛ-153 произвел хорошее впечатление, но было признано целесообразным ориентироваться в дальнейшем на трансмиссии с автоматическим переключением передач. Такие ГМП были спроектированы, построены и испытаны. Испытывались конструкции с параллельным расположением валов в механической части (ГМП ЗИЛ-7Э131 и ЗИЛ-7Э131А) и конструкции с механической частью планетарного типа. На рис.11 приведена трехступенчатая вальная ГМП ЗИЛ-7Э131А (конструкторы В.И.Соколовский и П.С.Фомин), на рис.12 — четырехступенчатая планетарная ГМП ЗИЛ-8Э131 (конструктор Д.Б.Брейгин).
Дальнейшего распространения эти работы не получили.
ЗИЛ на протяжении многих лет периодически имел контакты с фирмой Аллисон (США) — крупным и давним производителем ГМП для гражданских и военных автомобилей. В течение примерно 12 лет проводились сравнительные испытания двух тягачей ЗИЛ-130 В1 — один с ГМП, другой со стандартной механической трансмиссией. Выявлено положительное влияние ГМП на долговечность узлов автомобиля. Результаты приведены в предыдущей информации N 1 «Преимущества автомобилей с гидромеханическими передачами». Фирма Аллисон сочла проведенные испытания уникальными и попросила ЗИЛ передать ей ГМП, прошедшую при испытаниях 870 тысяч км, для музея фирмы.
ЗИЛ — работы по ГМП для специальных грузовых автомобилей
В 60-ые годы ЗИЛ совместно с Брянским автомобильным заводом выпускал автомобили ЗИЛ-135, оборудованные ГМП конструкции и производства ЗИЛ. Эти автомобили использовались как шасси для ракетной техники и как поисково-эвакуационные устройства для космических аппаратов. Много лет они были на вооружении Советской Армии.
Внедрение новой для того времени трансмиссии на автомобиле столь ответственного назначения стало возможно благодаря технической смелости Главного конструктора СКБ ЗИЛ В.А.Грачева. ГМП ЗИЛ-135 — шестиступенчатая (конструкторы В.И.Соколовский и С.Ф.Румянцев). Конструктивно она выполнена в виде трехстпенчатой автоматической коробки передач и сочетающегося с ней двухступенчатого демультипликатора (рис.13). ГДТ в ГМП выполнен на базе ГДТ ЗИЛ-111 с увеличенным до 2,7 максимальным коэффициентом трансформации (конструктор А.Н.Нарбут).
Передаточные числа коробки передач: 2,55; 1,47; 1,00; З.Х. -2,26. Передаточные числа демультипликатора: 2,73; 1,00. Чередниченко Харитонов Леонов Лаврентьев Соболев Анохин Схема управления ГМП ЗИЛ-135 приведена на рис.14. За годы производства автомобиля ЗИЛ-135 было выпущено около 300 ГМП.
ЗИЛ — система испытаний и доводки автомобильных ГМП до требуемых функциональных показателей и показателей надежности
Опыта работ по автомобильным ГМП в 1949 г. на ЗИЛе (и в стране) не было. Создание КБ и выпуск технической документации на ГМП было только началом работ. Требовалось создание системы испытаний и доводки ГМП до требуемых функциональных показателей и показателей надежности. Требовалось определить структуру и логическую организацию необходимых работ, разработать методы испытаний и доводки, создать испытательное оборудование, дать сведения для технологических проработок.
Такая система разрабатывалась одновременно с организацией производства ГМП и совершенствовалась в ходе производства. Описание системы испытаний и доводки ГМП — в отдельной информации.
ГОРЬКОВСКИЙ АВТОЗАВОД (ГАЗ)
Начало работам по гидравлическим передачам на ГАЗе было положено оборудованием механической коробки передач автомобиля ЗИМ гидравлической муфтой. Такой комплект никак не может считаться автоматической коробкой передач, но он послужил наглядным примером преимуществ, доставляемых введением в трансмиссию гидравлического элемента, и послужил толчком к работам по автоматическим трансмиссиям — гидромеханическим передачам. Такими передачами стали оборудоваться автомобили ГАЗ-13 «Чайка». Применялись они и на некоторых модификациях автомобилей «Волга».
За прототип ГМП (конструктор Б.Н.Попов) была взята трехступенчатая ГМП, применявшаяся на автомобилях корпорации «Форд».
Активный диаметр ГДТ (рис.15) равен 340 мм, максимальный коэффициент трансформации К0=2,4.
Рис. 15 Гидротрансформатор ГМП автомобиля «Чайка»
Передаточные числа планетарной коробки передач: первая передача — 2,84; вторая — 1,68; третья — 1,00; задний ход — 1,75. Продольный и поперечный разрезы механической части ГМП приведены на рис.16. Выпуск автомобилей «Чайка» начался в 19.. г. и прекращен в 19.. г.
Рис. 16 a) Продольный разрез ГМП автомобиля «Чайка»
Рис. 16 б) Поперечный разрез ГМП автомобиля «Чайка»
ЛЬВОВСКИЙ АВТОБУСНЫЙ ЗАВОД — НАМИ (ЛАЗ — НАМИ)
С 1963 г. Львовскийй автобусный завод (ЛАЗ) начал выпускать спроектированную этим заводом совместно с НАМИ гидромеханическую передачу ЛАЗ-НАМИ-035. Эта ГМП была рассчитана для работы с карбюраторным двигателем мощностью 150-200 л.с. и крутящим моментом 40-50 кГм. С этой ГМП были выпущены десятки тысяч автобусов ЛиАЗ-677.
В ГМП (схема на рис.17) применен удачно спроектированный в НАМИ (С.М.Трусов) ГДТ, послуживший прототипом для многих ГДТ в других ГМП. В ГМП ЛАЗ-НАМИ-035 использовался ГДТ с максимальным коэффициентом трансформации К0=3.2.
ГМП ЛАЗ-НАМИ-035 — двухступенчатая. Передаточное число первой передачи — 1,79; второй передачи — 1,00; заднего хода — 1,71. ГДТ может блокироваться. Конструкция ГМП показана на рис.18.
Конструкция ГМП ЛАЗ-НАМИ-035 послужила базой для ряда модификаций ГМП, в том числе для автобусов с дизельными двигателями.
Имеется и вариант трехступенчатой ГМП.
Рис. 17 Схема гидромеханической передачи ЛАЗ-НАМИ-035
Впервые в практике отечественного автостроения отечественная конструкция послужила прототипом для зарубежной ГМП.
НАМИ совместно с научно-исследовательским институтом автомобилей УВМВ (ЧССР) и заводом «Прага» (ЧССР) разработали гидромеханическую передачу НАМИ-«Прага» 2М-70 для гордских автобусов большой вместимости, снабженных дизельным двигателем мощностью 180-200 л.с. при 2100 1/мин с крутящим моментом 70-80 кГм.
Эта ГМП (рис.19 и 20) выпускалась заводом «Прага» с 1967 г.
Рис. 19 Схема гидромеханической передачи НАМИ-«Прага» 2М-70
БЕЛОРУССКИЕ АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЗАВОДЫ
В Белоруссии автомобили с ГМП выпускают Минский автомобильный завод (МАЗ), Белорусский автомобильный завод (БелАЗ) и Могилевский автомобильный завод (МоАЗ). Наиболее известны первые два завода. ГМП МАЗ-530 для автомобиля-самосвала особо большой грузоподъемности (до 45 тонн) рассчитана для работы с двигателем мощностью 450 л.с. с максимальным крутящим моментом 200 кГм. В ГМП имеется повышающий редуктор, позволяющий сдвинуть характеристику двигателя по оборотам для лучшего совмещения ее с характеристикой ГДТ. Активный диаметр круга циркуляции ГДТ равен 466 мм, максимальный коэффициент транформации К0=4. ГМП МАЗ-530 (рис.21) имеет три передачи переднего хода (3,36; 1,83; 1,00) и две передачи заднего хода (2,60 и 1,40).
ГМП БелАЗ-540 (рис.22) также предназначена для автомобилейсамосвалов большой грузоподъемности. Она имеет ускоряющий редуктор, ГДТ с активным диаметром круга циркуляции 466 мм и максимальным коэффициентом трансформации К0=3,6 и редуктор с тремя передачами вперед (передаточные числа 2,6; 1,43; 0,7) и одну перадачу заднего хода (передаточное число 1,6).
КАЗАНСКОЕ МОТОРОСТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОН ОБЪЕДИНЕНИЕ (АО КМПО)
В последнее время делается попытка организовать производство ГМП для городских автобусов в АО КМПО по лицензии фирмы VOITH.
За основу принята освоенная этой фирмой система DIWA. Особенностью этой системы является разветвление потока мощности на две части — одна идет через механическую часть трансмиссии, другая — через гидравлическую.
Трогание с места осуществляется только через гиравлическую часть, а по мере набирания скорости гидравлическая доля постоянно уменьшается и увеличивается доля механической части.
Осуществляется это с помощью расположения ГДТ между двумя планетарными редукторами (рис.23). В первом редукторе поток мощности разделяется, во втором — объединяется.
Имеются варианты трех- и четырехступенчатых ГМП для двигателей мощностью 185-245 квт с крутящими моментами 90-130 кГм.
Кто изобрел первую автоматическую коробку передач для автомобиля, когда начали выпускать АКПП
Автомобильная техника непрерывно развивается. Конструкторы совершенствуют устройство автомобилей, применяют новые узлы, чтобы улучшить технические характеристики транспорта, повысить комфорт для водителя.
На определенном этапе развития разработчики придумали и внедрили коробку передач автомат, создав механизм, значительно упростивший управление машиной. Но кто именно это сделал и когда?
Кто изобрел первую автоматическую коробку
Коробка передач – важный элемент в современном автомобиле. Изобретение автомата открыло новые возможности развития автомобильной техники. Применение этого устройства не только повысило удобство вождения, но и безопасность.
Патент первой в мире автоматической коробки зарегистрирован изобретателем из США Асатуром Сарафяном в 1935 году. Этот конструктор, более известный под именем Оскара Бэнкера, придумал прообраз современной АКПП, объединив в единый механизм гидротрансформатор с планетарным редуктором.
Сарафян принадлежит к армянским переселенцам. Он родился в 1895 году в Османской Империи. В Америку семья будущего изобретателя была вынуждена переехать, спасаясь от геноцида армян, развязанного турками. Поселившись в Чикаго, Сарафян сменил фамилию на Бэнкера.
Автоматическая коробка передач – не единственное детище талантливого инженера. Ему удалось создать еще несколько полезных устройств – цветной принтер, бензиновый насос и другие механизмы.
История создания автоматической коробки
Появление коробки автомата не состоялось бы без гидротрансформатора. Этот узел первоначально применяли в судостроении, когда на смену маломощным паровым двигателям в конце 19 века пришли оборотистые турбины. Этот тип двигателя предусматривал прямое соединение с винтом, что вызвало определенные технические сложности.
Немецкий инженер Феттингер предложил идею гидравлического агрегата, с совмещением внутри единого корпуса лопастных колес гидродинамической передачи, насоса, турбины и реактора.
Конструкция запатентованного в 1902 году гидротрансформатора обеспечивала КПД более 90%, что позволило применять этот узел для судов.
Первые авто с АКПП
Впервые в автомобилестроении гидротрансформатор предложили использовать братья Стартевенты. Изобретатели в 1904 году предложили идею прообраза коробки автомата.
Конструкция этой коробки предусматривала две передачи. Прототип был усовершенствованной механикой, где скорости переключались автоматически, став прообразом современной роботизированной коробки. Но уровень развития производства в те времена не позволял наладить серийный выпуск таких механизмов, и идея оказалась не востребованной.
Следующая версия коробки автомат – механизм, установленный компанией Ford на легендарную модель T. Конструкторы оснастили машину двухступенчатой трансмиссией, возможности которой включали дополнительно реверсную передачу. Переключать скорости нужно было педалями.
Первую полноценную роботизированную коробку реализовала фирма Рео на автомобилях General Motors, применив автоматизированное сцепление для механики. Спустя некоторое время, механизм адаптировали с планетарным редуктором. Это максимально приблизило конструкторов к созданию автоматической трансмиссии.
Применение планетарной передачи – оптимальное решение для коробки автомата. Этот узел эффективно изменяет передаточное отношение, позволяет управлять направлением вращения вала на выходе из трансмиссии.
При работе устройства задействованы относительно небольшие усилия, а роль исполнительных механизмов играют фрикционные и тормозные диски. Зубчатые соединения планетарного редуктора пребывают в непрерывном зацеплении. Это исключает необходимость выравнивания скоростей отдельных деталей системы.
На начальном этапе развития, в первой половине 20 века, главной проблемой было отсутствие сервоприводов, чтобы изменять характеристики зубчатых передач. Качественный скачок произошел только в середине прошлого столетия. В массовое производство роботизированная коробка внедрена уже в 21 веке.
Прообраз современной гидромеханической коробки предложила в 1940 году компания General Motors. Такими трансмиссиями оснащали модели Кадиллаков, Понтиаков и других машин.
Устройство и принцип работы автомата
Современная коробка автомат отличается сложным конструктивным устройством и состоит из:
- гидротрансформатора;
- планетарного редуктора;
- электронного блока управления;
- фрикционных и обгонной муфт;
- гидравлического блока;
- ленточного тормоза;
- маслонасоса;
- корпуса.
Роль сцепления выполняет гидротрансформатор, создающий давление масла и передающий вращающий момент на трансмиссию от двигателя, без кинематической связи этих агрегатов.
Соленоиды гидроблока, по командам электронного блока управления, передвигают шестерни планетарной передачи и управляют фрикционными дисками, обеспечивая передаточное отношение, исходя из условий движения.
Особенности автомобиля с автоматической трансмиссией
В автомобиле с автоматической трансмиссией водителю не нужно вручную переключать передачи. Механизм сам определяет оптимальное передаточное число, с учетом скорости и текущей нагрузки.
Водителю достаточно поставить селектор в нужную позицию, не отвлекаясь в дальнейшем на переключение скоростей.
Режимы коробки автомата:
- Драйв – для движения вперед.
- Реверс – для заднего хода.
- Нейтраль – рассоединяет двигатель и трансмиссию.
- Паркинг – парковочный. Включают при размещении машины на стоянку.
В современных автомобилях применяют разные виды АКПП. Изобретение этих устройств упростило жизнь водителям, избавив от необходимости ручного переключения скоростей.
Но с момента, когда изобрели первую автоматическую коробку передач, развитие автомобильной техники прошло сложный путь, на котором разработчикам пришлось решить немало технических проблем.
История появления автоматических коробок передач или кто первый создатель
Эксплуатация
Автор 7-gear На чтение 6 мин Просмотров 9к. Опубликовано 24 июля, 2023
Создание автоматической коробки передач буквально перевернуло весь мир. Внедрение этого механизма значительно упростило процесс эксплуатации автомобиля, набора им скорости и переключения между ступенями, но путь ее появления был нелегок. Работа над коробкой автомат продолжается до сих пор с целью сделать ее надежнее, дешевле и практичнее.
Кто придумал коробку автомат
Первым, кто придумал коробку автомат, являются братья Стартевентовы из Америки. Разработкой принципиально новой трансмиссии они занимались до 1904 г. и представили свою версию АКПП миру. Из-за многочисленных недоработок проект показался сырым, поэтому не пошел в серию, а идея создания автоматической трансмиссии несколько подугасла. Итак, первой машиной на автомате был шведский автобус, выпущенный в единичном экспонате в 1928 г. Серийно стали внедрять механизм в машину с 1947 года на автомобилях Buick Roadmaster. Также большой вклад в разработку уже на тот момент не первой коробки автомат стала компания Ford. Далее агрегат совершенствовался Карлом Бенцем для комплектации автомобилей Мерседес-Бенц, но механизм, как таковой, уже был придуман. Он лишь его дорабатывал.
На самом деле изобрел коробку автомат в прямом понимания этого слова армянский изобретатель по имени Асатур Сарафян. Но, переехав в Америку для развития он сменил свое имя, взяв себе псевдоним Оскар Бэнкер. Именно этот инженер стал обладателем первого патента по-настоящему автоматической коробки с гидротрансформатором. Случилось то событие в 1935 г., но проблема в том, что получить свой патент он смог только через 7 лет упорных доказательств. Невзирая на чужую разработку, компания General Motors активно ее внедряла в свои машины.
Первая автоматическая коробка передач в мире от армянского конструктора взорвала автомобильную индустрию по всему миру. Следующие 10 лет ведутся активные разработки и внедрение ногой трансмиссии практически во все выпускаемые автомобили. Самыми массовыми потребителями агрегатов с гидромуфтой стали марки из США, а именно, Chevrolet, Buick, Packard и др.
История создания автоматической коробки передач
Сначала была придумана АКПП, являющаяся доработкой классической на то время механической трансмиссии. Она имелся всего 2 скорости, а передача крутящего момента осуществлялась через пары шестеренок. Обладала массой недостатков, из-за чего не стала выпускаться серийно. Позднее на почти 3 десятка лет был придуман гидротрансформатор, который буквально перевернул все с ног на голову. Внедрение того узла сделало переключения плавными, а сам агрегат супернадежным, невзирая на конструктивную сложность и регулярные поломки. Первая официально запатентованная модификация рабочего гидротрансформатора была представлена в 1902 году. Появление этого узла повысило КПД двигателя и улучшило ходовые качества авто в целом.
В каком году появилась коробка автомат
Первая коробка автомат в мире была представлена миру в 1904 г., но она имела много недостатков:
- высокий уровень сложности;
- невозможность выполнения ремонта распространенными у владельцев инструментами;
- малый срок службы, не более 4 лет и все в таком духе.
Следующий действительно рабочий агрегат изобретатели представили в 1928, 1935 и массово 1947 годах.
Первая машина на автомате
Первая автоматическая коробка передач была применена не в автомобиле, как нам казалось, а в водном виде транспорта, так как она обеспечивала передачу достаточно большого крутящего момента и позволяла быстро набирать скорость. Разработчиком именно гидродинамического механизма для судов был Феттингер. Главной его отличительной чертой были минимальные потери в моторе. Что же касается авто, то действительно первым автомобилем, оснащенным АКПП с гидравлическим блоком, была Model-T марки Ford.
Первая российская автоматическая коробка
Советские инженеры тоже не стояли на месте в области развития АКПП. Создание, а точнее, представление миру первого авто с «автоматом» пришлось на 1958 г. Обладателем такого агрегата стал лимузин высшего класса ЗИЛ-111. Разработками и конструкторские этапы проводил Островцев А. Н. Назвать уникальным автомобиль нельзя, потому что, как и первый экспонат 1956 г. это был один из вариантов, максимальной похожий на Packard.
В конструкции АМТ коробки стоял гидротрансформатор в сочетании с планетарным двухступенчатым редуктором. Коэффициент передачи трансформатора составляет 2.45. В 60-х гг. советские конструктора стали оснащать такой АКПП автомобиль марки «Волга» ГАЗ-21. По непонятным причинам количество выпущенных машин было минимальным. Что касается современной автомобильной промышленности, то коробку с автоматическим переключением скоростей можно наблюдать на Lada Granta.
Дальнейшее развитие коробки автомат — эволюция гидромеханической АКПП
Между механикой и полноценным автоматом булла так называемся преселективная коробка. В конструкции авто имелся подрульный переключатель, как во многих американских фильмах, которым нужно было заранее выбирать нужную передачу. Непосредственно, включение предустановленной скорости выполнялось по нажатию специальной педали, устанавливаемой вместо сцепления. Необходимость в такой конструкции объяснялась малой скорость переключения в имевшихся на то время МКПП, так как в них не было синхронизаторов.
Заметное развитие автоматической КП приходится на 80-е г. В механизмах стали появляться дополнительные ступени, повышающие и блокировка гидротрансформатора. С увеличением числа ступеней потребовалось внедрять электронный блок управления, тем самым, устранив из агрегата уже ненужные механические узлы. Вместо них были смонтированы клапаны-соленоиды. Первой компанией, кто изобрел автоматическую коробку передач для автомобиля именно с ЭБУ, стала Тойота в 1983 г. В след за ней марка Ford в 1987 г. стала применять электронные модули.
Устройство автоматической трансмиссии
Современные автоматические коробки переключения передач совершенно не похожи на своих механических собратьев. В устройстве имеются следующие узлы:
- гидротрансформатор, внутри которого содержится турбинное и насосное колеса, а также реактор;
- насос для нагнетания жидкости ATF;
- редуктор планетарного типа с шестеренками, муфтами и фрикционами;
- ЭБУ или электронный блок управления, гидроблок с соленоидами и датчиками.
Принцип работы АКПП
В отличие от механической КПП, в автоматической коленчатый вал приводит в движение масляный насос. Это наиболее важный узел, создающий и поддерживающий рабочее давление в системе. С подачей жидкости на колесо в гидротрансформаторе оно начинает вращение. Одновременно за насосным начинает движение и турбинное, но с меньшей скоростью. Между колесами находится реактор, благодаря которому осуществляется корректировка плотности и направления потока.
Далее, работа агрегата продолжается с включения электронного блока управления, который считывает показания о положении селектора и выборе нужного режима работы. Гидроблок в зависимости от выбранной программы, управляет соленоидами, блокируя или отпуская те или иные элементы планетарного редуктора.
Когда пользователь нажимает на педаль газа, увеличивается число оборотов ДВС. Так как включен режим движения вперед, электроника понимает, что необходимо переключить фрикционы в определенном диапазоне частоты вращения мотора в соответствии с предыдущей ступенью. При снижении частоты вращения происходит обратный процесс переключения.