Принцип работы блокировки межосевого дифференциала: что это такое, принцип работы

Содержание

что это такое, принцип работы

Внедорожные авто оснащены дифференциалом. Этот элемент нужен для обеспечения ведущим колесам разной угловой скорости. При повороте колеса расположены на внешнем и внутреннем радиусе. Межосевой дифференциал на внедорожнике имеет блокировку. Далеко не все знают, что это такое – блокировка межосевого дифференциала. Давайте разберемся, что это, для чего и как пользоваться.

Межосевой дифференциал

В любых автомобилях точно имеется один дифференциал. Данный механизм призван делить крутящий момент, который на него подается с входного вала между двумя полуосями. Полноприводные авто оснащены двумя дифференциалами – для каждой колесной пары. Также имеется еще и межосевой. Необходимость в нем вызвана тем, что внедорожники эксплуатируются в очень сложных условиях. Разные оси испытывают разное давление, и нужно распределять крутящий момент между ними.

включение блокировки дифференциала

Блокировка

Любой дифференциал имеет, кроме достоинств, и очень серьезный недостаток. Недостаток этот является следствием преимущества – если одно из колес начинает буксовать, то дифференциал отдает больший крутящий момент именно на это колесо. Это очень сильно снижает характеристики проходимости. Если для гражданских автомобилей это норма, то для внедорожников это совсем недопустимо. По данной причине практически все межосевые дифференциалы оснащаются системами блокировки. Но есть исключения. Например, блокировка межосевого дифференциала на «Ниве» отсутствует, зато можно купить и установить самостоятельно одно из предлагаемых рынком решений.

Когда включена блокировка, то на каждую ось отдается один и тот же крутящий момент. Поэтому колеса не будут буксовать. Это нужно, чтобы машина могла с легкостью пройти скользкие места.

Виды блокировок

Мы узнали, что это такое – блокировка межосевого дифференциала. Теперь стоит познакомиться с видами данных систем. Сейчас можно выделить ручную и автоматическую блокировку. В первом и во втором случае можно частично или полностью отключить дифференциал. На моделях авто с повышенной проходимостью имеются автоматические блокировки. Их три разновидности – это система с вискомуфтой, блокировка Trosen и с фрикционной муфтой. В чем особенности и отличия данных систем? Рассмотрим каждую более детально.

включение блокировки межосевого

Блокировки с вискомуфтой

Это наиболее распространенная блокировка. Она базируется на симметричной планетарной схеме. Работа основана на взаимодействующих между собой конических шестеренках. Важным элементом данной конструкции является специальная герметичная полость. В ней воздушно-силиконовая смесь. Механизм связан с полуосями за счет пакетов дисков.

Если авто с полным приводом двигается с какой-то постоянной скоростью по достаточно ровной поверхности, то дифференциал с такой блокировкой передает крутящий момент к передней и задней оси в пропорции 50:50. Если же один из пакетов будет вращаться быстрее, то за счет повышенного давления в герметичной емкости вискомуфта начнет тормозить пакет. За счет этого выровняются угловые скорости. Дифференциал заблокируется.

Среди главных достоинств этой системы можно выделить ее простоту и малую стоимость. Именно за счет этих факторов механизм получил такое широкое распространение в современных внедорожниках. Если говорить о недостатках, то автоматическое блокирование осуществляется не полностью и существует риск перегрева системы, если блокировка эксплуатируется достаточно долго.

Система Trosen

Вот еще одна блокировка межосевого дифференциала. Что это такое? Она представляет собой корпус, две полуосевые шестеренки с сателлитами и выходными валами. Считается, что блокировка такого типа наиболее эффективная и совершенная. Нередко данную систему можно увидеть на новых внедорожниках европейского и американского производства.

В основе лежат червячные колеса в количестве двух пар. В каждой паре имеется ведущее и ведомое колесо – полуосевое и сателлит. Принцип действия основан на особенностях червячных шестерен. Если каждое колесо имеет одинаковое сцепление с дорогой, тогда блокировка не будет задействована, а дифференциал будет работать в обыкновенном режиме.

включение блокировки

Включение блокировки межосевого дифференциала осуществляется, если одно колесо начнет вращаться быстрее, чем остальные. Сателлит, связанный с колесом, будет пытаться крутиться в обратную сторону. В результате червячная шестерная перегружается и тем самым блокируются выходные валы. Освободившийся крутящий момент передается на другую ось и значения крутящего момента таким образом выравниваются.

В чем плюсы данной системы? Главным преимуществом такой блокировки считается максимальная скорость срабатывания и очень широкий диапазон распределения крутящего момента с одной оси на другую. Среди прочих плюсов можно выделить, что данные блокировки не ведут к перегрузке тормозных систем. Минус один – это сложность данной конструкции. Кстати, схожую блокировку можно увидеть на ГАЗ-66.

Блокировки с фрикционными муфтами

Основная отличительная особенность в том, что предполагается возможность включения блокировки автоматически или вручную. Конструкция и работа блокировки межосевого дифференциала похожа на систему с вискомуфтой. Но здесь работают фрикционные диски.

Когда машина двигается плавно, угловые скорости на осях распределены равномерно. Если на одной из полуосей имеется ускорение, то диски начнут сближаться, между ними будет расти сила трения – полуось притормаживается.

включение межосевого дифференциала

Данные системы практически не используются на серийных моделях авто. Причина в сложности конструкции и невысоком ресурсе. Диски очень быстро изнашиваются, а сама конструкция требует особого ухода и тщательного обслуживания.

Электронные блокировки и имитации блокировок

В большинстве современных авто имеются так называемые электронные блокировки межосевого дифференциала. Что это такое, мы рассмотрим далее. Электронная блокировка в большинстве случаев представляет собой лишь имитацию.

ЭБУ получает информацию от датчиков колес, что одно из колес вращается быстрее и начинает прерывистыми командами притормаживать колесо. Тем самым момент перераспределяется на другую сторону. Обычно узнать о том, что включена данная система, можно узнать по приборной панели – мигает блокировка межосевого дифференциала.

межосевого дифференциала

Недостатки и особенности

При долгой работе в таком режиме существует риск перегрева и выхода из строя тормозных систем. Автомобиль имеет автоматическую защиту, если температура поднимается выше допустимой, но это не везде есть и не всегда работает.

Если нагрузка серьезная, то крутящего момента может быть мало, чтобы сдвинуть авто вперед. Вроде бы и моргает лампа, трещит тормозная система, но машина никуда не едет. Поднять обороты невозможно – электроника не дает.

включение блокировки межосевого дифференциала

Межосевая блокировка дифференциала “Паджеро”, а она там электронная, в воде теряет эффективность. Мокрые колодки не могут затормозить мокрый диск.

Но даже имитация – это не пустая забава. Естественно, она не подойдет для серьезного бездорожья, но ездят туда далеко не все владельцы. Электронной блокировки вполне хватит для самых обычных случаев. Например, они могут понадобиться зимой. Но сильно рассчитывать на систему нельзя – электроника может подвести в самый неподходящий момент. Поэтому в “Паджеро” дополнительно есть настоящая, железная блокировка.

Что такое блокировка межосевого дифференциала?

Колесный дифференциал устанавливается на всех автомобилях с передним и задним приводом. И по понятным причинам блокировки этого механизма не предусмотрено. Этот узел предназначен выполнять распределение крутящего момента на колеса ведущей оси. К примеру, при езде или на поворотах, когда колеса не могут крутиться с одинаковой скоростью. У транспортных средств с полным приводом дело обстоит по-другому. Здесь помимо колесного дифференциала на кардан устанавливается межосевой дифференциал, но уже с механизмом блокировки.

Зачем нужна блокировка межосевого дифференциала?

В целом межосевой дифференциал необходим для повышения проходимости транспортного средства и для включения системы полного привода. Принцип данного механизма достаточно просто. При езде транспортного средства по нормальной дороге все тяговое усилие приходится только на основную тяговую ось, тогда как вторая ось не входит в сцепление с трансмиссией из-за отключения системы блокировки. То есть в этом случае она выступает как ведомая ось. И вот как только транспорт выезжает на бездорожье, где для повышения проходимости необходима работа двух осей водитель самостоятельно включает блокировку межосевого дифференциала или путем автоматического включения. Если же блокировка в этот момент включена обе оси окажутся в жесткой сцепке и будут вращаться за счет передачи момента вращения. Преимущества блокировки межосевого дифференциала заключаются прежде всего в существенном повышении проходимости авто в сложных условиях, а также в отключении полного привода автоматически или принудительно, когда в этом нет необходимости. Кроме того, блокировка позволяет экономить расход топлива, потому как подключенный полный привод мотора потребляет гораздо больше горючего, чтобы создать дополнительную тягу.

Механизмы блокировки межосевого дифференциала:какие бывают?

Существует несколько основных групп, которые отличаются по своему принципу. При этом данные группы, в свою очередь подразделяются также на подгруппы. Существует жесткая полная блокировка, дифференциалы с ограниченным проскальзыванием, с симметричным или асимметричным распределение тягового усилия. Вискомуфта относится ко второй и третьей подгруппе одновременно, поскольку в равных режима езды может наблюдаться проскальзывание дисков.  Вполне естественно, что тогда тяговое усилие будет асимметрично распределяться между осями. Когда же наиболее сложные условия, будет происходить стопроцентная блокировка по причине полного затвердевания жидкости. Что же касается конструкций блокировки межосевого вала, то они могут быть следующими:

  • Вискомуфта;
  • Кулачковая муфта;
  • Фрикционная муфта;
  • Блокировка Торсен.

Каждая из них работает по своему принципу, но некоторые схожести между ними все-таки есть.

О том, что такое блокировка межосевого дифференциала будет подробно рассказано в этом видеоматериале:

 

Опубликовано: 26 сентября 2019

Для чего нужна блокировка дифференциала?

Для чего нужна блокировка дифференциала.

Блокировка дифференциала является одним из самых эффективных способов повышения проходимости колесной машины. В любом автомобиле, предназначенном для эксплуатации на бездорожье и имеющем межосевой дифференциал, конструкторы обязательно вводят механизм его блокировки. Иногда машину оснащают механизмом, блокирующим межколесный дифференциал заднего моста, и крайне редко – блокирующим дифференциал переднего моста (и на то есть серьезные причины).
Блокировка дифференциала, как любое техническое решение, имеет свои достоинства и недостатки. Чтобы разобраться, в каких случаях требуется использовать блокировку, а в каких ее использовать нельзя, нужно для начала понять принципы, на которых основано ее действие, и разобраться, что же меняется при блокировании этого таинственного механизма силового привода автомобиля, имя которому дифференциал.

Как оно работает (немного упрощенно).

Попробуйте зимой прыгнуть в длину с места. Вы расставляете ноги на ширину плеч, сгибаете их в коленях, переносите центр тяжести вперед, отталкиваетесь и… ничего не происходит.
Оказывается, ваша правая нога случайно оказалась на скользком льду, в то время как левая на сухом асфальте. Из-за этого хороший прыжок не получился: правая нога проскользнула назад, и от неожиданности вы не успели вложить всю «толчковую» силу в левую ногу. Итог комичен: ноги разъехались взад-вперед и вы чуть не упали.
Как же поступить в данных обстоятельствах, чтобы обеспечить ногам возможность хорошо оттолкнуться?
Очень просто, нужно связать их между собой, например, стянуть широким ремнем. Теперь две ноги превратились как бы в одну толчковую ногу, будут работать совместно, и максимально используют для развития силы толчка силу своего сцепления с опорной поверхностью. Точно такой же процесс происходит при взаимодействии ведущих колес автомобиля с дорогой.
Представим, что условный заднеприводный автомобиль случайно остановился так, что его правое колесо попало на лед, а левое находится на асфальте. Как известно, обычный межосевой дифференциал малого трения, находящийся в заднем мосту, всегда подводит к колесам равное усилие (окружную силу). Правое колесо на льду не может оттолкнуться от опорной поверхности с большой силой, сцепление недостаточное. Из-за этого дифференциал не может подвести к нему большую силу, это физически невозможно. А раз так, то он и к левому колесу, находящемуся на асфальте, подведет такую же низкую силу, как и к колесу на льду. Он выровняет усилия, распределяемые между колесами, «ориентируясь» на правое колесо. Из-за этого автомобиль сдвинется с места медленно и с пробуксовкой правого колеса, его колеса «разъедутся» и не смогут использовать для хорошего «толчка» имеющуюся силу сцепления левого колеса, которая в данных конкретных условиях будет по значению примерно в семь раз выше, чем у правого. Но из-за свойства дифференциала «делить поровну» левое колесо использует для создания тяговой силы (силы, толкающей автомобиль вперед) лишь 1/7 часть силы своего сцепления с асфальтом. Проще говоря, оно бы могло оттолкнуться в 7 раз мощнее, но дифференциал не подвел к нему достаточную силу, чтобы это сделать.
Значит нужно, как и при прыжке человека с места, крепко связать колеса между собой, чтобы они вращались или буксовали совместно, словно единое колесо.
Для этой задачи применяют специальный механизм, который не дает вращаться шестерням дифференциала, блокирует их и связывает два колеса между собой жесткой связью, обеспечивая их постоянное вращение с равным числом оборотов. Он называется «механизм блокировки (отключения) дифференциала», или в просторечье – блокировкой. Заблокированный (выключенный) дифференциал не имеет возможности выравнивать усилие между колесами, они становятся связанными между собой единой осью, в результате к каждому из них через детали силового привода может быть подведена максимально возможная сила, предельное значение которой будет определяться силой сцепления каждого из колес с опорной поверхностью. Где сцепление лучше – туда и будет приложена большая сила.
Основная цель блокировки дифференциала – обеспечение ведущим колесам возможности полного использования силы сцепления с опорной поверхностью для создания тяговой силы, необходимой для поступательного движения автомобиля.
Механизмы блокировки дифференциалов могут быть самых различных конструкций, но их задача одинакова: связать ведущие колеса между собой, обеспечивая их нераздельное вращение.

Когда нужно блокировать дифференциал (включать блокировку).

Из вышеизложенного очевидно, что наибольшая эффективность от блокировки дифференциала проявляется в условиях, когда имеется существенная разность в величинах сил сцепления колес, между которыми он установлен. Сила сцепления определяется произведением части от общего веса автомобиля, приходящегося на колесо, и коэффициента сцепления шины с дорогой. Отсюда очевидно, что наибольшая эффективность от блокировки межколесного дифференциала будет в случаях полного отрыва колеса от опорной поверхности, что иногда возникает при проезде через гребневые препятствия (т.н. «диагональное вывешивание). Также блокирование существенно повышает проходимость при неравномерно распределенном между колесами моста весе, например, когда колеса одной стороны сползли в глубокую глинистую колею, а другой – идут выше по сухой поверхности, или при строгании машины от обочины, когда колеса одной стороны находятся на скользкой поверхности, а другой – на асфальте. Соответственно чем меньше разница сил сцепления колес моста, тем меньше польза от блокирования дифференциала.
Блокирование межосевого дифференциала необходимо при существенной разнице сил сцепления колес переднего и заднего мостов, например, когда при развороте машины одно из колес заднего моста заехало в канаву с водой (или на мокрый суглинок), в то время как другие колеса находятся на сухой поверхности. Или при строгании с места в условиях бездорожья, когда хотя бы одно из колес имеет плохое сцепление с грунтом, поскольку суммарная тяговая сила всех 4-х колес автомобиля при незаблокированном симметричном межосевом дифференциале равна учетверенному значению тяговой силы колеса, имеющего самое низкое сцепление. Стоит забуксовать лишь одному колесу, и тяговая сила остальных трех резко снизится.
Другим случаем является движение на крутой подъем, когда вес между мостами автомобиля распределен неравномерно.
Тяжело свести вместе все ситуации, да и не имеет смысла. Проще руководствоваться нехитрым правилом: ПЕРЕД тем, как съехать на бездорожье, нужно заблокировать межосевой дифференциал. Если предполагается преодоление участка тяжелого бездорожья, нужно заранее заблокировать задний межколесный дифференциал.
Передний межколесный дифференциал нужно блокировать (если есть такая возможность) в исключительных случаях и только при прямолинейном движении.
Также очевидна необходимость блокировки дифференциалов при попытке выйти из засады, когда автомобиль уже застрял.
Необходимо осознавать, что блокирование дифференциала не увеличивает силу сцепления колеса с дорогой, а лишь предоставляет возможность колесу полностью использовать эту силу для создания тягового усилия. Силу сцепления колеса с деформируемым грунтом можно увеличить лишь применением шины с внедорожным протектором; снижением давления воздуха в шине; надеванием цепи противоскольжения; подкладыванием под колесо различных предметов с высокими фрикционными свойствами, а также увеличив вес, приходящийся на колесо (последний способ наименее эффективен).
Нужно понимать, что наличие в ведущих мостах механизмов блокировок дифференциалов не превратит автомобиль в вездеход, который с легкостью пройдет по любому бездорожью. Блокировка дифференциала есть лишь один из многочисленных способов повышения проходимости, и если на ведущем мосту автомобиля, укомплектованного штатной «всесезонкой», будут буксовать два колеса, этот вовсе не означает, что тяговая сила моста будет в два раза выше по сравнению с буксованием только одного колеса.
Залогом хорошей проходимости автомобиля прежде всего является наличие специализированных внедорожных шин, большой дорожный просвет и иные показатели профильной проходимости, а также конструкция подвески, обеспечивающая большие ходы колес.

Недостатки блокировок дифференциалов.

Путь, по которому идет автомобиль на бездорожье, имеет кривизну в плане и профиле, обусловленную изменением траектории движения, задаваемой рулевым управлением, и неровностями волнистого характера, то есть буграми и впадинами. Из-за этого каждое из колес моста за одну единицу времени проходит разный путь, следовательно, одно из колес на одном временном промежутке должно вращаться с большим (меньшим) числом оборотов, чем другое. Особенно сильно данное скоростное (кинематическое) несоответствие проявляется при движении машины по кривой малого радиуса. В этом случае внутреннее (по отношению к центру поворота) колесо будет проходить путь значительно меньший, чем наружное, следовательно, за одну единицу времени наружное колесо должно вращаться с большей угловой скоростью, чем вращается внутреннее. Данную потребность разрешает межколесный дифференциал, который обеспечивает возможность вращения полуосевых шестерней и полуосей, связанным с колесами, с разным числом оборотов.
При блокировании дифференциала между колесами возникает жесткая кинематическая зависимость: они могут вращаться только с равным числом оборотов. Из-за этого при движении на кривой малого радиуса наружное колесо может начать проскальзывать по опорной поверхности (идти юзом), а внутреннее работать с пробуксовкой, излишне закапываясь в грунт. То есть наружное колесо будет работать в тормозном режиме, тормозить движение, а вся тяговая сила моста будет развиваться внутренним колесом. Это обстоятельство повлечет снижение проходимости, особенно при движении по грунтам, крепким в верхнем слое, но слабым в нижнем, например, по дерновому (покрытому травой) лугу, просохшему после дождей верхнему слою суглинка (при раскисшем нижнем слое) и т.д. Внутреннее колесо будет срывать твердый слой и закапываться в грунт.
Чтобы в этом примере оба колеса работали в ведущем режиме, необходимо, чтобы внутренне колесо вращалось со значительной пробуксовкой, тогда и наружное колесо сможет развить тяговую силу. Но пробуксовка колеса на бездорожье в большинстве случаев больше вредит, чем помогает: с одной стороны, это способствует лучшему самоочищению протектора, с другой – углубляет колею, увеличивая силу сопротивления качению, которая на слабых грунтах и без того немалая. А увеличение глубины колеи может привести к тому, что за гребень, образующийся между колесами, начнет цеплять и тормозить движение низко расположенная деталь автомобиля, например картер моста или нижний рычаг подвески.
И по-хорошему, при поворотах малого радиуса нужно бы блокировку выключить, чтобы дать дифференциалу возможность развязать колеса (или ведущие мосты). Вот только не всегда это возможно на ходу, да и внедорожная ситуация может неожиданно поменяться и потребовать быстрого включения механизма блокировки. Поэтому обычно уж если начал движение с заблокированным межосевым и задним межколесным дифференциалами, так и шуруй, пока не застрянешь или не выедешь на твердую поверхность.

Особенно остро данный недостаток применения блокировки при поворотах сказывается при блокировании дифференциала переднего моста. Стоит слегка повернуть руль, как наружное колесо тут же начнет тормозить движение машины, то есть пользы для проходимости не будет. К тому же это вызовет возникновение момента сопротивления повороту, машина будет стремиться идти прямо, несмотря на повернутые в сторону колеса. А это уже опасно и в некоторых случаях может повлечь наезд на твердые предметы, которые водитель вполне мог бы и объехать. Вот одна из причин, по которой автомобили повышенной проходимости, предназначенные для любительского использования, никогда штатно не оснащаются блокировкой дифференциала переднего моста. Одна, но не самая главная.
После блокирования дифференциала резко увеличиваются знакопеременные нагрузки, воздействующие на детали силового привода автомобиля. Это и является основным недостатком применения данного технического решения. Как уже говорилось выше, поверхность, по которой идут колеса, имеет неровности волнистого характера. И когда одно из колес наезжает на бугор (или попадает в яму), его угловая скорость должна за доли секунды прирасти, то есть стать значительно больше, чем у другого колеса, которое в это время идет по ровной поверхности. Но если дифференциал заблокирован, то на колесе, попавшем на неровность, резко возникнет тормозной момент, что вызовет существенные нагрузки на силовой привод — полуоси и шестерни дифференциала. А самые большие нагрузки возникнут на криволинейном участке пути, когда наружное колесо будет стремиться идти юзом, и вся тяговая сила ведущего моста будет создаваться внутренним колесом. Несмотря на то, что дифференциал заблокирован, его шестерни продолжают передавать крутящий момент (усилие) от корпуса к полуосям. Резко возникающие излишние нагрузки могут привести к поломкам зубьев сателлитов или полуосевых шестерней, и как следствие – выходу из строя всего механизма. А их осколки быстро выведут из строя шестерни главной передачи, поскольку эти детали находятся в едином картере. Также может сломаться подвижная муфта механизма блокировки. Но чаще ломаются полуоси, если конструктор умный, то он намеренно ослабит их прочность, поскольку полуось является самой недорогой и легко заменяющейся деталью и может выполнять функцию предохранителя от поломок других деталей силового привода ведущего моста.
При движении внедорожника, укомплектованного обычными универсальными шинами в условиях низкого сцепления колес с дорогой, например, по суглинкам или на снегу, высокие разрушающие нагрузки не возникают. В этом случае колеса при заблокированном дифференциале могут компенсировать разницу в угловых скоростях путем проскальзывания или пробуксовки, что несложно, так как сила их сцепления с опорной поверхностью относительно невелика. Но после установки специализированной грязевой шины с высокими грунтозацепами сила сцепления протектора с грунтом увеличивается в несколько раз, и соответственно увеличиваются разрушающие нагрузки, воздействующие на детали силового привода при блокировании дифференциала.
Наибольший риск поломки возникает при движении машины с заблокированным дифференциалом заднего моста вверх на каменистый подъем. В этом случае большая часть веса автомобиля приходится на заднюю ось, и если одно из задних колес окажется в условиях низкого сцепления с поверхностью или вывесится, то почти вся тяговая сила, необходимая для движения автомобиля, будет развиваться другим задним колесом, которое прижато большим весом и имеет большую силу сцепления с грунтом. Из-за этого на связанную с ним полуось и полуосевую шестерню может приложиться существенная силовая нагрузка, по значению выше расчетной, что неизбежно приведет к поломке полуоси.

Одним словом, надо помнить, что блокирование заднего межколесного дифференциала (и уж тем более переднего межколесного) резко увеличивает вероятность поломки деталей силового привода автомобиля. И пользоваться блокировкой только в тех случаях, когда это действительно необходимо, и только на слабых грунтах.
Ну и последним недостатком механизмов блокировки дифференциалов является не автоматичность их действия. Водитель часто забывает заранее включить блокировку, и что самое неприятное – забывает ее выключить (разблокировать дифференциал) при выезде на грунтовую или асфальтовую дорогу. Именно по этой причине на многих машинах повышенной проходимости блокировку дифференциала заднего моста можно включить только при переходе на понижающую передачу раздаточной коробки. Таким способом конструкторы частично подстраховали водителя от ошибки, ведь понижающей передачей пользуются исключительно при движении на бездорожье, следовательно, раз она не используется, то и нет нужды в блокировании межколесного дифференциала. И соответственно при выезде на твердую дорогу водитель тут же перейдет на повышенную (прямую) передачу раздаточной коробки, и блокировка межколесного дифференциала автоматически отключится.
На автомобилях, предусмотренных для профессионального использования, так не делают, полагая, что подготовленный шофер хорошо знает, какие отрицательные последствия влечет блокирование межколесных дифференциалов и использует данное средство повышения проходимости более осмотрительно. А чтобы он не забыл, что тот или иной дифференциал заблокирован, на кнопке, включающей механизм блокировки, или на щитке приборов обязательно устанавливается лампочка-индикатор.
И если в ваши руки попал такой профессиональный внедорожник, оснащенный механизмами блокировок всех трех дифференциалов (или двух межколесных при отсутствии межосевого), при их использовании нужно быть очень внимательным и не забывать отключать блокировку при выезде на сухую дорогу.
А можно сделать так, чтобы блокирование (разблокирование) дифференциала происходило автоматически, без участия водителя?
Можно.
Первые механизмы, автоматически блокирующие/разблокирующие дифференциал применялись в тракторах с колесной формулой 4х2. Так как блокированный привод ведущего моста улучшает тяговые свойства, но ухудшает маневренность трактора, а повороты обязательны в конце гона при выполнении любой полевой работы, то возникала необходимость при каждом повороте выключать блокировку и при выходе из него включать ее вновь. Чтобы облегчить труд механизатора конструкторы предусмотрели гидравлическую систему, которая была связана с рулевым управлением и при повороте управляемых колес на заданный угол автоматически разблокировала дифференциал заднего моста, а при возврате колес в прямолинейное положение блокировала его. Иногда отключение блокировки связывали с подъемом навесного орудия в конце гона при повороте.
Позже автоматизация процесса блокировки дифференциалов нашла применение и в автомобилестроении. Например, в некоторых моделях «Джип Чироки» и «Джип Гранд Чироки» применялся так называемый «героторный» дифференциал, устанавливаемый в ведущих мостах. Если одно из колес моста начинало вращаться быстрее, чем другое колесо, специальный масляный насос приводил в движение поршень, который сжимал пакет блокирующих дисков. В результате дифференциал за доли секунды (по утверждению фирмы-разработчика) полностью блокировался и колеса буксовали совместно. А при выравнивании угловых скоростей давление масла падало, поршень прекращал давить на диски и дифференциал разблокировался. И что самое главное, этот процесс происходил механически, без всякого участия капризной электроники.
Схожее техническое решение использует фирма «Мерседес» в межосевых дифференциалах некоторых выпускаемых автомобилей. Только исполнительный механизм, блокирующий с помощью пакета дисков дифференциал, управляется электронной системой управления, получающей сигналы от датчиков скорости.
Эти способы блокировки дифференциалов тоже имеют свои недостатки: большую себестоимость, сложность конструкции привода механизма, большое число деталей, обеспечивающих блокировку, а также то, что невозможно заранее принудительно заблокировать дифференциал и сделать так, чтобы он надолго оставался в заблокированном положении.
Словом, что бы инженеры не делали, всегда найдется недовольный водитель.
А когда-то давным-давно конструкторы пошли по иному пути: вместо того, чтобы разрабатывать механизмы принудительной блокировки дифференциалов, они стали проектировать дифференциалы повышенного трения (самоблокирующиеся). Некоторые из этих механизмов по блокирующим свойствам не уступают «жесткой» блокировке и работают автоматически без участия водителя. И самое главное – блокирующий момент в них возникает не тогда, когда одно из колес начинает буксовать, а еще до этого, заранее.
Но и они имеют ряд недостатков.
Например, дифференциалы с высокими блокирующими свойствами (высоким коэффициентом блокировки) аналогично механизму принудительной блокировки будут препятствовать вращению колес с разным числом оборотов на кривой (при прохождении поворота), из-за чего одно из колес может начать тормозить движение (юзить), в то же время другое будет работать со значительной пробуксовкой. А в случае отрыва одного из колес ведущего моста от опорной поверхности они не могут создать в дифференциале достаточный блокирующий момент (в этой ситуации помогает частичное затормаживание колес тормозными колодками).
Кроме того, в некоторых режимах движения они будут ухудшать управляемость автомобиля на шоссе, вызывая повышенный износ механизмов силового привода и шин.
А дифференциалы с низкими блокирующими свойствами (низким коэффициентом блокировки) хоть и не будут сильно препятствовать независимому вращению ведущих колес, но аналогично обычному дифференциалу не обеспечат им на бездорожье возможности полностью использовать силу сцепления с грунтом для создания тяговой силы.
По хорошему, требовалось создать такой дифференциальный механизм, который на бездорожье обеспечил бы раздельное вращение колес, но при этом подводил бы к каждому из них такой по величине крутящий момент, чтобы оно работало с минимальной пробуксовкой и полностью использовало силу сцепления с опорной поверхностью. Да еще сделал бы так, чтобы колесо, которое по условиям движения должно вращаться быстрее, не влияло на угловую скорость другого колеса, то есть не раскручивало его (или не тормозило) через дифференциал.
Задача полного удовлетворения вышеперечисленных и во многом противоречащих друг другу требований труднодостижима. Основная сложность заключается в том, что величина силы сцепления ведущих колес ежесекундно меняется, и чтобы точно регулировать усилие, подводимое к каждому из них, необходимо не только предусмотреть индивидуальный колесный привод, но и обеспечить наличие многочисленных контрольных и исполнительных устройств, которые будут отслеживать работу колес и ежесекундно корректировать величину подводимой к ним силы, приводя ее в соответствие к быстро меняющимися дорожным условиям. Но реализовать в металле конструктивное решение, обеспечивающее выполнение столь трудных задач, пока еще не удалось. Наиболее близки к этому трансмиссии, в которых используются механизмы индивидуального привода колес, основанные на гидрообъемных или электрических передачах, объединенные в комплексе с многочисленными следящими и управляющими устройствами. Но это решение слишком сложно и дорого.
Поэтому на сегодняшний день для тяжелого бездорожья, где нередки случаи преодоления автомобилем гребневых препятствий, наиболее эффективным считается механизм принудительной блокировки дифференциала. А на умеренном бездорожье эффективнее самоблокирующиеся дифференциалы с коэффициентом блокировки (как отношение большего момента к меньшему) около 6.
В давние годы советский конструктор Игорь Владимирович Гринченко сделал один интересный вывод, относящейся к гидромеханическим (автоматическим) коробкам перемены передач:
«Существующее мнение о том, что гидромеханические передачи повышают проходимость автомобиля, так как обеспечивают плавное трогание с места и работу двигателя даже в самых неблагоприятных условиях, а также гасят возникающие в трансмиссии колебания, принципиально правильно, но опыт показывает, что практически улучшение проходимости в результате применения гидромеханической коробки передач незначительно, что гораздо большее влияние оказывает квалификация водителя…»
Развивая эту мысль, хочу сделать итоговый вывод: механизм блокировки дифференциала в руках опытного водителя, понимающего все особенности его использования, может превратиться в эффективное средство повышения проходимости автомобиля. А неопытному водителю лишь поможет быстрее закопаться в грунт и посадить свой внедорожник на мосты, или что гораздо хуже – поломать детали силового привода, которые хоть и железные, но тем не менее тоже имеют определенный запас прочности.
Получилась неплохая техническая статья, и наверное правильно будет поставить внизу свою подпись, чтобы читатель знал, кого следует ругать, если что-то изложено неверно.

Автор: Лев Тюрин
Новогорск, октябрь 2010

Источник https://www.pickupclub.ru/forum/

Блокировки дифференциала

Одним из составных элементов трансмиссии является дифференциал, выполняющий достаточно важную функцию. Во время движения на авто создаются разные условия для вращения колес, что может повлиять на степень нагрузки узлов трансмиссии, управляемость авто.

Вращение от коробки передач передается на главную передачу, которая перераспределяет его на приводы колес. Если бы эта передача велась напрямую, то в любых условиях ведущие колеса будут вращаться с одной и той же скоростью. На ровных участках дороги такое распределение крутящего момента и нужно. Но при вхождении в поворот колеса ведущей оси двигаются по разной траектории и проходят неодинаковый путь. Поэтому и скорость вращения колес должна изменяться в соответствии с условиями движения.

Проблема с правильным распределением крутящего момента между колесами и устраняется дифференциалом. Этот узел меняет соотношение момента в зависимости от условий, причем делает он это самостоятельно, без какого-либо вмешательства. Функционирует дифференциал за счет сопротивления, которые встречают колеса.

При равномерном движении колеса встречают одинаковое сопротивление, поэтому дифференциал распределяет момент равномерно. При вхождении же в поворот, сопротивление на колесе, идущему по внутреннему радиусу, возрастает. Повышение усилия на одном из колес приводит к тому, что дифференциал «перебрасывает» часть момента на колесо с меньшим сопротивлением. В результате колеса начинают двигаться с разной скоростью – внутреннее замедляется, а внешнее – ускоряется.

Назначение блокировки

Особенность функционирования дифференциала имеет одну негативную сторону – чем меньше сопротивление встречает колесо, тем больше вращения узел передаст на него. Выливается это в то, что попавшее на скользкую поверхность или вывешенное колесо получает 100% крутящего момента, в то время как второе колесо оси, стоящее на твердой поверхности, остается без вращения. В итоге автомобиль обездвиживается. Из-за дифференциала преодоление даже незначительного бездорожья может обернуться проблемой, авто просто станет в грязи и все.

Не стоит на легковом автомобиле выезжать на бездорожье

Если обычные легковые машины не рассчитаны на движение по бездорожью, то дифференциалы на внедорожниках не дают раскрыть их возможности в полной мере. Устраняется негативное качество дифференциала его блокировкой. Но как работает блокировка дифференциала и что она из себя вообще представляет, знают не все автолюбители.

Блокировка представляет собой специальный механизм, добавленный в конструкцию дифференциала и обеспечивающий принудительное распределение момента по колесам в определенном соотношении. То есть блокировка исключает вероятность подачи вращения только на одно колесо ведущей оси. В результате даже при попадании одного из колес на скользкую поверхность, момент будет подаваться и на второе, поэтому автомобиль сохранит возможность движения.

Конструкторами разработаны самые разные виды блокировок дифференциала. Несмотря на конструктивно отличия все они выполняют одну и ту же задачу – сохраняют распределение крутящего момента по осям в заданном соотношении.

В целом существующие блокировки делятся на три типа:

  1. Жесткая
  2. Частичная
  3. Электронная

Первые два типа включают множество вариантов, отличающихся по конструктивному исполнению, но используют единый принцип работы.

Жесткая блокировка

Основная особенность жесткого типа блокировки заключается в том, что после задействования она распределяет момент между осями поровну. То есть, ведущий мост начинает работать как будто дифференциала в его конструкции вовсе нет.

Самым простым конструктивным исполнением полной блокировки является создание жесткой связи между корпусом дифференциала, закрепленного на ведомой шестерне главной передачи, и одной из полуосей. В результате такой связи дифференциал теряет возможность распределения вращения и передачи его только на одно колесо.

Простейшее конструктивное исполнение полной блокировки сводится к посадке на шлицы полуоси дополнительной муфты с механизмом управления. На этой муфте, а также на корпусе дифференциала проделаны зубья, которыми осуществляется зацепление этих элементов.

Для блокировки достаточно лишь ввести в зацепление муфту с корпусом и полуось получается жестко связанной с главной передачей.

Механическая блокировка

Полная блокировка используется как на межколесных, так и межосевых дифференциалах внедорожников и имеет исключительно принудительное ручное включение. При этом нередко этот механизм на переднем мосту не используется, чтобы не влиять на управляемость авто.

Принцип работы механизмов полной блокировки идентичен для всех вариантов, отличия заключаются лишь в конструктивном исполнении. А вот приводы их могут быть разными:

  • механический;
  • гидравлический;
  • пневматический;
  • электрический.

При этом все виды приводов выполняют одну задачу – вводят в зацепление муфту с корпусом.

Механический тип привода представлен в виде системы тяг и рычагов, гидравлический — двумя цилиндрами (главным и рабочим), соединенных между собой трубопроводной магистралью, пневматический – пневмоцилиндром с рабочей камерой, электрический – электродвигателем.

Достоинством жесткой блокировки является обеспечение высокой проходимости авто, поскольку при любых условиях колеса всегда двигаются с одной скоростью.

Но есть и недостатки:

  • Повышенная нагрузка на трансмиссию;
  • Невозможность движения по дорогам с твердым покрытием;
  • Не допускаются высокие скорости передвижения;
  • Ручное управление.

Несмотря на это многие любители полноценных внедорожников предпочитают именно этот тип блокировки.

Механизмы частичной блокировки

Частичная блокировка отличается тем, что перераспределение момента выполняется в соотношении, меняющемся от условий движения. То есть, такой механизм при потере сцепления одного из колес лишь частично его замедляет, «перебрасывая» момент на другое колесо.

Механизмы частичной блокировки могут работать как в полностью автоматическом режиме (так называемые самоблокирующиеся дифференциалы), так и с принудительным включением.

К этому типу блокировки относятся различные виды муфт:

  • Повышенного трения;
  • Вискомуфты;
  • Электромагнитные.

Все эти муфты построены по одному принципу. Основными их рабочими элементами являются пакеты дисков. Одна часть этого пакета жестко связана с полуосью, а вторая – с корпусом дифференциала. Диски обоих пакетов чередуются между собой.

Принцип работы рассмотрим на примере муфты повышенного трения. В таком узле фрикционные диски прижаты друг к другу с определенным усилием, в одних за счет пружин, а в других за счет нажимных колец с пружинами в центре. При движении на ровном участке фрикционные пакеты вращаются с одной скоростью, поскольку моменты по колесам распределяются равномерно. Но как только одно из колес теряет сопротивление, один фрикционный пакет начинает вращаться быстрее второго. Поскольку полуосевые шестерни конусные дополнительно возникает осевая сила смещения, которая стремится их развести. А так как диски прижаты друг к другу, возникающая сила трения «притормаживает» полуось, перебрасывая момент на второе колесо.

Дифференциал повышенного трения

В вискомуфте диски механизма не контактируют между собой, но пространство между ними заполнено специальной жидкостью, у которой при перемешивании возрастает вязкость, вплоть до полного затвердевания. Несмотря на конструктивные отличия принцип действия вискомуфты не отличается от узла повышенного трения. То есть, пока нет разницы в скоростях вращения пакетов, муфта является разблокированной. А как только один из пакетов дисков начинается крутиться быстрее, вязкость жидкости возрастает, «притормаживая» ускорившийся пакет дисков, тем самым меняется распределение момента по осям.

И виско-, и муфта повышенного трения являются самоблокирующимися. А вот электромагнитная муфта может быть, как автоматической, так и с ручным управлением. Конструктивно она схожа с узлом повышенного трения, но в ней прижатие пакетов дисков осуществляется за счет магнитов. В ручном варианте при включении блокировки в муфте создается электромагнитное поле, сжимающее пакеты между собой.

Муфта повышенного трения может устанавливаться как на межколесном, так и межосевом дифференциалах в системах постоянного полного привода. Вискомуфта из-за значительных габаритов используется только между осями, а в конструкции ведущих мостов не применяется.

Электромагнитная муфта может устанавливаться как на ведущих осях, так и в качестве межосевого дифференциала системы привода с ручным и электронным управлением, поскольку позволяет делать все колеса ведущими только при надобности.

Отдельно в качестве частичной блокировки стоит упомянуть червячные автоматические дифференциалы, ярким представителем которых являются узлы Torsen. Его особенность заключается в использовании червячных шестерен в конструкции дифференциала. В червячных передачах при определенных условиях появляется эффект «расклинивания», который и использовали при создании планетарного редуктора Torsen.

У всех механизмов частичной блокировки есть один существенный недостаток – они не способы работать длительный срок с повышенной нагрузкой. Поэтому не стоит пытаться преодолеть серьезное бездорожье с ними, поскольку это приведет к поломке узлов. Частичные блокировки по большей части устанавливаются на кроссоверы.

Электронная система

Напоследок упомянем об электронной блокировке. Она не входит в конструкцию трансмиссии, и по сути, не является механизмом. Поэтому этот вариант нередко называют «системой имитации блокировки дифференциала». Но электронная блокировка выполняет ту же функцию – замедляет колесо, потерявшее сопротивление, чтобы перебросить момент на второе колесо. И делает это система путем воздействия на тормозные механизмы.

В целом электронная блокировка является лишь функцией системы ABS. Суть работы очень проста – датчики контролируют скорость вращения ведущих колес и при обнаружении, что одно из них ускорилось, блок управления АБС задействует исполнительный механизм, чтобы притормозить колесо.

Несмотря на то, что электронная блокировка не является механизмом, ее используют все чаще.

что это такое, принцип работы — RUUD

Содержание статьи:

Внедорожные авто оснащены дифференциалом. Этот элемент нужен для обеспечения ведущим колесам разной угловой скорости. При повороте колеса расположены на внешнем и внутреннем радиусе. Межосевой дифференциал на внедорожнике имеет блокировку. Далеко не все знают, что это такое – блокировка межосевого дифференциала. Давайте разберемся, что это, для чего и как пользоваться.

Межосевой дифференциал

В любых автомобилях точно имеется один дифференциал. Данный механизм призван делить крутящий момент, который на него подается с входного вала между двумя полуосями. Полноприводные авто оснащены двумя дифференциалами – для каждой колесной пары. Также имеется еще и межосевой. Необходимость в нем вызвана тем, что внедорожники эксплуатируются в очень сложных условиях. Разные оси испытывают разное давление, и нужно распределять крутящий момент между ними.

Вам будет интересно:Автомобиль глохнет при сбросе газа: причины и их устранение

Блокировка

Любой дифференциал имеет, кроме достоинств, и очень серьезный недостаток. Недостаток этот является следствием преимущества – если одно из колес начинает буксовать, то дифференциал отдает больший крутящий момент именно на это колесо. Это очень сильно снижает характеристики проходимости. Если для гражданских автомобилей это норма, то для внедорожников это совсем недопустимо. По данной причине практически все межосевые дифференциалы оснащаются системами блокировки. Но есть исключения. Например, блокировка межосевого дифференциала на «Ниве» отсутствует, зато можно купить и установить самостоятельно одно из предлагаемых рынком решений.

Вам будет интересно:Автомобиль «Порше»: страна-производитель, история

Когда включена блокировка, то на каждую ось отдается один и тот же крутящий момент. Поэтому колеса не будут буксовать. Это нужно, чтобы машина могла с легкостью пройти скользкие места.

Виды блокировок

Мы узнали, что это такое – блокировка межосевого дифференциала. Теперь стоит познакомиться с видами данных систем. Сейчас можно выделить ручную и автоматическую блокировку. В первом и во втором случае можно частично или полностью отключить дифференциал. На моделях авто с повышенной проходимостью имеются автоматические блокировки. Их три разновидности – это система с вискомуфтой, блокировка Trosen и с фрикционной муфтой. В чем особенности и отличия данных систем? Рассмотрим каждую более детально.

Блокировки с вискомуфтой

Это наиболее распространенная блокировка. Она базируется на симметричной планетарной схеме. Работа основана на взаимодействующих между собой конических шестеренках. Важным элементом данной конструкции является специальная герметичная полость. В ней воздушно-силиконовая смесь. Механизм связан с полуосями за счет пакетов дисков.

Если авто с полным приводом двигается с какой-то постоянной скоростью по достаточно ровной поверхности, то дифференциал с такой блокировкой передает крутящий момент к передней и задней оси в пропорции 50:50. Если же один из пакетов будет вращаться быстрее, то за счет повышенного давления в герметичной емкости вискомуфта начнет тормозить пакет. За счет этого выровняются угловые скорости. Дифференциал заблокируется.

Среди главных достоинств этой системы можно выделить ее простоту и малую стоимость. Именно за счет этих факторов механизм получил такое широкое распространение в современных внедорожниках. Если говорить о недостатках, то автоматическое блокирование осуществляется не полностью и существует риск перегрева системы, если блокировка эксплуатируется достаточно долго.

Система Trosen

Вот еще одна блокировка межосевого дифференциала. Что это такое? Она представляет собой корпус, две полуосевые шестеренки с сателлитами и выходными валами. Считается, что блокировка такого типа наиболее эффективная и совершенная. Нередко данную систему можно увидеть на новых внедорожниках европейского и американского производства.

В основе лежат червячные колеса в количестве двух пар. В каждой паре имеется ведущее и ведомое колесо – полуосевое и сателлит. Принцип действия основан на особенностях червячных шестерен. Если каждое колесо имеет одинаковое сцепление с дорогой, тогда блокировка не будет задействована, а дифференциал будет работать в обыкновенном режиме.

Включение блокировки межосевого дифференциала осуществляется, если одно колесо начнет вращаться быстрее, чем остальные. Сателлит, связанный с колесом, будет пытаться крутиться в обратную сторону. В результате червячная шестерная перегружается и тем самым блокируются выходные валы. Освободившийся крутящий момент передается на другую ось и значения крутящего момента таким образом выравниваются.

В чем плюсы данной системы? Главным преимуществом такой блокировки считается максимальная скорость срабатывания и очень широкий диапазон распределения крутящего момента с одной оси на другую. Среди прочих плюсов можно выделить, что данные блокировки не ведут к перегрузке тормозных систем. Минус один – это сложность данной конструкции. Кстати, схожую блокировку можно увидеть на ГАЗ-66.

Блокировки с фрикционными муфтами

Основная отличительная особенность в том, что предполагается возможность включения блокировки автоматически или вручную. Конструкция и работа блокировки межосевого дифференциала похожа на систему с вискомуфтой. Но здесь работают фрикционные диски.

Когда машина двигается плавно, угловые скорости на осях распределены равномерно. Если на одной из полуосей имеется ускорение, то диски начнут сближаться, между ними будет расти сила трения – полуось притормаживается.

Данные системы практически не используются на серийных моделях авто. Причина в сложности конструкции и невысоком ресурсе. Диски очень быстро изнашиваются, а сама конструкция требует особого ухода и тщательного обслуживания.

Электронные блокировки и имитации блокировок

В большинстве современных авто имеются так называемые электронные блокировки межосевого дифференциала. Что это такое, мы рассмотрим далее. Электронная блокировка в большинстве случаев представляет собой лишь имитацию.

ЭБУ получает информацию от датчиков колес, что одно из колес вращается быстрее и начинает прерывистыми командами притормаживать колесо. Тем самым момент перераспределяется на другую сторону. Обычно узнать о том, что включена данная система, можно узнать по приборной панели – мигает блокировка межосевого дифференциала.

Недостатки и особенности

При долгой работе в таком режиме существует риск перегрева и выхода из строя тормозных систем. Автомобиль имеет автоматическую защиту, если температура поднимается выше допустимой, но это не везде есть и не всегда работает.

Если нагрузка серьезная, то крутящего момента может быть мало, чтобы сдвинуть авто вперед. Вроде бы и моргает лампа, трещит тормозная система, но машина никуда не едет. Поднять обороты невозможно – электроника не дает.

Межосевая блокировка дифференциала “Паджеро”, а она там электронная, в воде теряет эффективность. Мокрые колодки не могут затормозить мокрый диск.

Но даже имитация – это не пустая забава. Естественно, она не подойдет для серьезного бездорожья, но ездят туда далеко не все владельцы. Электронной блокировки вполне хватит для самых обычных случаев. Например, они могут понадобиться зимой. Но сильно рассчитывать на систему нельзя – электроника может подвести в самый неподходящий момент. Поэтому в “Паджеро” дополнительно есть настоящая, железная блокировка.

Источник

Принципы дифференциальной защиты, которые вы ДОЛЖНЫ понимать

Дифференциальная защита

Хотя в настоящее время дифференциальная защита достигается численно, для понимания принципов дифференциальной защиты полезно проанализировать повсеместное электромеханическое реле.

The principles of differential protection you MUST understand Принципы дифференциальной защиты, которые вы ДОЛЖНЫ понять (на фото: реле защиты SIPROTEC)

На рисунке 1 показана простая схема дифференциальной защиты, также известная как схема Merz-Price .

В этой простой схеме мы можем предположить, что при нормальных условиях работы ток, поступающий в защищаемое оборудование , равен (или, в случае трансформатора, пропорциональному) его выходному току. В этом примере мы будем предполагать, что токи входа и выхода равны. Автоматический выключатель с обеих сторон защищаемого оборудования управляется реле максимального тока.

Simple differential protection Simple differential protection Рисунок 1 — Простая дифференциальная защита (щелкните, чтобы развернуть схему)

Трансформаторы тока идентичных типов и коэффициентов оборотов установлены с обеих сторон оборудования.Эти трансформаторы тока индуцируют одинаковые вторичные токи, потому что их первичные токи идентичны и имеют одинаковое соотношение витков.

Простая проверка диаграммы показывает, что при этих обстоятельствах через реле не будет протекать ток разлива, поэтому сигналы отключения не будут генерироваться.


… и когда происходит сбой

Рассмотрим неисправность , внутреннюю для оборудования . Через ток протекает большой ток, поэтому ток, выходящий из оборудования, быстро уменьшается, что приводит к уменьшению вторичного тока в CT B .Это приведет к протеканию тока через реле, величина которого будет достаточна для отключения автоматических выключателей.

Теперь рассмотрим внешнюю неисправность на F , как показано на рисунке 2.

Simple differential protection with external fault Simple differential protection with external fault Рисунок 2 — Простая дифференциальная защита с внешней неисправностью

Вы можете видеть, что в этом случае ток, выходящий из оборудования, хотя и большой, все равно совпадает с током, поступающим в него, поэтому реле не отключается. Это именно то, что нам нужно , потому что внешние неисправности оборудования находятся в другой защитной зоне и защищены в другой схеме.

Если защищаемое оборудование представляет собой, например, шину или обмотку генератора, ясно, что ток на выходе такой же, как и ток на входе. Однако, если оборудование представляет собой трансформатор, в котором коэффициент витков не равен единице, входящий ток будет отличаться от выходящего тока.

В этом случае трансформаторы тока должны быть сбалансированы с эквивалентным дифференциалом отношения витков.

Дифференциальная схема создает четко определенную защитную зону , охватывающую все между двумя трансформаторами тока .Любая неисправность, существующая в этой защитной зоне, рассматривается как внутренняя неисправность, тогда как любая неисправность, существующая вне этой защитной зоны, является внешней неисправностью.

Поэтому дифференциальная схема должна быть способна реагировать на наименьшие внутренние неисправности, но ограничиваться наибольшими внешними неисправностями.

На практике этого трудно достичь — особенно при очень больших неисправностях из-за неидеальной природы трансформаторов тока, используемых для измерения токов.Термин, используемый для определения способности системы справляться с этими недостатками, называется «Устойчивость к неисправностям» .

В современных IED-устройствах (интеллектуальных электронных устройствах) ток в трансформаторах тока напрямую не управляет рабочей катушкой, которая отключает автоматические выключатели, поэтому подключение не такое, как показано в этом примере. В действительности токи от трансформаторов тока просто вводятся в устройство IED, где они дискретизируются и оцифровываются.

Затем дифференциальная операция выполняется программным обеспечением IED.


Базовая дифференциально-трансформаторная теория (ВИДЕО)

Ссылка // Принципы автоматизации подстанций Майкла Дж. Бергстрома

,
Что такое реле дифференциальной защиты? — Описание и его виды на основе принципа действия

Определение: Реле, работа которого зависит от разности фаз двух или более электрических величин, называется реле дифференциальной защиты . Он работает по принципу сравнения фазового угла и величины одинаковых электрических величин.

Например: рассмотрим сравнение входного и выходного тока линии передачи.Если величина входного тока линии передачи больше, чем величина выходного тока, это означает, что дополнительный ток протекает через него из-за неисправности. Разница в токе может управлять реле дифференциальной защиты.

Ниже приведены основные условия, необходимые для работы реле дифференциальной защиты.

  • Сеть, в которой используется реле, должна иметь две или более одинаковые электрические величины.
  • Количества имеют смещение фазы приблизительно 180º.

Реле дифференциальной защиты используется для защиты генератора, трансформатора, фидера, большого двигателя, шин и т. Д. Ниже приводится классификация реле дифференциальной защиты.

  • Реле дифференциального тока
  • Реле дифференциала напряжения
  • Смещенное или процентное дифференциальное реле
  • Реле дифференциального баланса напряжения

Реле перепада тока

Реле, которое определяет и управляет разностью фаз между током, поступающим в электрическую систему, и током, покидающим электрическую систему, называется дифференциальным реле тока .Расположение реле максимального тока, подключенного для работы в качестве дифференциального реле, показано на рисунке ниже.

current-differential-relay- Расположение реле максимального тока показано на рисунке ниже. Пунктирная линия показывает участок, который используется для защиты. Трансформатор тока расположен на обоих концах защитной зоны. Вторичная обмотка трансформаторов соединена последовательно с помощью управляющего провода. Тем самым ток, индуцируемый в ТТ, течет в одном направлении.Рабочая катушка реле подключена к вторичной обмотке ТТ.

current-differential-relay-for-an-internal-fault-

В нормальном рабочем состоянии величина тока во вторичной обмотке трансформаторов тока остается неизменной. Нулевой ток протекает через рабочую катушку. При возникновении неисправности величина тока на вторичной обмотке ТТ становится неравной, из-за чего реле начинает работать.

смещенная или процентная дифференциальная катушка

Это наиболее используемая форма дифференциального реле.Их расположение такое же, как у дифференциального реле тока; единственное отличие состоит в том, что эта система состоит из дополнительной сдерживающей катушки, подключенной к управляющим проводам, как показано на рисунке ниже.

biased-or-percentage-differential-relay- Рабочая катушка соединяется в центре удерживающей катушки. Соотношение тока в трансформаторе тока становится разбалансированным из-за тока повреждения. Эта проблема решается с помощью удерживающей катушки.

Реле смещения индукционного типа

Это реле индукционного типа состоит из диска, который свободно вращается между электромагнитами.Каждый электромагнит состоит из медного кольца затенения. Кольцо может входить или выходить из электромагнита. Диск испытывает усилие из-за удерживающего и управляющего элемента.

induction-type-biased-differential-relay- Результирующий крутящий момент затененного кольца становится равным нулю, если положение кольца сбалансировано для обоих элементов. Но если кольцо движется к железному сердечнику, то неравные крутящие моменты, действующие на кольцо из-за рабочей и удерживающей катушки.

дифференциальное реле баланса напряжения

Реле перепада тока не подходит для защиты фидеров.Для защиты фидеров используются дифференциальные реле баланса напряжения. Дифференциальное реле напряжения использует два одинаковых места трансформатора тока через защитную зону с помощью контрольного провода.

Реле соединены последовательно с вторичной обмоткой трансформатора тока. Реле подключены таким образом, чтобы в нормальном рабочем состоянии через них не проходил ток. Дифференциальное реле баланса напряжения использует трансформаторы тока с воздушным сердечником, в которых напряжения индуцируются относительно тока.

biased-voltage-differential-protection-relay- При возникновении неисправности в зоне защиты ток в трансформаторах тока становится разбалансированным, из-за чего напряжение во вторичной обмотке трансформаторов тока нарушается. Ток начинает течь через рабочую катушку. Таким образом, реле начинает работать и дает команду на срабатывание автоматического выключателя.

,
Самоблокирующийся межосевой дифференциал — Audi Technology Portal
Вернуться к обзору

В 2005 году Audi отправилась на следующую ступень развития своей классической системы привода quattro в RS 4 второго поколения. Новый самоблокирующийся межосевой дифференциал, который сегодня используется во многих моделях, остался верен принципу механики. функция, но представляет значительный прогресс по сравнению с дифференциалом Torsen.


При нормальных условиях движения мощность распределяется 40:60 между передней и задней осями.Это асимметричное и динамическое распределение крутящего момента приводит к спортивному управлению с задним смещением. Межосевой дифференциал может отводить до 60 процентов мощности вперед и до 80 процентов сзади, если это необходимо. Если колесо на одной оси должно вращаться, электронная блокировка дифференциала EDL управляет им, применяя тормоза.

Самоблокирующийся межосевой дифференциал выполнен в виде планетарной передачи. Внутренняя шестерня содержит солнечную шестерню; между этими двумя элементами вращаются планетарные шестерни в форме ролика, соединенные с вращающимся корпусом.Они распределяют крутящий момент асимметрично — несколько большая фракция течет назад через внутреннюю шестерню, которая имеет больший диаметр, и выходной вал, соединенный с ней. Меньшая часть передается на меньшую солнечную шестерню, откуда она отправляется на переднюю ось.

Если тяга на одной из осей снижается, спиральная форма зубчатых колес и их наклонные шлицы создают осевые силы в дифференциале. Эти силы действуют на фрикционные диски, чтобы обеспечить требуемый крутящий момент и направить мощность на колеса с лучшими значениями трения.

Полноразмерный внедорожник Q7 (Комбинированный расход топлива в л / 100 км: 10,7 — 7,2; Комбинированные выбросы CO₂ в г / км: 249 — 189) использует специальную форму трансмиссии quattro — в данном случае, самообслуживания Межблочный дифференциал встроен в раздаточную коробку. Солнечная шестерня использует цепь для привода вспомогательного вала, который проходит от коробки передач к передней оси. Цепь используется для транспортировки масла, что устраняет необходимость в обычно используемом масляном насосе. Вся трансмиссия Q7 потеряла значительный вес на последнем этапе эволюции.Несмотря на это, раздаточная коробка очень прочная. Это также обеспечивает высокий дорожный просвет, что является важной чертой для внедорожного использования.


Статус: 2011

,
Основные принципы максимальной токовой, дистанционной и дифференциальной защиты

Основные принципы защиты

Цель этой технической статьи — охватить наиболее важные принципы четырех основных релейных защит: перегрузка по току, направленная перегрузка по току, расстояние и дифференциал для линий электропередачи, силовых трансформаторов и шин.

Fundamental overcurrent, distance and differential protection principles Основные принципы защиты от перегрузки по току, дистанционной и дифференциальной защиты (фото предоставлено: Power Research & Development Consultants Pvt.Ltd)

Содержание:

  1. Принцип защиты от сверхтоков
  2. Принцип направленной токовой защиты
  3. Принцип дистанционной защиты
  4. Принцип дифференциальной защиты
    1. Для линии электропередачи
    2. для трансформатора
    3. для шины

Для простоты объяснения ключевых идей мы рассмотрим трехфазных болтовых неисправностей .


1.Защита от перегрузки по току

Эта схема основана на интуитивном понимании того, что при неисправностях, обычно коротких замыканиях, приводит к токам, значительно превышающим ток нагрузки . Мы можем назвать их как сверхтоков . При перегрузке по току и защите плавких предохранителей используется принцип, согласно которому, когда ток превышает заданное значение, это указывает на наличие неисправности (короткого замыкания).

Эта схема защиты находит применение в системах радиального распределения с одним источником. Это довольно просто реализовать.

Radial distribution system Radial distribution system Рисунок 1 — Система радиального распределения

На рисунке 1 показана система радиального распределения с одним источником. Ток повреждения подается только с одного конца фидера.

Для этой системы можно наблюдать, что:

Вернуться к принципам защиты ↑


2. Направленная токовая защита

Напротив, могут быть ситуации, когда в целях селективности может потребоваться информация о фазовом угле (всегда относительно эталонного вектора).На рисунке 2 показан такой случай для радиальной системы с источником на обоих концах. Следовательно, неисправность подается с обоих концов устройства подачи.

Для прерывания тока повреждения требуется реле на обоих концах фидера .

Radial system with source at both ends Radial system with source at both ends Рисунок 2 — Радиальная система с источником на обоих концах

В этом случае по величине тока, видимого реле R 2 , невозможно определить, является ли неисправность в секции AB или BC .Поскольку неисправности в разделе AB не входят в его компетенцию, он не должен отключаться.

Для получения селективности, требуется направленное реле максимального тока . Для принятия решений используется как величина тока, так и информация о фазовом угле. Он обычно используется в субтрансляционных сетях , где используется кольцевая сеть.

Вернуться к принципам защиты ↑


3. Дистанционная защита

Рассмотрим простую радиальную систему, которая питается от одного источника.Давайте измерим кажущееся полное сопротивление (V / I) на передающем конце.

Для ненагруженной системы I = 0 , а полное сопротивление, видимое реле, бесконечно. При загрузке системы кажущийся импеданс уменьшается до некоторого конечного значения ( Z L + Z линия ), где Z L — сопротивление нагрузки, а Z — линия — сопротивление линии. При наличии неисправности на расстоянии на единицу измерения «м» сопротивление, видимое реле, падает до линии мЗ , как показано на рисунке 3 ниже.

Fault in transmission line Fault in transmission line Рисунок 3 — Неисправность в линии передачи

Основной принцип дистанционного реле заключается в том, что видимый импеданс, видимый реле, который определяется как отношение фазного напряжения к току в линии передачи ( Z приложение ), резко уменьшается при наличии линии неисправность. Реле расстояния сравнивает это соотношение с полным сопротивлением (Z 1 ) линии передачи. Если дробь Z app / Z 1 меньше единицы, это указывает на ошибку.Это соотношение также указывает на расстояние неисправности от реле.

Поскольку импеданс является комплексным числом, дистанционная защита по своей природе направленная . Первый квадрант представляет собой прямое направление, то есть полное сопротивление защищаемой линии передачи лежит в этом квадранте.

Однако, если используется только информация о величине, получается реле ненаправленного импеданса. На рисунках 4 и 5 показана характеристика реле полного сопротивления и «мо реле» , принадлежащих к этому классу.

Figure 4 (left) - Impedance relay; Figure 5 (right) - Mho relay Figure 4 (left) - Impedance relay; Figure 5 (right) - Mho relay Рисунок 4 (слева) — реле полного сопротивления; Рисунок 5 (справа) — реле Mho

Реле полного сопротивления отключается, если величина полного сопротивления находится в круговой области. Поскольку круг охватывает все квадранты, это приводит к ненаправленной схеме защиты. Напротив, реле mho, которое охватывает в основном первый квадрант, имеет направленный характер.

Таким образом, закон отключения для реле полного сопротивления можно записать следующим образом:

| Z app | = | V R | / | I R | <| Z набор |

затем поездка; остальное сдерживаю.

Хотя реле полного сопротивления имеет только один расчетный параметр, Z установлено ; «MHO реле» имеет два расчетных параметра Z n , λ . Закон отключения для реле MHO определяется следующим образом:

| Z app | <| Z n | cos (θ — λ)

затем поездка; остальное сдерживаю.

Как показано на фиг.5, θ — это угол линии передачи . На основании устаревших электромеханических реле λ также называется «угол крутящего момента» .

Вернуться к принципам защиты ↑


4. Принцип дифференциальной защиты

Дифференциальная защита основана на том факте, что любая неисправность в электрическом оборудовании может привести к тому, что входящий в него ток будет отличаться от тока, выходящего из него .

Таким образом, сравнивая два тока по амплитуде или по фазе или по обоим, мы можем определить неисправность и принять решение об отключении, если разница превышает предварительно определенное заданное значение.

Differential protection of short transmission line Differential protection of short transmission line Рисунок 6 — Дифференциальная защита коротких линий электропередачи

Вернуться к принципам защиты ↑


4.1 Дифференциальная защита для линии электропередачи

На рис. 6 показана короткая линия передачи, в которой шунтирующей зарядкой можно пренебречь. Тогда при отсутствии условий неисправности векторная сумма токов, поступающих в устройство, равна нулю, то есть

I S + I R = 0

Таким образом, мы можем сказать, что дифференциальный ток при отсутствии неисправности равен нулю.Однако в случае неисправности в отрезке линии AB получаем:

I S + I R = I F 0

, т. Е. Дифференциальный ток при наличии неисправности не равен нулю.

Этот принцип проверки дифференциального тока известен как схема дифференциальной защиты .

В случае линии передачи для реализации дифференциальной защиты требуется канал связи для передачи текущих значений на другой конец.Он может использоваться для коротких фидеров, и конкретная реализация известна как защита контрольного провода. Дифференциальная защита имеет тенденцию быть чрезвычайно точной. Его зона четко разграничена ТТ, которые обеспечивают границу.

Дифференциальную защиту можно использовать для ответвленных линий (многотерминальные линии), где граничные условия определяются следующим образом:

Differential protection for tapped transmission line Differential protection for tapped transmission line Рисунок 7 — Дифференциальная защита для ответвленной линии электропередачи

Не при условии неисправности:

I 1 + I 2 + I 3 = 0

Неисправное состояние:

I 1 + I 2 + I 3 9 0

Вернуться к принципам защиты ↑


4.2 Дифференциальная защита для трансформатора

Дифференциальная защита для обнаружения неисправностей является привлекательной опцией , когда оба конца устройства физически расположены рядом друг с другом . например на трансформаторе, генераторе или шине.

Рассмотрим идеальный трансформатор с подключениями ТТ, как показано на рисунке 8.

Differential protection for transformer Differential protection for transformer Рисунок 8 — Дифференциальная защита трансформатора

Чтобы проиллюстрировать этот принцип, давайте рассмотрим, что номинальный ток первичной обмотки составляет 100A, , а вторичной обмотки — 1000A, .Затем, если мы используем 100: 5 и 1000: 5 ТТ на первичной и вторичной обмотках , то при нормальных (без сбоев) рабочих условиях масштабированные токи ТТ будут совпадать по величине. Путем подключения первичного и вторичного ТТ с должным вниманием к точкам (маркировка полярности) можно настроить циркулирующий ток, как показано пунктирной линией.

Ток не будет проходить через ветвь с реле тока максимального тока , поскольку это приведет к нарушению KCL .

Теперь, если в устройстве возникает внутренняя неисправность, например, короткое замыкание и т. Д.тогда нормальный баланс ммс нарушается, то есть N 1 I 1 N 2 I 2 . При этом условии вторичные токи ТТ первичной и вторичной стороны ТТ не будут совпадать. Результирующий дифференциальный ток будет протекать через реле максимального тока. Если уставка срабатывания реле максимального тока близка к нулю, он сразу же активирует и инициирует решение об отключении.

На практике трансформатор не идеален. Следовательно, даже если I 2 = 0, I 1 9 0 , это ток намагничивания или ток (без нагрузки).Таким образом, дифференциальный ток всегда протекает через реле максимального тока.

Поэтому срабатывание реле максимального тока регулируется выше значения тока холостого хода. Следовательно, минутные неисправности ниже значения тока без нагрузки не могут быть обнаружены. Это ухудшает чувствительность.

Вернуться к принципам защиты ↑


4.3 Дифференциальная защита для шины

В идеале, дифференциальная защита — это решение для защиты шин. Рисунок 9 иллюстрирует основную идею.Если неисправность является внешней по отношению к шине , можно видеть, что алгебраическая сумма токов, входящих в шину, равна нулю.

I A + I B + I C + I D + I E = 0

Differential protection for busbar Differential protection for busbar Рисунок 9 — Дифференциальная защита шины

С другой стороны, если неисправность на шине (внутренняя неисправность) , эта сумма не равна нулю.

I A + I B + I C + I D + I E = I F

Таким образом, дифференциальная защита может использоваться для защиты шины.

Вернуться к принципам защиты ↑

Справочник // Основы защиты энергосистемы — Извлечение из ИИТ Бомбей NPTEL

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о