اختبار تاريخ ناقل الحركة - الجزء الأول

في سلسلة من المقالات سنخبرك عن تاريخ ناقل الحركة للسيارات والشاحنات - ربما كإشارة إلى الذكرى الخامسة والسبعين لإنشاء أول ناقل حركة أوتوماتيكي.

1993 أثناء اختبار ما قبل السباق في سيلفرستون ، ترك سائق اختبار ويليامز ديفيد كولتهارد المسار للاختبار التالي في Williams FW 15C الجديدة. على الرصيف الرطب ، تتناثر السيارة في كل مكان ، ولكن لا يزال بإمكان الجميع سماع الصوت الرتيب عالي السرعة لمحرك من عشر أسطوانات. من الواضح أن فرانك ويليام يستخدم نوعًا مختلفًا من الإرسال. من الواضح للمستنير أن هذا ليس أكثر من ناقل حركة متغير باستمرار مصمم لتلبية احتياجات محرك الفورمولا 1. فيما بعد اتضح أنه تم تطويره بمساعدة متخصصي Van Doorn في كل مكان. انتقال العدوى. قامت الشركتان المتآمرتان بضخ موارد هندسية ومالية ضخمة في هذا المشروع على مدار السنوات الأربع الماضية لإنشاء نموذج أولي يعمل بكامل طاقته يمكنه إعادة كتابة قواعد الديناميكيات في الملكة الرياضية. في فيديو YouTube اليوم ، يمكنك مشاهدة اختبارات هذا النموذج ، ويدعي كولتارد نفسه أنه يحب عملها - خاصة في الزاوية ، حيث لا داعي لإضاعة الوقت في تغيير السرعة - يتم الاهتمام بكل شيء عن طريق الإلكترونيات. لسوء الحظ ، فقد كل من عمل في المشروع ثمار عملهم. سارع المشرعون إلى حظر استخدام مثل هذه التصاريح في الفورمولا ، بدعوى "ميزة غير عادلة". تم تغيير القواعد وأصبح إرسال V-belt CVT أو CVT تاريخًا مع هذا المظهر القصير فقط. تم إغلاق العلبة ويجب أن يعود ويليامز إلى ناقل الحركة شبه الأوتوماتيكي ، والذي لا يزال قياسيًا في الفورمولا 1 والذي بدوره أصبح ثورة في أواخر الثمانينيات. بالمناسبة ، في عام 80 ، بذلت DAF مع ناقل الحركة Variomatic محاولات للدخول إلى مضمار رياضة السيارات ، ولكن في ذلك الوقت كانت الآلية ضخمة جدًا لدرجة أنه حتى بدون تدخل العوامل الذاتية كان محكومًا عليها بالفشل. لكن هذه قصة أخرى.

لقد ذكرنا مرارًا وتكرارًا أمثلة على مقدار الابتكار في صناعة السيارات الحديثة نتيجة الأفكار القديمة التي ولدت في رؤوس الأشخاص الموهوبين والمتميزين للغاية. نظرًا لطبيعتها الميكانيكية ، تعد علب التروس أحد الأمثلة الرئيسية لكيفية تنفيذها عندما يحين الوقت. في الوقت الحاضر ، أدى الجمع بين المواد المتقدمة وعمليات التصنيع والحكومة الإلكترونية إلى خلق فرصة لحلول فعالة بشكل لا يصدق في جميع أشكال النقل. يؤدي الاتجاه نحو الاستهلاك المنخفض من ناحية وخصوصية المحركات الجديدة ذات الأبعاد المنخفضة (على سبيل المثال ، الحاجة إلى التغلب بسرعة على ثقب توربو) إلى الحاجة إلى إنشاء ناقل حركة أوتوماتيكي مع نطاق أوسع من نسب التروس ، وبالتالي ، عدد كبير من التروس. بدائلها ذات الأسعار المعقولة هي CVTs للسيارات الصغيرة ، وغالبًا ما يستخدمها صانعو السيارات اليابانيون ، وناقلات الحركة اليدوية الأوتوماتيكية مثل Easytronic. أوبل (أيضًا للسيارات الصغيرة). آليات الأنظمة الهجينة المتوازية محددة ، وكجزء من جهود الحد من الانبعاثات ، تحدث كهربة المحرك بالفعل في عمليات النقل.

لا يمكن للمحرك الاستغناء عن علبة التروس

حتى الآن ، لم تخترع البشرية طريقة أكثر فاعلية للنقل المباشر للطاقة الميكانيكية (باستثناء ، بالطبع ، الآليات الهيدروليكية والأنظمة الكهربائية الهجينة) من الطرق التي تستخدم الأحزمة والسلاسل والتروس. بالطبع ، هناك اختلافات لا حصر لها حول هذا الموضوع ، ويمكنك فهم جوهرها بشكل أفضل من خلال سرد أبرز التطورات في هذا المجال في السنوات الأخيرة.

إن مفهوم التحويل الإلكتروني ، أو الاتصال الإلكتروني غير المباشر لآلية التحكم بعلبة التروس ، بعيد كل البعد عن الصرخة الأخيرة ، لأنه في عام 1916 أنشأت شركة بولمان في بنسلفانيا علبة تروس تقوم بنقل التروس كهربائيًا. باستخدام نفس مبدأ العمل في شكل محسّن ، تم تثبيته بعد عشرين عامًا في كورد 812 الطليعي - إحدى أكثر السيارات روعة وعصرية ، ليس فقط في عام 1936 ، عندما تم إنشاؤه. من الأهمية بمكان العثور على هذا الحبل على غلاف كتاب عن إنجازات التصميم الصناعي. ينقل ناقل الحركة عزم الدوران من المحرك إلى المحور الأمامي (!) ، ويكون ناقل الحركة عبارة عن تخريمية مباشرة لتمثيل عمود التوجيه في ذلك الوقت ، والذي ينشط المفاتيح الكهربائية الخاصة التي تنشط نظامًا معقدًا من الأجهزة الكهرومغناطيسية ذات الأغشية الفراغية ، بما في ذلك التروس. نجح مصممو الأسلاك في الجمع بين كل هذا بنجاح ، وهو يعمل بشكل رائع ليس فقط من الناحية النظرية ، ولكن أيضًا في الممارسة. لقد كان إنشاء التزامن بين تبديل التروس وعملية القابض كابوسًا حقيقيًا ، ووفقًا للأدلة في ذلك الوقت ، كان من الممكن إرسال ميكانيكي إلى مستشفى للأمراض النفسية. ومع ذلك ، كان كورد سيارة فاخرة ، ولم يكن بمقدور مالكيها تحمل الموقف غير الرسمي للعديد من الشركات المصنعة الحديثة لدقة هذه العملية - في الممارسة العملية ، فإن معظم ناقل الحركة الآلي (غالبًا ما يطلق عليه الروبوتية أو شبه الأوتوماتيكية) يتحول مع تأخير مميز ، وفي كثير من الأحيان العواصف.

لا أحد يدعي أن المزامنة مهمة أسهل بكثير مع عمليات النقل اليدوي الأبسط والأكثر انتشارًا اليوم ، لأن السؤال "لماذا من الضروري استخدام مثل هذا الجهاز على الإطلاق؟" له طابع أساسي. يكمن سبب هذا الحدث المعقد ، ولكن أيضًا في فتح مجال تجاري للمليارات ، في طبيعة محرك الاحتراق. على عكس ، على سبيل المثال ، المحرك البخاري ، حيث يمكن أن يتغير ضغط البخار المزود بالأسطوانات بسهولة نسبيًا ، ويمكن أن يتغير ضغطه أثناء بدء التشغيل والتشغيل العادي ، أو من محرك كهربائي ، حيث يوجد مجال مغناطيسي قوي للقيادة يوجد أيضًا بسرعة صفر.في الدقيقة (في الواقع ، فهو الأعلى ، وبسبب انخفاض كفاءة المحركات الكهربائية مع زيادة السرعة ، يقوم جميع مصنعي ناقل الحركة للسيارات الكهربائية حاليًا بتطوير خيارات مرحلتين) داخلي يتميز محرك الاحتراق بخاصية يتم فيها تحقيق أقصى قدر من الطاقة بسرعات قريبة من الحد الأقصى ، والعزم الأقصى - في نطاق صغير نسبيًا من السرعات ، حيث تحدث عمليات الاحتراق المثلى. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه نادرًا ما يتم استخدام المحرك في الحياة الواقعية على منحنى عزم الدوران الأقصى (في المقابل على منحنى تطوير القدرة القصوى). لسوء الحظ ، فإن عزم الدوران عند الدورات المنخفضة يكون ضئيلًا ، وإذا كان ناقل الحركة متصلاً بشكل مباشر ، حتى مع وجود القابض الذي ينفصل ويسمح بالبدء ، فلن تتمكن السيارة أبدًا من أداء أنشطة مثل البدء والتسريع والقيادة في نطاق سرعة واسع. هذا مثال بسيط - إذا كان المحرك ينقل سرعته 1: 1 ، وكان حجم الإطار 195/55 R 15 (في الوقت الحالي ، مجردة من وجود الترس الرئيسي) ، فمن الناحية النظرية يجب أن تتحرك السيارة بسرعة 320 كم. / ساعة عند 3000 دورة للعمود المرفقي في الدقيقة. بالطبع ، تحتوي السيارات على تروس مباشرة أو قريبة وحتى تروس مجنزرة ، وفي هذه الحالة يأتي المحرك النهائي أيضًا في المعادلة ويجب أخذه في الاعتبار. ومع ذلك ، إذا واصلنا المنطق الأصلي المتمثل في التفكير في القيادة بسرعة طبيعية تبلغ 60 كم / ساعة في المدينة ، فإن المحرك سيحتاج فقط إلى 560 دورة في الدقيقة. بالطبع ، لا يوجد محرك قادر على عمل مثل هذه الخيوط. هناك تفصيل آخر - لأن القوة ، من الناحية الفيزيائية البحتة ، تتناسب طرديًا مع عزم الدوران والسرعة (يمكن أيضًا تعريف صيغتها على أنها السرعة × عزم الدوران / معامل معين) ، وتعتمد تسارع الجسم المادي على القوة المطبقة عليه . ، افهم ، في هذه الحالة ، القوة ، فمن المنطقي أنه من أجل تسريع أسرع ستحتاج إلى سرعات أعلى وتحميل أكبر (أي عزم الدوران). يبدو الأمر معقدًا ، ولكن هذا يعني عمليًا ما يلي: يعرف كل سائق ، حتى لو كان لا يفهم شيئًا في التكنولوجيا ، أنه من أجل تجاوز السيارة بسرعة ، تحتاج إلى تغيير ترس واحد أو حتى ترسين. وبالتالي ، فإن علبة التروس توفر على الفور دورات أعلى وبالتالي المزيد من القوة لهذا الغرض بنفس درجة ضغط الدواسة. هذه هي مهمة هذا الجهاز - مع مراعاة خصائص محرك الاحتراق الداخلي ، لضمان تشغيله في الوضع الأمثل. القيادة في السرعة الأولى بسرعة 100 كم / ساعة ستكون غير اقتصادية تمامًا ، وفي السادس ، مناسبة للمسار ، من المستحيل البدء. ليس من قبيل المصادفة أن القيادة الاقتصادية تتطلب عمليات تبديل تروس مبكرة وتشغيل المحرك بأحمال كاملة (أي القيادة أقل قليلاً من منحنى عزم الدوران الأقصى). يستخدم الخبراء مصطلح "استهلاك طاقة محدد منخفض" ، والذي يقع في نطاق سرعة الدوران المتوسط ​​وقريبًا من الحد الأقصى للحمل. ثم يفتح صمام الخانق لمحركات البنزين على نطاق أوسع ويقلل من خسائر الضخ ، ويزيد من ضغط الأسطوانة وبالتالي يحسن جودة التفاعلات الكيميائية. السرعات المنخفضة تقلل الاحتكاك وتتيح مزيدًا من الوقت للملء تمامًا. تعمل سيارات السباق دائمًا بسرعات عالية ولديها عدد كبير من التروس (ثمانية في الفورمولا 1) ، مما يسمح بتقليل السرعة عند التبديل ويحد من الانتقال إلى مناطق ذات طاقة أقل بشكل ملحوظ.

في الواقع ، يمكنها الاستغناء عن علبة التروس الكلاسيكية ، ولكن ...

حالة الأنظمة الهجينة وخاصة الأنظمة الهجينة مثل Toyota Prius. لا تحتوي هذه السيارة على ناقل حركة من أي نوع من الأنواع المدرجة. عمليا لا يوجد لديه علبة تروس! هذا ممكن لأن أوجه القصور المذكورة أعلاه يتم تعويضها عن طريق النظام الكهربائي. يتم استبدال ناقل الحركة بما يسمى مقسم الطاقة ، وهو ترس كوكبي يجمع بين محرك احتراق داخلي وآلتين كهربائيتين. بالنسبة للأشخاص الذين لم يقرؤوا التفسير الانتقائي لعمله في الكتب المتعلقة بالأنظمة الهجينة وخاصة في إنشاء Prius (يتوفر الأخير في الإصدار عبر الإنترنت من موقعنا ams.bg) ، سنقول فقط أن الآلية تسمح يتم تحويل جزء من الطاقة الميكانيكية لمحرك الاحتراق الداخلي بشكل مباشر وميكانيكي وجزئي إلى كهرباء (بمساعدة آلة واحدة كمولد) ومرة ​​أخرى إلى ميكانيكي (بمساعدة آلة أخرى كمحرك كهربائي) . إن عبقرية هذا الابتكار من قبل شركة تويوتا (التي كانت فكرتها الأصلية هي شركة TRW الأمريكية من الستينيات) هي توفير عزم دوران عالي ، مما يتجنب الحاجة إلى تروس منخفضة للغاية ويسمح للمحرك بالعمل في أوضاع فعالة. عند أقصى حمل ، محاكاة أعلى ترس ممكن ، مع عمل النظام الكهربائي دائمًا كمخزن. عندما تكون هناك حاجة لمحاكاة التسارع والتحول إلى سرعة أقل ، تزداد سرعة المحرك من خلال التحكم في المولد ، وبالتالي ، من خلال سرعته باستخدام نظام تحكم إلكتروني متطور للتيار. عند محاكاة التروس العالية ، يتعين على سيارتين تبديل الأدوار للحد من سرعة المحرك. عند هذه النقطة ، يدخل النظام في وضع "دوران الطاقة" وتنخفض كفاءته بشكل كبير ، وهو ما يفسر العرض الحاد لاستهلاك الوقود لهذا النوع من المركبات الهجينة بسرعات عالية. وبالتالي ، تعد هذه التقنية عمليًا حلاً وسطًا مناسبًا لحركة المرور في المناطق الحضرية ، حيث من الواضح أن النظام الكهربائي لا يمكن أن يعوض تمامًا عن عدم وجود علبة تروس كلاسيكية. لحل هذه المشكلة ، يستخدم مهندسو هوندا حلاً بسيطًا ولكنه مبتكر في نظامهم الهجين الهجين الجديد المتطور للتنافس مع تويوتا - يضيفون ببساطة ناقل حركة يدوي سادس يعمل بدلاً من الآلية الهجينة عالية السرعة. قد يكون كل هذا مقنعًا بما يكفي لإظهار الحاجة إلى علبة التروس. بالطبع ، إذا كان ذلك ممكنًا مع وجود عدد كبير من التروس - الحقيقة هي أنه مع التحكم اليدوي ، لن يكون من المريح للسائق أن يكون لديه عدد كبير ، وسوف يرتفع السعر. في الوقت الحالي ، يعد ناقل الحركة اليدوي ذو 60 سرعات مثل تلك الموجودة في بورش (استنادًا إلى DSG) وشفروليه كورفيت نادرة جدًا.

كل شيء يبدأ بالسلاسل والأحزمة

لذلك ، تتطلب الظروف المختلفة قيمًا معينة للطاقة المطلوبة اعتمادًا على السرعة وعزم الدوران. وفي هذه المعادلة ، أصبحت الحاجة إلى تشغيل المحرك بكفاءة وخفض استهلاك الوقود ، بالإضافة إلى تقنية المحرك الحديثة ، يمثل تحديًا متزايد الأهمية.

بطبيعة الحال ، بدأت المشكلة الأولى - في سيارات الركاب الأولى ، كان الشكل الأكثر شيوعًا لعلبة التروس عبارة عن محرك سلسلة ، مستعار من دراجة ، أو محرك سير يعمل على بكرات أحزمة بأقطار مختلفة. من الناحية العملية ، لم تكن هناك مفاجآت غير سارة في حملة الحزام. لم يكن الأمر صاخبًا مثل شركائه في السلسلة فحسب ، بل لم يتمكن أيضًا من كسر الأسنان ، وهو ما كان معروفًا من آليات التروس البدائية التي أطلق عليها السائقون في ذلك الوقت اسم "خس ناقل الحركة". منذ مطلع القرن ، تم إجراء التجارب باستخدام ما يسمى بـ "الدفع بالعجلات الاحتكاكية" ، والذي لا يحتوي على القابض أو التروس ، ويستخدم نيسان ومازدا في علب التروس الحلقي (التي سيتم مناقشتها لاحقًا). ومع ذلك ، فإن بدائل عجلات التروس كان لها أيضًا عدد من العيوب الخطيرة - لم تتمكن الأحزمة من تحمل الأحمال لفترات طويلة وزيادة السرعات ، وسرعان ما أصبحت فضفاضة وممزقة ، وتعرضت "وسادات" عجلات الاحتكاك للتآكل السريع للغاية. على أي حال ، بعد فجر صناعة السيارات بوقت قصير ، أصبحت التروس ضرورية وظلت الخيار الوحيد في هذه المرحلة لنقل عزم الدوران لفترة طويلة من الزمن.

ولادة ناقل حركة ميكانيكي

صمم ليوناردو دافنشي وصنع دواليب مسننة لآلياته ، لكن إنتاج عجلات مسننة قوية ودقيقة إلى حد معقول أصبح ممكنًا فقط في عام 1880 بفضل توافر التقنيات المعدنية المناسبة لإنشاء فولاذ عالي الجودة وآلات تشغيل المعادن. دقة عمل عالية نسبيًا. تم تقليل خسائر الاحتكاك في التروس إلى 2 بالمائة فقط! كانت هذه هي اللحظة التي أصبحت فيها لا غنى عنها كجزء من علبة التروس ، لكن المشكلة ظلت مع توحيدها ووضعها في الآلية العامة. مثال على الحل المبتكر هو Daimler Phoenix عام 1897 ، حيث تم "تجميع" التروس ذات الأحجام المختلفة في صندوق تروس حقيقي ، وفقًا لفهم اليوم ، والذي ، بالإضافة إلى السرعات الأربع ، لديه أيضًا ترس عكسي. بعد ذلك بعامين ، أصبحت باكارد أول شركة تستخدم الموضع المعروف لرافعة ناقل الحركة في نهايات الحرف "H". في العقود التالية ، لم تعد التروس ، لكن الآليات استمرت في التحسن باسم العمل الأسهل. تمكن كارل بنز ، الذي جهز أولى سياراته الإنتاجية بعلبة تروس كوكبية ، من النجاة من ظهور أول علب التروس المتزامنة التي ابتكرتها كاديلاك ولا سال في عام 1929. بعد ذلك بعامين ، تم استخدام المزامنات بالفعل من قبل مرسيدس وماثيس ومايباخ وهورش ، ثم فوكسهول أخرى ، وفورد ورولز رويس. تفصيل واحد - جميعًا كان لديه ترس أولي غير متزامن ، مما أزعج السائقين بشدة وتطلب مهارات خاصة. تم استخدام أول علبة تروس متزامنة بالكامل من قبل شركة Alvis Speed ​​Twenty الإنجليزية في أكتوبر 1933 وتم إنشاؤها بواسطة الشركة الألمانية الشهيرة ، والتي لا تزال تحمل اسم "Gear Factory" ZF ، والذي سنذكره كثيرًا في قصتنا. لم يبدأ تثبيت المزامنات على علامات تجارية أخرى حتى منتصف الثلاثينيات من القرن الماضي ، ولكن في السيارات والشاحنات الأرخص سعراً ، استمر السائقون في النضال مع ذراع التروس للتحرك وتغيير التروس. في الواقع ، تم البحث عن حل لمشكلة هذا النوع من الإزعاج في وقت مبكر جدًا بمساعدة هياكل ناقل الحركة المختلفة ، والتي تهدف أيضًا إلى ربط أزواج التروس باستمرار وربطها بالعمود - في الفترة من 1899 إلى 1910 ، De Dion Bouton طور ناقل حركة مثير للاهتمام يتم فيه ربط التروس باستمرار ، ويتم توصيلها بالعمود الثانوي باستخدام أدوات التوصيل الصغيرة. كان لدى Panhard-Levasseur تطور مماثل ، ولكن أثناء تطورها ، كانت التروس المنخرطة بشكل دائم متصلة بقوة بالعمود باستخدام المسامير. وبطبيعة الحال ، لم يتوقف المصممون عن التفكير في كيفية تسهيل الأمر على السائقين وحماية السيارات من الأضرار غير الضرورية. في عام 1914 ، قرر مهندسو كاديلاك أنه يمكنهم تسخير قوة محركاتهم الضخمة وتجهيز السيارات بمحرك نهائي قابل للتعديل يمكن أن يتحول كهربائيًا ويغير نسبة التروس من 4,04: إلى 2,5: 1.

كانت فترة العشرينيات والثلاثينيات من القرن الماضي وقتًا للاختراعات المذهلة التي تعد جزءًا من التراكم المستمر للمعرفة على مر السنين. على سبيل المثال ، في عام 20 ، أنشأت الشركة الفرنسية Cotal ناقل حركة يدويًا متحركًا كهرومغناطيسيًا يتم التحكم فيه بواسطة رافعة صغيرة على عجلة القيادة ، والتي تم دمجها بدورها مع رافعة صغيرة خاملة موضوعة على الأرض. نذكر الميزة الأخيرة لأنها تسمح للسيارة بالحصول على العديد من التروس الأمامية بالضبط مثل أربعة تروس خلفية. في ذلك الوقت ، كانت العلامات التجارية المرموقة مثل Delage و Delahaye و Salmson و Voisin مهتمة باختراع Kotal. بالإضافة إلى "الميزة" الغريبة والمنسية المذكورة أعلاه للعديد من تروس الدفع الخلفي الحديثة ، فإن علبة التروس المذهلة هذه لديها أيضًا القدرة على "التفاعل" مع ناقل الحركة الأوتوماتيكي Fleschel الذي يغير التروس مع انخفاض السرعة بسبب حمل المحرك وهو في الواقع واحدة من أولى المحاولات لأتمتة العملية.

كانت معظم السيارات في الأربعينيات والخمسينيات من القرن الماضي تحتوي على ثلاث تروس لأن المحركات لم تطور أكثر من 40 دورة في الدقيقة. مع زيادة عدد الدورات وعزم الدوران ومنحنيات القوة ، لم تعد التروس الثلاثة تغطي نطاق سرعة الدوران. وكانت النتيجة حركة غير متناغمة مع ناقل حركة "مذهل" مميز عند الرفع والتأثير المفرط عند التحول إلى ناقل حركة أقل. كان الحل المنطقي للمشكلة هو التحول الهائل إلى التروس ذات الأربع سرعات في الستينيات ، وكانت أول علب التروس ذات الخمس سرعات في السبعينيات علامة فارقة للمصنعين ، الذين لاحظوا بفخر وجود علبة التروس إلى جانب الطراز الموجود في السيارة. في الآونة الأخيرة ، أخبرني مالك سيارة Opel Commodore الكلاسيكية أنه عندما اشترى السيارة ، كانت في 50 تروس بمتوسط ​​4000 لتر / 60 كم. عندما استبدل علبة التروس بعلبة تروس بأربع سرعات ، كان الاستهلاك 70 لترًا / 3 كم ، وبعد أن حصل أخيرًا على خمس سرعات ، انخفض الأخير إلى 20 لترات.

اليوم ، لا يوجد عملياً أي سيارات تقل عن خمسة تروس ، وستة سرعات أصبحت هي المعيار في الإصدارات الأعلى من الطرز المدمجة. الفكرة السادسة في معظم الحالات هي تقليل السرعة عند الدورات العالية ، وفي بعض الحالات ، عندما لا يكون طويلًا وينخفض ​​تقليل السرعة عند التبديل. يكون للإرسال متعدد المراحل تأثير إيجابي بشكل خاص على محركات الديزل ، حيث تتميز وحداتها بعزم دوران مرتفع ، ولكن نطاق تشغيل منخفض بشكل كبير بسبب الطبيعة الأساسية لمحرك الديزل.

(للمتابعة)

النص: جورجي كوليف