Tækið og meginreglan um rekstur nútíma togbreytis
Fyrsti togbreytirinn birtist fyrir meira en hundrað árum. Eftir að hafa tekið mörgum breytingum og endurbótum er þessi skilvirka aðferð við sléttan flutningstog notuð í dag á mörgum sviðum vélaverkfræði og bílaiðnaðurinn er engin undantekning. Akstur er nú miklu auðveldari og þægilegri þar sem ekki er lengur þörf á að nota kúplingspedalinn. Tækið og meginreglan um aðgerð togbreytans, eins og allt sniðugt, er mjög einfalt.
Saga
Í fyrsta sinn var þýski verkfræðingurinn Hermann Fettinger einkaleyfi á meginreglunni um að flytja tog með því að hringrás vökva milli tveggja hjóla án stífs tengingar. Tæki sem starfa á grundvelli þessarar meginreglu eru kölluð vökvatengi. Á þeim tíma krafðist uppbygging skipasmíða hönnuðir að finna leið til að færa tog smám saman frá gufuvél til risastórra skrúfa í skipinu í vatninu. Þegar það er vel tengt hægði vatnið á kjaftinum á blaðunum við gangsetningu og það skapaði of mikið öfugt álag á mótorinn, stokka og liðamót þeirra.
Í kjölfarið var byrjað að nota nútímavæddar vökvatengi í strætisvögnum í London og fyrstu dísil eimreiðunum til að tryggja slétt byrjun þeirra. Og jafnvel seinna auðvelduðu vökvabúnaður bílstjórunum lífið. Fyrsti framleiðslubíllinn með togi breytir, Oldsmobile Custom 8 Cruiser, valt af færibandi hjá General Motors árið 1939.
Tæki og meginregla um rekstur
Togbreytirinn er lokað hólf með snúningsformi en inni í því eru dælu-, hvarfaknúðar- og túrbínhjólin sett saman nálægt hvort öðru. Innra rúmmál snúningsbreytisins er fyllt með vökva fyrir sjálfskiptingu sem dreifist í hring frá einu hjólinu á annað. Dæluhjólið er gert í breytihúsinu og er stíftengt við sveifarásinn, þ.e. snýst með hreyfihraða. Túrbínuhjólið er stíftengt við inntakskaftið á sjálfskiptingunni.
Milli þeirra er hvarfhjólið, eða stator. Kvarfinn er festur á frjálshjólakúplingu sem gerir honum kleift að snúast aðeins í eina átt. Blöð reactors hafa sérstaka rúmfræði, vegna þess sem vökvastreymið sem kemur aftur frá túrbínuhjólinu í dæluhjólið breytir um stefnu og eykur þar með togið á dæluhjólinu. Þetta er munurinn á togbreytum og vökvatengi. Í því síðarnefnda er hvarfakjarninn fjarverandi og í samræmi við það eykst togið ekki.
Meginreglan um rekstur Togbreytirinn byggist á flutningi togs frá vélinni til skiptingarinnar með endurrennslisvökvastreymi, án stífs tengingar.
Drifhjóli, tengt við snúnings sveifarás hreyfilsins, býr til vökvastreymi sem lendir í blöðum andstæðra túrbínuhjóls. Undir áhrifum vökva setur það af stað og sendir togið að inntakskafti gírsins.
Með aukningu á snúningshraða hreyfilsins eykst snúningshraði hjólsins, sem leiðir til aukins krafts vökvastreymisins sem ber túrbínuhjólið. Að auki fær vökvinn aftur um blöðin í hvarfakútnum, aukinn hröðun.
Vökvaflæðið umbreytist eftir snúningshraða hjólsins. Á því augnabliki sem jafnvægi er á hraðanum á túrbínu og dæluhjólum hindrar hvarfakvarðinn frjálsa dreifingu vökvans og byrjar að snúast þökk sé uppsettu hjólinu. Öll þrjú hjólin snúast saman og kerfið byrjar að virka í vökvatengi án þess að auka togið. Með auknu álagi á úttaksskaftið hægist á hraðanum á túrbínuhjólinu miðað við dæluhjólið, hvarfaklukkan er læst og byrjar aftur að umbreyta vökvaflæðinu.
Kostir
- Slétt hreyfing og byrjun.
- Að draga úr titringi og álagi á gírskiptingunni vegna ójöfnrar hreyfingar vélarinnar.
- Möguleiki á að auka tog vélarinnar.
- Engin viðhaldsþörf (skipt um þætti osfrv.).
Takmarkanir
- Lítil afköst (vegna fjarveru vökvataps og stíftengingar við vélina).
- Léleg gangvirki ökutækja sem tengjast kostnaði við afl og tíma til að vinda ofan af vökvaflæðinu.
- Hár kostnaður.
Læsa ham
Til að takast á við helstu ókosti togbreytisins (lítil afköst og léleg gangvirki ökutækis) hefur verið þróað læsibúnaður. Aðgerðarregla hennar er svipuð klassískri kúplingu. Vélbúnaðurinn samanstendur af hindrunarplötu, sem er tengd við túrbínuhjólið (og þar af leiðandi inntakskafti gírkassans) í gegnum gormana á titringardempara. Diskurinn er með núningsfóðri á yfirborði sínu. Að skipun flutningsstýringareiningarinnar er plötunni þrýst á innra yfirborð breytihússins með vökvaþrýstingi. Tog byrjar að berast beint frá vélinni í gírkassann án vökva. Þannig næst lækkun taps og meiri skilvirkni. Læsinguna er hægt að virkja í hvaða gír sem er.
Slip mode
Lás fyrir togbreytirinn getur einnig verið ófullnægjandi og starfað í svokallaðri „slip mode“. Stífluplatan er ekki að fullu þrýst á vinnuflötinn og veitir þar með að hluta til á miðjunarpúðanum. Togið er sent samtímis í gegnum sljórplötuna og hringvökvann. Þökk sé notkun þessarar stillingar eru kraftmiklir eiginleikar bílsins auknir verulega en á sama tíma er sléttri hreyfingu viðhaldið. Rafeindatækið tryggir að læsibúnaðurinn sé í gangi eins snemma og mögulegt er meðan á hröðun stendur og aftengist eins seint og mögulegt er þegar hraðinn minnkar.
Stýrður miði hefur þó verulegan galla í tengslum við slit á kúplingsflötunum, sem ennfremur verða fyrir miklum hitastigsáhrifum. Slitafurðir komast í olíuna og skerða virkni hennar. Slipmátinn gerir togarabreytinum kleift að vera eins skilvirkt og mögulegt er, en um leið styttir líftíma hans verulega.
