Полный привод Нивы (ВАЗ-2121) и его особенности

Полный привод Lada 4×4 и Chevrolet Niva: устройство и принцип работы

Лада 4×4 — это полноценный внедорожник от отечественного автопрома, который начал выпускаться еще в 70-х годах прошлого века. Этот автомобиль стал верным спутником любителей поездок по бездорожью, привлекает доступной стоимостью, неприхотливостью и компактными размерами. Последователем Lada4×4 стал Chevrolet Niva, он по-прежнему собирается на заводе в Тольятти. Он отличается более современным интерьером и экстерьером, но сохранил отличную проходимость и полноприводную трансмиссию. Рассмотрим, как сконструирован полный привод Lada 4×4 и Chevrolet Niva, как он ведет себя в разных дорожных условиях.

Конструктивные особенности полного привода Лада 4×4

Трансмиссия Нивы имеет три дифференциала: два межколесных и один межосевой. Благодаря этому колеса и оси могут вращаться с разной скоростью в зависимости от дорожных условий. При равномерном движении по ровной поверхности усилие между колесами распределяется равномерно, но при пробуксовке какого-либо колеса вращательное движение перераспределяется таким образом, чтобы автомобиль мог продолжить движение. В обычных дорожных условиях автомобиль перемещается с разблокированным дифференциалом.

Наличие межосевого дифференциала позволяет пользоваться всеми преимуществами полного привода в любых дорожных условиях. Автомобили, имеющие жестко подключаемый полный привод, на покрытиях, не подразумевающих проскальзывание колес, могут использоваться только в моноприводном режиме.

Привод внедорожника включает КПП, раздаточную коробку, передний и задний приводные и карданные валы, передний и задний редуктор. Раздаточная коробка двухскоростная. Благодаря этому автомобиль может стабильно двигаться на малых скоростях при высоких оборотах мотора, а также правильно распределять крутящий момент при разных дорожных условиях.

Передний и задний валы транспортного средства имеют одинаковую конструкцию, являются взаимозаменяемыми. При выходе из строя одного из них можно пожертвовать полным приводом и беспрепятственно доехать до автосервиса.

Как работает полный привод на Lada 4×4 и Chevrolet Niva

Полный привод на Ниве постоянный. В обычных дорожных условиях автомобиль передвигается с разблокированным дифференциалом. Блокировку дифференциала нужно включить при движении по труднопроходимой местности, снегу, льду, грязи, при высокой вероятности пробуксовки колес. Если буксует по одному колесу на передней и задней оси, блокировка дифференциала не решит проблему, вращаться будут только вывешенные колеса.

Управление передним и задним мостами осуществляется с помощью раздаточной коробки. Передний рычаг отвечает за включение блокировки дифференциала. Передвигая заднюю ручку вперед-назад, можно включить пониженную или повышенную передачу. Эти элементы управления подчеркивают, что Lada4×4 и Chevrolet Niva — это полноценные внедорожники, а не просто автомобили с полным приводом.

Раздаточная коробка не имеет синхронизаторов. При переключении шестерни встают зубцами друг к другу, для включения передачи автомобиль нужно подать немного назад либо вперед.

Дифференциалы передней и задней оси у Нивы являются неблокируемыми и перераспределяют вращательное движение в автоматическом режиме. Водитель может заблокировать только межосевой дифференциал.

При блокировании межосевого дифференциала на переднюю и заднюю ось передается одинаковая угловая скорость. Это повышает проходимость автомобиля.

Блокировать межосевой дифференциал нужно при приближении к сложному участку дороги, до того, как автомобиль начал буксовать. Грязь, песок, снег, лед — это поверхности, на которых риск пробуксовки велик, лучше подготовиться к преодолению таких препятствий заранее. При заблокированном дифференциале на задней и передней оси будет вращаться хотя бы по одному колесу. Но стоит знать, что при диагональном либо одностороннем вывешивании колес задней и передней оси блокировка дифференциала не решит проблему — автомобиль не сможет продолжить движение.

Не стоит блокировать дифференциал на асфальте и других ровных, твердых дорожных покрытиях. Это повышает расход топлива, ускоряет износ покрышек и увеличивает нагрузку на детали автомобиля.

Советы по эксплуатации Lada 4×4 и Chevrolet Niva

Новички не сразу запоминают, при каком положении рукоятки дифференциал заблокирован. Но об этом сигнализирует предупредительный индикатор на приборной панели. Если он горит — дифференциал заблокирован. За блокировку дифференциала отвечает передняя ручка раздаточной коробки. Если она находится в переднем положении — дифференциал разблокирован, в заднем — заблокирован.

Задняя ручка позволяет включать пониженную передачу. Сделать это надо перед попаданием в сложные дорожные условия. Так как у коробки нет синхронизаторов, переключение нужно осуществлять, когда автомобиль стоит на месте. При этом нужно выжать сцепление. Если переключения не происходит, нужно медленно тронуться с места, качнув рулевое колесо.

При движении по ровной дороге задняя ручка раздаточной коробки должна находиться в заднем, а передняя — в переднем положении.

Что же делать, если вывешены переднее и заднее колесо? Как говорилось выше, даже блокировка дифференциала не поможет решить эту проблему, автомобиль не поедет. Чтобы привести машину в движение, можно подсыпать грунт под одно из вывешенных колес. Если в машине есть пассажиры, можно переместить их в заднюю или переднюю часто автомобиля, загрузив одну из осей.

Преимущества автомобилей Lada 4×4 и Chevrolet Niva

Почему эти автомобили с неприметным дизайном в течение многих лет не утратили свою популярность? Секрет в относительно невысокой стоимости, которая сочетается с хорошей проходимостью, надежностью и простотой конструкции. Многие по достоинству оценили это транспортное средство во время поездок на охоту, рыбалку, путешествия по бездорожью.

Безусловно, Lada4×4 и Chevrolet Niva имеют множество недостатков. Они проигрывают по многим параметрам современным внедорожникам, которые отличаются повышенным комфортом и наличием множества дополнительных опций, но для тех, кто ищет недорогой, простой в ремонте автомобиль с высокой проходимостью, Нива является довольно удачным вариантом.

Как работает трансмиссия нивы

Автомобиль ВАЗ 2121, иначе говоря, «Нива» — поступил в серийное производство в 70-х годах прошлого века. Такой автомобиль относится к классу легковых машин повышенной проходимости. В истории отечественного автопрома «Нива» стала первой машиной, в конструкции которой применялся полный привод. Рассмотрим подробнее устройство трансмиссии. Сделать это следует для того, чтобы понять, почему с учетом почти 40-летней истории трансмиссия нива отличается от множества прочих аналогичных машин, оснащенных полным приводом и возможностью переключения классическим способом или при помощи вискомуфты.

Читайте также:
Замена масла в двигателе Лада Гранта - какое выбрать и какой объем

Трансмиссия в ряду семейства «Нивы» (2121, 2131) сконструирована таким образом, что полный привод подается на 4 колеса. Также характерным выступает наличие межосевого дифференциала. Трансмиссия включает в себя КП, раздаточный механизм, пару карданных валов, а также оба моста. Характерным отличием модели 2131 является удлиненный кузов. В остальном преимущественные сходства с первой моделью прослеживаются во всем. От мотора происходит передача крутящего момента через коробки передач на «раздатку», а она, в свою очередь, передает момент к мостам.

Дальше через карданные валы он уходит к редукторам. Передний редуктор через дифференциал и шарниры равных угловых скоростей передает момент на колеса. Аналогично для задних, так же выступающих ведущими, колес. Именно потому, что крутящий момент распределяются на 4 колеса одновременно, привод получил название полного. Обозначением является следующее – 4WD. Еще один отечественный автомобиль, устроенный по схожему принципу с «Нивой», — УАЗ.

Дифференциал

Такой механизм представляет собой своего рода распределитель тяговых усилий, идущих от мотора на колеса. Важной особенностью является то, что последние имеют возможность вращаться с различными скоростями. Важность наличия дифференциального механизма обусловлена тем, что во время совершения маневров поворота колесо, находящееся внутри, совершает количество оборотов меньшее, если сравнить их с количеством поворотов внешнего.

При отсутствии механизма дифференциала это вызывало бы пагубные последствия, такие как износ и повреждения, ведь получалось бы следующее: одно колесо при выполнении поворота находилось бы в состоянии букса, а второе просто терлось об дорожное покрытие. Особенности конструкции трансмиссии «Нивы» предусматривают наличие 3-х дифференциалов. Они располагаются в каждом из мостов и в раздаточном механизме.

При движении машины по ровной дороге и прямолинейно дифференциалами усилие тяги разделяется поровну между всеми 4-мя колесами. При недостаточном сцеплении колес с покрытием, появлении пробуксовки дифференциалы перераспределят нагрузку на буксующее и скользящее колесо таким образом, чтобы первое получило большее усилие, а второе, соответственно, меньшее.

Мы уже упоминали УАЗ. Несмотря на многие сходства, следует понимать, что полный привод ВАЗа выполнен в стиле «пат-тайм». Это значит, что при подключении оси крепко связываются друг с другом, и вращение происходит с одинаковыми скоростями. Такое устройство накладывает некоторые ограничения на использование полного привода – возможность его применения лишь в случаях, когда дорожные условия позволяют проскальзывание. В случаях же с твердыми асфальтовыми дорогами и трассами рекомендуется переводить машину в режим монопривода.

Блокирование дифференциалов

Иногда можно встретить заблуждение на тему того, зачем нужна маленькая ручка рядом с рычагом переключения на «Ниве». Некоторые автовладельцы считают, что она нужна для подключения переднего привода. Однако передний привод у данного автомобиля подключен постоянно. Как и задний. У автомобилей семейства «Нива» полный привод является постоянным. Ручка же на самом деле служит для переключения режимов работы дифференциала раздаточного механизма.

В положении «вперед» работа дифференциала протекает в обычном режиме, если же двинуть ее назад, дифференциал блокируется, и усилия от мотора поступают на дифференциалы мостов, что делает привод более жестким. Стоит отметить, что существуют также специальные типы блокировок для передних и задних мостов.

В теории при их применении в условиях, когда машина застряла, она сможет преодолеть препятствие при наличии достаточного сцепления с покрытием хотя бы одного колеса. Блокировку дифференциала в таком случае лучше проводить перед преодолением препятствия, но никогда нельзя делать после попадания в тяжелую для преодоления область. Такое применение блокировки позволит избежать износа и повреждений трансмиссии.

Ряд передач на понижение

Часто можно столкнуться с заблуждением следующего типа: переключение задней ручки может повысить мощностные характеристики мотора. Но это неправда. Она служит для того, чтобы сменить передаточное число между мотором и колесами. При увеличении его увеличатся тяговые усилия на колесах. В раздаточном механизме существует также понижающий редуктор.

НЕ ТРАТЬТЕ ДЕНЬГИ НА ПЕРЕКРАСКУ!
Теперь Вы сами сможете всего за 5 секунд убрать любую царапину с кузова вашего автомобиля.

Вот его работу и можно контролировать посредством задней ручки. При переключении рычага назад мы будем иметь передаточное число в виде 2,135 – это и есть пониженная передача. Включение такой передачи на понижение рекомендуется производить только тогда, когда машина стоит, и выжато сцепление. Несмотря на то, что руководство такого ограничения не содержит, новичкам и неопытным водителям «Нив» не рекомендуется производить переключение во время движения, так как раздаточный механизм «Нивы» не снабжен синхронизатором.

Советы владельцам

Для того, чтобы вождение вашего автомобиля стало комфортным, ознакомьтесь с некоторыми важными моментами:

  1. Обычное, стандартное расположение передней и задней ручки – вперед и назад соответственно. Движение при таком режиме можно и нужно осуществлять на участках, характеризующимся ровным и гладким покрытием.
  2. Блокировать дифференциал путем переключения передней ручки в заднее положение лучше всего на дорогах, характеризующихся повышенной скользкостью. Такая мера придаст «Ниве» устойчивости. Стоит понимать, что после преодоления проблемного участка ручку потребуется вернуть в исходное положение.
  3. Как было отмечено ранее, передача на понижение должна активироваться перед вероятным препятствием, но не в то время, когда машина уже застряла.
  4. Стоит понимать, что включение блокировки на неподвижном автомобиле иногда невозможно, даже если выжать сцепление. Это может быть вызвано тем, что зубцы муфты уперлись в зубцы шестеренки. В таком случае можно пробовать активировать блокировку, начав медленное движение и выполняя некрутой поворот. Если же проблемы возникают с выключением блокировки, то рекомендуется выполнить ту же процедуру при выжатом сцеплении и небольшом покачивании руля.

Заключение

Рассмотренные особенности автомобиля «Нива» и тонкости в устройстве конструкции его трансмиссии делают его по-настоящему уникальным и обладающим повышенной проходимостью транспортным средством. Важно лишь учитывать нюансы применения и активации тех или иных функций полного привода. Удачи на дорогах!

Читайте также:
Тюнинг шевроле нива своими руками

Сохраните ссылку чтобы не потерять, она Вам понадобиться:

Лада 4х4 – 5 плюсов и один минус

Что только русские не придумают, лишь бы дорогу не строить.

Народная мудрость

Я до сих пор не согласен называть народную любимицу Ниву ее новым именем Лада 4х4. Поэтому далее буду писать слово Нива, а подразумевать вазовские полноприводники — вплоть до настоящего времени.

Вначале поговорим о неоспоримых достоинствах этого автомобиля.

Джип за недорого

Только в советское время Нива была приблизительно на треть дороже, чем седан того же производителя. А затем, в перестроечные времена, цена на «русский танк» практически уравнялась с ценами на уже появившиеся переднеприводные автомобили, а порой она была и ниже. Теперь же Lada 4х4 в ненавороченной комплектации чуть ли не вдвое дешевле «суперкроссовера» Vesta SW.

Продолжает кормить русского человека

Да, французской компании Renault принадлежит подавляющее большинство акций Волжского автомобильного завода. Но, несмотря на это, завод стоит на нашей, российской земле, наши рабочие получают зарплату и делают исконно русскую машину — Ниву. Может, все не так и плохо? Ведь Москвич и Волга остались в истории.

Проходимость — не повышенная, а высокая

Проходимость постоянного симметричного полного привода с понижающей передачей и блокировкой в раздатке Нивы невозможно переоценить. Она побывала на обоих полюсах планеты, забиралась на Эверест (и добралась до отметки 5500 м). Но это — парадные рекорды, а тысячи скромных тружениц обеспечивают перевозку людей и небольших грузов в условиях нашего бездорожья. А еще о проходимости машины говорит то, что в любом грязевом трофи и поныне, спустя сорок лет после рождения, наряду с «дефами», «уазиками» и «геликами», в болоте обязательно тонет и тут же выплывает — благодаря меньшей массе — наша родная Нива.

Ремонтопригодность

Машина выпускается сорок лет. Очень многие узлы вообще не подвергались модернизации. Как вы думаете, какое количество запчастей произведено за это время на Ниву? В любом небольшом магазинчике на трассе вдали от города можно купить хоть шаровую опору, хоть диск сцепления. Опять же унификация с классическим семейством Жигулей играет на руку нивоводам. А еще существует унификация с грузовиками! Например, автор, однажды потеряв фару из-за отлетевшего камня, за 15 минут заменил ее приобретенной в придорожном магазинчике фарой от КАМАЗа.

Ремонтные операции давно изучены нашими автолюбителями. В конструкции не встречаются особенно крупные и тяжелые узлы и агрегаты. Сравните отдельную коробку передач и раздатку Нивы с гигантским тяжеленным модулем, например, Great Wall Hower.

Универсальность

Нива — небольшая и компактная машина. Она пригодна как для эксплуатации в условиях мегаполиса, так и для движения по полевым дорогам, а то и без них. На ней можно и к Большому театру подъехать, и тушу кабанчика отвезти. Для тех, кому обычная трехдверная модификация кажется недостаточно вместительной, выпускается длиннобазная пятидверная модификация. А еще на базе Нивы тюнинговые ателье делали самые разные модификации, начиная от бронированных и заканчивая монстрами на колесах диаметром почти как задние колеса трактора «Беларусь». Мне приходилось встречать Нивы по всей Европе. Причем чаще, чем любую другую отечественную машину.

Один большой минус — недостаточная надежность

Ломается у Нивы всё. Единственной крепкой частью автомобиля считается кузов, но и он склонен к коррозии. А коррозия для несущего кузова гораздо более опасна, чем для кузова внедорожника рамной конструкции. Нельзя забывать и о том, что автомобиль создавался на базе агрегатов заднеприводного легкового семейства ВАЗ. В случае с полноприводным автомобилем все агрегаты нагружены больше, а ресурс и надежность работы ниже.

От заднеприводного семейства отпочковался и допотопный восьмиклапанный двигатель, размерность цилиндропоршневой группы которого увеличена почти до предела. Такое желание раздуть существующий блок цилиндров до максимального рабочего объема привело к снижению эффективности системы охлаждения, а это,в свою очередь, негативно сказалось и на надежности. Замена конструкции цепи привода ГРМ на однорядную (у жигулевских моторов была двухрядная) также не повысила безотказность мотора.

Коробка передач взята с минимальными переделками от заднеприводного семейства автомобилей Волжского завода, а ведь нагрузки на коробку передач на внедорожнике выше.

Многие годы автолюбители жаловались на недостаточный ресурс карданных передач и мостов. Причем проблемы встречались самые курьезные. Так, во время путешествия на Кавказ автор лично потерял на Ниве сапун переднего редуктора и вернулся в Москву с агрегатом, полным горной воды из реки Аше.

Задняя подвеска, конструктивно повторяющая таковую у заднеприводных автомобилей ВАЗ, имеет ограниченный ресурс шарниров рычагов. Передняя подвеска располагает значительным запасом прочности, но недостаточно долговечна. Весьма ограничен ресурс ступичных подшипников.

Резюмируя, можно сказать, что советскими инженерами был создан отличный автомобиль, который за сорок лет не потерял актуальности и любим народом. Несколько портят ситуацию невысокое качество изготовления отдельных узлов и агрегатов. Очевидно, что Ниве нужен преемник, но пусть он возьмет все лучшее, а досадные промахи останутся в прошлом.

Обзор автомобиля «Нива»

Советский автомобиль ВАЗ-2121«Нива», а после распада СССР становится российским и производится Волжским автомобильным заводом с 1977 года. В настоящее время выпускается под маркой LADA 4×4. Автомобиль относится к типу машин повышенной проходимости — это внедорожник малого класса с несущим кузовом и постоянным полным приводом. Для создателей компактного кроссовера «Suzuki Vitara» автомобиль «Нива» явился образцом, где использовались все его положительные разработки. Так считает британский исследователь советского автомобилестроения Томпсон и называет «Ниву» предком компактных внедорожников.

История создания автомобиля «Нива»

В послевоенные годы тип отечественных внедорожников ограничивался в основном, имеющимися на тот период «газиками». Страна «залечивала раны», нанесенных гитлеровскими нацистами в области инфраструктуры и приходилось довольствоваться тем, что есть.

газ 67

Но в 70-х годах назрела необходимость обеспечения внедорожником малого класса население сельских районов. Актуальность вопроса не потеряла силу и в настоящее время. Огромное количество сельских районов не имеют подъездных автомобильных дорог и даже дорожного покрытия из щебня.

Читайте также:
Как автомагнитолу подключить к 220 свими руками

Правительством СССР поставлена задача перед автомобильными заводами о создании легкового автомобиля повышенной проходимости и комфортом, не уступающих продукции концерна Фиат (Fiat), контракт с которой был уже на стадии завершения.

Первоначально на перспективную модель установили все агрегаты, узлы и электрооборудование от уже разработанной и освоенной заводом модели «Жигулей» и выглядела она обычным легковым автомобилем и не было ничего специфичного, напоминающего внедорожник. А салон практически повторял ВАЗ-2106.

Работа по созданию продолжалась и в 1972 году прошел испытание первый образец Э-2121, имени еще машине в это время не назначили, а в 1974 были выпущены первые 15 предсерийных образцов и названы они были в честь детей создателя машины Прусова П.М. – Натальи и Ирины, а также детей первого главного конструктора Соловьева В.С. – Вадима и Андрея. Так первыми буквами имен детей создателей внедорожника сложилось название отечественного легкового автомобиля повышенной проходимости «НИВА».

нива карбюраторная 2121

Краткое описание конструкции «Нивы» и ее модификаций

Модельный ряд и модификации «Нивы» различаются трансмиссией, объемом двигателя, системой топливоподачи, конструкцией кузова и габаритными размерами, электрооборудованием:

ВАЗ-2121 – первая базовая модель «Нивы» с двигателем объемом 1,6 литра, выпускалась с 1976 по 1994 год.

ВАЗ-21211 — модификация, выпускавшаяся с 1978 до начала 1980-х годов. Устанавливался на эту модель двигатель ВАЗ-21011, объем которого составлял 1,3 литра. Поставка производилась на экспорт в некоторые европейские страны. Заинтересованность европейцев в комплектации такого автомобиля основывалась на экономии в оплате налогов.

ВАЗ-21212 – базовая модель «Нива» ВАЗ-2121, но изменена конструкция, применительно к управлению с правым рулем. Поставка осуществлялась в страны с левосторонним движением Великобритания, Индия, Япония, Австралия и др.).

нива 21212 лада

ВАЗ- 21213 – создана на базе модели ВАЗ-2121. Двигатель отличается рабочим объемом на 0,1 литра (1,7 литра) и увеличенной высотой кулачков распределительного вала. В машине установлено усиленное сцепление, в сравнении с ВАЗ-2121. Произведена замена рулевого колеса и установлен более органичный щиток приборов.

ВАЗ-21214 – модифицированная версия ВАЗ-21213, в которой систему карбюраторную заменили центральным впрыском топлива «General motors».

Система управления впрыском работала от контролера МР7.0 Bosch и была малоизвестной в России по причине установки ее на легковые автомобили, уходящие на экспорт в ближнее и дальнее зарубежье. Исключением был автомобиль «Нива» с момента реализации на его двигателе инжекторной системы.

В конструкцию ВАЗ-2121 длительное время не вносились серьезные изменения, но над совершенствованием системы управления шла и идет по настоящее время кропотливая работа. Это связано и с экологическими требованиями и желанием производителя поднять технический уровень автомобиля по таким важным для владельцев параметров, как динамичность машины и снижение расхода топлива.

В настоящее время, большинство автомобилей «Нива» работают с системой управления, на которых задействованы контроллеры Bosch М7.9.7 или МЕ17.9.7.

ВАЗ-21217 — модифицированная версия ВАЗ-21213 с двигателем объемом 1,6 литра. Особенность версии заключается в использовании ведомого диска сцепления от ВАЗ-2121, который взаимозаменяем диском ВАЗ-2106 «Жигулей».

ВАЗ-21218 – модификация с удлиненной базой, которая на 300 миллиметров больше, чем у короткобазной модели (2200 мм). Модель отличается дверьми, ширина которых достигла 1200 мм и наиболее удобна для посадки пассажиров на заднее кресло.

ВАЗ-2129 (народное название «Нива-Кедр») – автомобиль трехдверный и длина больше на 500 мм от базовой модели, но в отличии от ВАЗ-21218 ширина двери не изменилась. Заднее сиденье сдвинуто в сторону багажника и создает комфортные условия для ног пассажиров. Небольшая серия машин такого типа сделана с установленным дополнительным топливным баком — модель ВАЗ-2129-01.

лада нива 2129

ВАЗ-2130 — родственник ВАЗ-2129 и основное различие в увеличении объема багажника установкой заднего сиденья вперед на 30 сантиметров.

ВАЗ-2131 – аналогичный по габаритам моделей 2129 и 2130, но более комфортный для пассажиров, так как имеет уже пять дверей. Жесткость кузова на этой машине уступает жесткости трехдверной, но владельцев, эксплуатирующих автомобиль на ровных дорожных покрытиях такой факт, мало беспокоит. ВАЗ-21312, -21312-01 — дополнительные модификации, оснащенные двигателем объемом 1,8 литра, при этом в модификации 21312-01 установлен дополнительный топливный бак.

На базе «Нивы» производятся автомобили специальные:

— для перевозки небольших по массе и габаритам грузов;

— бронированные для финансовых организаций;

— для служб МВД, МЧС, медицины и т.д.

Первые автомобили (карбюраторные) оснащались механической четырёхступенчатой коробкой передач (начиная с 21213 — пятиступенчатой), двухступенчатой раздаточной коробкой и блокируемым межосевым дифференциалом. Геометрические параметры проходимости улучшены за счёт достаточно большого дорожного просвета (220 мм), небольших свесов кузова (угол въезда 32°, съезда — 37°) и сравнительно короткой 2,2-метровой колёсной базы. На первую модель ВАЗ-2121 устанавливался двигатель ВАЗ-2121, созданный на основе двигателя ВАЗ-2106. На двигателе 2121 максимальная мощность 80 л. с., а на рестайлинговой модификации ВАЗ-21213 установлен двигатель ВАЗ-21213 с увеличенным объемом до 1690 см³ и мощностью 81,9 л. с.

Как работает постоянный полный привод «Нивы»

Некоторая часть владельцев «Нивы», приобретая автомобиль не совсем правильно трактуют понятие постоянного полного привода, считая, что переводом короткой ручки раздаточной коробки можно включить передний мост или отключить его.

ручки переключения раздаточной коробки нивы

Коленчатый вал двигателя через механизм сцепления и коробку передач передает крутящий момент на раздаточную коробку. Само название раздаточной коробки произошло от ее функций, т.е. она «раздает» или распределяет энергию вращения по двум направлениям – к переднему и заднему мостам. Вращение осуществляется посредством карданных валов, которые соединяются с редукторами мостов под небольшим углом благодаря использованию соединения с крестовиной.

карданный вал нивы с крестовинами

В настоящее время разработаны карданные валы с применением ШРУСа (шарнир равных угловых скоростей), обеспечивающих плавность и исключающих вибрацию.

Читайте также:
Ремонт трубок кондиционера автомобиля цена в Москве ЮАО ЮЗАО ЮВАО

карданный вал со шрусом

Крутящий момент от раздаточной коробки передается равными долями на мосты автомобиля. Условно такое деление можно выразить в процентах – 50% на задний редуктор и 50% на передний. В редукторе переднего и заднего моста, кроме шестерни главной передачи предусмотрен узел дифференциала, который позволяет крутиться колесам с разными угловыми скоростями. Способность дифференциала автоматически регулировать скорость вращения колес позволяет на поворотах или разного давления в шинах избегать заносов, износа протектора шин, подшипников ступиц, вибраций и управляемости автомобиля. Но кроме этого, в раздаточной коробке предусмотрен осевой дифференциал, который регулирует вращение осей переднего и заднего моста.

редуктор лада нива

Таким образом, передача вращения к колесам с регулированием угловых скоростей на автомобиле «Нива» осуществляется дифференциалами, установленных на редукторах переднего и заднего моста, а также осевым дифференциалом раздаточной коробки. Благодаря такой конструкции крутящий момент постоянно передается на все четыре колеса и технология такой передачи называется постоянным полным приводом (в международном обозначении 4WD).

как устроен полный привод нивы

Предусмотренная конструкцией система из трех дифференциалов позволяет принудительно производить блокировку одного из дифференциалов, а именно межосевого, установленного на раздаточной коробке. Блокировка производится короткой рукояткой управления раздаточной коробкой в сторону, противоположной движению автомобиля (иными словами – от консоли панели приборов). О включении блокировки сигнализирует контрольная лампа на приборном щитке желтым цветом).

Необходимость включения блокировки возникает при преодолении сложных участков дорог (скользкая грунтовая поверхность, песчаные или снежные заносы, неровная с наличием ям). При включении короткой рукоятки устраняется пробуксовка одной оси по отношению к другой, что и повышает ее проходимость по бездорожью.

В реальной обстановке это может работать следующим образом. При движении машины по неровной поверхности, одно из колес (например, переднее) может оказаться в «воздухе», т.е. полностью потерять сцепление с дорогой. Если блокировка не включена, то вся энергия вращения (условно 100%) будет передаваться этому колесу, не имеющего сцепления с поверхностью дороги, а равно отсутствием силы трения. Энергию вращения в этом случае не будет получать и задняя ось, и колесо на передней оси, у которого имеется сцепление с дорогой. Автомобиль в этом случае не поедет. Но при включении блокировки межосевого дифференциала энергия вращения распределится поровну на переднюю и заднюю оси. Возникнет условие передачи вращения задних колес, имеющих сцепление с поверхностью дороги. Переднее колесо, взвешенное на воздухе будет так же крутиться, но и также начнут вращаться задние колеса.

Возможен и такой факт, когда и переднее колесо, и заднее взвешены по диагонали. Блокировка межосевого дифференциала в этом случае не окажет воздействия на колеса, находящиеся в зацеплении с поверхностью дороги, так как дифференциалы на осях будут вращать именно те колеса, имеющие наименьшее сопротивление. Автомобиль не поедет до искусственно созданного зацепления на любом взвешенном колесе (создание насыпи под колесо, подкладывание камней и т.д.). Опытные водители, варьируя стояночным тормозом выравнивают работу дифференциала редуктора, заставляя вращаться колесу, имеющему сцепление с дорогой.

Несколько советов

  1. На карбюраторной модели при переключении передач возникает рывок с ударом карданных валов по хвостовику редуктора. Связано это с увеличенным плечом поворотного рычага треугольной формы, связывающей тягу управления дроссельной заслонкой. Обеспечить плавность хода после переключения передачи или сброса педали акселератора в режим холостого хода можно путем перестановки поворотного рычага.

тяга карбюратора нивы

  1. Если установлены карданные валы с крестовинами необходимо обеспечить их смазку специальным нагнетателем через каждые 2000-3000 км.
  2. В случае установленных гидрокомпенсаторов, автоматически регулирующие тепловой зазор клапанов, при техническом обслуживании проверять затяжку гаек крепления их динамометрическим ключом, при этом сила затяжки не должна превышать 22 Н*м.

гидрики нивы почему то фиолетовые

  1. При отсутствии гидрокомпенсаторов и регулировке тепловых зазоров клапанов регулировочными болтами:

— на карбюраторном двигателе выдерживать зазор 0.15 мм;

Задний привод, Северный полюс и Париж – Дакар: мифы и факты о ВАЗ-2121 Нива

Более четырёх десятилетий в Тольятти выпускается полноприводный автомобиль на базе Жигулей. За это время легендарная Нива сохранила привычный силуэт, но стала мощнее, тише, комфортабельнее и экономичнее – конечно, насколько это возможно с учётом неизменной платформы. Но радикальное отличие концепции ВАЗ-2121 при заимствованных от Жигулей узлах и агрегатах почти сразу же породило несколько мифов, с которыми мы и будем сегодня разбираться, отделяя реальные факты от баек, которые на протяжении прошедших десятилетий всплывали в гаражных «курилках».

Е ще в то время, когда ВАЗ-2101 только-только вставал на конвейер, высшее руководство СССР в лице председателя Совета министров Алексея Косыгина поставило перед конструкторами ВАЗа, АЗЛК и Ижмаша непростую задачу — создание автомобиля повышенной проходимости, но с комфортом на уровне обычной легковушки, которым бы смогли пользоваться жители сельской глубинки. В итоге наиболее удачной разработкой признали именно ВАЗ-2121, поскольку на сравнительных испытаниях тольяттинские прототипы наголову превосходили конкурентов и по проходимости, и по уровню комфорта.

Даже на ранних стадиях испытаний опытные образцы приятно удивили испытателей проходимостью при практически легковом комфорте

И на то была веская причина: в Тольятти отказались от классической рамной конструкции и полностью зависимых подвесок в пользу несущего цельнометаллического кузова, который получил практически “легковую” внешность без грубых элементов, характерных для традиционных внедорожников.

Еще одной отличительной особенностью Нивы при максимальной унификации агрегатной базы с Жигулями стал постоянный полный привод с межосевым дифференциалом.

Постоянный полный привод, понижающий ряд передач, несущий кузов – конкурентов у Нивы просто не было!

На тот момент в мире уже выпускались автомобили с подобной схемой трансмиссии — например, внедорожник Range Rover. Однако английская машина была не только больше, тяжелее и намного дороже, но и отличалась наличием рамы, в то время как ВАЗ-2121 получил несущую конструкцию кузова с интегрированными силовыми элементами. Кроме того, советский полноприводник оснастили передними дисковыми тормозами, хотя в то время на большинстве “джипов” применялись традиционные барабанные механизмы — считалось, что они лучше работают в грязи и дольше служат. Однако вазовские конструкторы понимали, что с барабанными тормозами по кругу достаточно динамичная Нива не сможет замедляться так же эффективно, как Жигули, и сохранили дисковую конструкцию спереди, оставив барабаны только на задней оси.

Читайте также:
Ремонт и замена топливного насоса на Ауди 100 2, 3

Таким образом, по сумме факторов (конструкция кузова, тип привода и передних тормозов) в 1977 году новая советская модель не имела серийных аналогов в мире.

Опытно-промышленную партию из 50 ВАЗ-2121 изготовили в феврале 1976 года, но с конвейера первая серийная Нива съехала 5 апреля 1977-го

Неожиданными были сравнительно невысокая стоимость, удавшаяся форма и оснащение нового автомобиля повышенной проходимости. То, что этой Ладе практически нет равных, показывает: русские очень внимательно анализировали автомобильный рынок и точно попали в пустующую нишу.

Многие советские автомобилисты не были хорошо знакомы с конструкцией ВАЗ-2121, хотя технические особенности необычной машины достаточно подробно освещались (в частности, журналом За Рулём).

О том, что автомобиль имеет не одну ведущую ось, а две, знали все, а вот в нюансах схемы полноприводной трансмиссии разбирался далеко не каждый автомобилист. Поэтому многие советские владельцы Жигулей и Москвичей искренне верили в то, что одним из рычагов в салоне подключается передний мост — примерно так, как это сделано на многих классических внедорожниках с полным приводом типа “парт-тайм” (подключаемым вручную).

Некоторые автомобилисты считали, что один из маленьких рычагов в салоне Нивы подключает передний мост

В действительности же благодаря наличию блокируемого межосевого дифференциала все четыре колеса Нивы приводились в движение трансмиссией постоянно. Такое решение позволило заодно поделить крутящий момент поровну между мостами, что вдвое снизило нагрузку на детали трансмиссии. Постоянный (а не подключаемый) полный привод положительно сказался и на устойчивости и управляемости машины, которая была довольно послушной и предсказуемой даже с учётом короткой колёсной базы.

Лада-Нива — автомобиль в традициях Лэнд-Ровера, если даже не Рэйндж-Ровера, хотя бы по устройству трансмиссии. У неё, как у обоих британских аналогов, постоянный привод на все колеса через межосевой дифференциал.

Ну а рычаги в салоне заведовали понижающим рядом передач в раздаточной коробке и блокировкой межосевого дифференциала — и то, и другое можно было задействовать для повышения проходимости в особо тяжелых условиях, в то время как в обычной эксплуатации водитель полноприводной Нивы эти органы управления не трогал вовсе.

Ниве принадлежит несколько мировых рекордов и впечатляющих достижений. В конце прошлого века Нива действительно неоднократно покорила Северный полюс: в апреле 1998-го ВАЗ-2131 сбросили на парашюте в точке пересечения оси вращения Земли с её поверхностью в Северном полушарии. После приземления на лёд машина успешно завелась и преодолела заданный маршрут, а в 1999 и 2000 годах снегоболотоход “Лада-Нива-Марш” также дважды побывал на Северном полюсе.

В том же 1998 году Нива поднялась на высоту 5 200 м в базовый лагерь на гору Эверест, а в 1999-м — на 5 276 метров над уровнем моря на Тибетское плато в Гималаях!

И это еще не всё: тольяттинский внедорожник целых 12 лет прослужил на российской полярной станции “Беллинсгаузен” в Антарктиде.

Обычно запасное колесо на советских внедорожниках навешивали сзади, как на УАЗ-469 и ЛуАЗ-969, или сбоку (ГАЗ-69).

Однако конструкторы Нивы не хотели этого делать по эстетическим соображениям — с торчащей “запаской” этот автомобиль сразу утратил бы “легковой шарм”, превратившись в утилитарную машину. Из-за короткого заднего свеса достаточно большое 16-дюймовое колесо под пол багажника не помещалось, а внутри (так колесо стояло на прототипах) оно отняло бы слишком много полезного пространства. Именно поэтому “запаске” нашли место. под капотом.

На ранних прототипах с задними фонарями от ВАЗ-2103 запасное колесо размещалось в багажнике, отнимая немало полезного пространства

Вот уже более сорока лет «запаска» на Ниве живёт под капотом

Как оказалось, благодаря продольному расположению мотора пятое колесо действительно спокойно помещалось в моторном отсеке. Аналогично «запаска» была расположена на Fiat-127, а чуть позже — и на других автомобилях (ЗАЗ-1102, Seat Ibiza и так далее).

Противники этого решения утверждали, что от высокой температуры резина неизбежно рассохнется и даже сгорит. Однако этот аргумент оказался несостоятельным, поскольку под капотом температура обычно не превышает 85-90 градусов, в то время как при движении в жаркую погоду резина может нагреться и сильнее. Впоследствии, правда, многие владельцы ВАЗ-2121 переносили запасное колесо на самодельные (или покупные) кронштейны, установленные в задней части кузова. Однако такой ход ухудшал обзорность и осложнял доступ в багажник, вынуждая переносить еще и крепление заднего номера.

Из-за особенностей конструкции постоянного полного привода даже при езде по сухому и твёрдому покрытию трансмиссия Нивы выполняла много «лишней работы», вращая шестерни в переднем и заднем редукторах и межосевом дифференциале. Это приводило к повышению уровня общего шума в автомобиле и снижало ресурс трансмиссии. Кроме того, увеличивался расход топлива — несмотря на “жигулёвский” мотор, по сравнению с “классикой” Нива потребляла больше бензина и в городских условиях, и при езде по трассе.

Именно поэтому некоторые автомобилисты отключали передний привод, демонтируя передний редуктор с полуосями и даже снимая раздаточную коробку с карданным валом, что требовало и замены заднего карданного вала на укороченную деталь от Жигулей. Нива при этом становилась заднеприводной.

У ВАЗ-2121 развитая трансмиссия с двумя карданными валами, парой редукторов, раздаточной коробкой и межосевым блокируемым дифференциалом. Некоторые владельцы снимали «лишние» по их мнению детали, превращая Ниву в заднеприводный автомобиль

Из-за отключения переднего привода с учётом отсутствия “раздатки” резко увеличивалась нагрузка на задний мост, на который в этом случае передавался весь крутящий момент от двигателя. Вдобавок из-за короткой базы моноприводная Нива становилась просто опасной на скользкой дороге, приобретая избыточную поворачиваемость не только в сравнении с заводским вариантом трансмиссии, но и на фоне заднеприводных Жигулей.

Читайте также:
Ремонт патрубка интеркулера и чистка самого интеркулера

Экономия топлива при этом составляла максимум литр-полтора, но достигался такой эффект слишком дорого — в ущерб безопасности. Именно поэтому завод-изготовитель категорически запрещал подобное вмешательство в конструкцию автомобиля, который по задумке создателей должен был оставаться полноприводным при любых обстоятельствах.

Начиная с 1980 года Нива становилась серебряным и золотым призером чемпионата СССР по автокроссу. В это же время ВАЗ-2121 выходит на мировую арену, приняв участие в престижном и тяжелом ралли-рейде “Париж – Дакар”. В начале восьмидесятых годов советский внедорожник смог взять третье и второе место в этом соревновании, а также одержал ряд побед в других различных ралли: “Париж – Тунис”, “Алжир”, “Атлас” и “Ралли Фараонов”.

Увы, за рулём победоносных Нив сидели не советские спортсмены, а зарубежные гонщики. А российские экипажи впервые официально вышли на международные соревнования на Ниве лишь в сентябре 1992 года, приняв участие в марафоне “Париж – Москва – Пекин”. Кроме того, Нива так ни разу и не завоевала “золото” ралли «Париж – Дакар», поднявшись лишь на вторую ступеньку в 1982 году.

Забрызганная грязью машина прекрасно прошла маршрут, не уступив именитым и более мощным Лэнд-роверу, Рейндж-роверу, Мерседесу, Шевроле Блейзеру и другим, испытанным здесь раньше.

На Ниву установили самый мощный из имеющихся в моторной линейке двигателей Жигулей — 1,6-литровый от модели 2106 мощностью 80 л.с. Он отличался от обычного “шестого” мотора изменённым поддоном картера для редуктора переднего моста.

Двигатель заднеприводных Жигулей справлялся с возложенной на него задачей благодаря «укороченным» главным парам и наличию раздаточной коробки с понижающим рядом передач

Для увеличения тяги на первых Нивах применяли “короткие” главные пары с передаточным числом 4,44, но чуть позже для улучшения топливной экономичности их заменили более “длинными” — 4,3 и 4,1.

Из-за того, что пик крутящего момента (116 Нм) двигателя Жигулей был заметно смещён в сторону высоких оборотов, на Ниве нельзя было преодолевать тяжелые участки “внатяг”, как на УАЗах и других внедорожниках. Достаточно лёгкая и мощная Нива поощряла совершенно другую тактику — трудные места на ней лучше всего было брать “сходу”, сильно раскручивая двигатель.

На Ниве лучше всего было преодолевать трудные участки именно так – весело и нахрапом

Вдобавок многие владельцы не всегда правильно пользовались пониженным рядом передач, из-за чего на тяжелом бездорожье жигулёвский двигатель быстро “скисал”. С 1994 года на Ниву стали устанавливать более тяговитый 1,7-литровый мотор 21213, который отличался увеличенным крутящим моментом на низких и средних оборотах.

С 1977 по 1987 годы в Тольятти небольшими партиями производили ВАЗ-21211 – экспортную модификацию Нивы с 1300-кубовым двигателем ВАЗ-21011 мощностью 69 л.с. Эта версия выпускалась для стран с повышенным налогообложением на автомобили с рабочим объемом свыше 1,5 литра, но из-за нехватки тяги на бездорожье и слабых динамических качеств Lada Niva 1.3 пользовалась ограниченным спросом. И вот в этом случае мощности “одиннадцатого” мотора полноприводному автомобилю действительно не хватало практически всегда и везде.

ВАЗ-2121 всегда стоял особняком в модельном ряду ВАЗа ввиду специфического набора потребительских качеств. Советские, а затем и российские автомобилисты полюбили эту компактную машину за удивительную проходимость при вполне «жигулёвском» уровне комфорта. Нива смогла снискать и мировое признание – поэтому нет ничего удивительного в том, что даже через 40 лет этот автомобиль продолжает пользоваться устойчивым спросом и даже находит новых поклонников.

Для комментирования вам необходимо авторизоваться

Олег, так дело не пойдет – развеничваем одним мифы, но плодим другие. “Из-за особенностей конструкции постоянного полного привода даже при езде по сухому и твёрдому покрытию трансмиссия Нивы выполняла много «лишней работы», вращая шестерни в переднем и заднем редукторах и межосевом дифференциале. Это приводило к повышению уровня общего шума в автомобиле и снижало ресурс трансмиссии. Кроме того, увеличивался расход топлива — несмотря на «жигулёвский» мотор, по сравнению с «классикой» Нива потребляла больше бензина и в городских условиях, и при езде по трассе.” Миф про связь постоянного полного привода и расхода топлива на Ниве – это из гаражной необразованности. Расход топлива на ниве выше жигулевского хотя бы потому, что Нива банально тяжелее Жигулей на 2 центнера, имеет еще худшую аэродинамику, и обута в универсальные или внедорожные шины. Плюс еще и в раздатке нет прямой передачи – верхний ряд идет с понижением 1,2. При отключении передка количество пар трения не меняется – передний редуктор продолжает успешно вращаться от приводов передних колес и вращает кардан, а раз количество парт трения не меняется, то и потери на трение не уменьшаются. Более того, вклад трансмиссии 2121/2123 в общую картину потерь на скорости 90 км/ч составляет 4.1%, а на скорости 120 км/ч – 3.4%, т.е. даже если эти потери “уполовинить”, путем выбрасывания редуктора и раздатки, то нагрузка на двигатель уменьшится на 1,7-2%. Простите, но недокачанное колесо больше увеличит расход, чем редуктор. Снижение расхода на литр полтора – это было на специально собранных моноприводных машинах 2121, в начале 80-х, когда решили поэкспериментировать и ужаснулись. Как уже говорил выше – при отключении “передка” масса машины и количество пар трения не меняются, поэтому если снижается эксплуатационный расход – значит проблемы с раздаткой или регулировкой гипоидного зацепления в переднем мосту, а не с типом привода.

“Расход топлива на ниве выше жигулевского хотя бы потому, что Нива банально тяжелее Жигулей на 2 центнера, имеет еще худшую аэродинамику, и обута в универсальные или внедорожные шины. “

  1. Если мы демонтируем агрегаты трансмиссии, масса автомобиля снижается. Даже в статике.
  2. Аэродинамика Жигулей также стремится к кирпичу. ВАЗ 2101 Cx — 0,52. ВАЗ 2121 Cx — 0,536. В общем и целом до 144 км/ч (когда считают Сх) эти автомобили всё равно не добирались. Потери на трение здесь будут ощутимее, особенно в холода.
  3. Шины ставили и волговские на её же дисках, вопрос это не решало.
Читайте также:
Закись азота своими руками

Верить или нет в потери на постоянном полном приводе – личное дело каждого. Главное – не забывать про вязкость советских смазок в холода. Или верить в то, что постоянный полный привод Нивы даже вырабатывает топливо, а не расходует его. ))

1 не существенно 2 Сх это одно, а площадь миделя то в полтора раза больше 3 попутно передаточное отношение изменялось не в лучшую сторону же

Я речь веду о том, что высокий расход у Нивы из-за высокой массы, хУдшей аэродинамики и бОльшего сопротивления качению шин, а не из-за постоянного полного привода, как ты приводишь. Установка раздатки с отключаемым передком не даст выигрыша в потерях, а если даст – значит имеются проблемы с передним мостом. При чем тут демонтирование вообще? При переходе с постоянного полного на подключаемый что-то демонтируется в машине кроме межосевого дифференциала?) Вязкость смазок здесь коим боком? Она как-то связана с типом привода? В подключаемом полном приводе будут какие-то особы маловязкие смазки, а передний мост будет парить в воздухе?

Мой ветрогенератор на шаговом двигателе из флоппи-дисковода

Мой ветрогенератор на шаговом двигателе из флоппи-дисковода

Проезжая на велосипеде мимо дачных участков, я увидел работающий ветрогенератор. Большие лопасти медленно, но верно вращались, флюгер ориентировал устройство по направлению ветра.

Мне захотелось реализовать подобную конструкцию, пусть и не способную вырабатывать мощность, достаточную для обеспечения “серьезных” потребителей, но все-таки работающую и, например, заряжающую аккумуляторы или питающую светодиоды.

Одним из наиболее эффективных вариантов небольшого самодельного ветроэлектрогенератора является использование шагового двигателя (ШД) (англ. stepping (stepper, step) motor ) – в таком моторе вращение вала состоит из небольших шагов. Обмотки шагового двигателя объединены в фазы. При подаче тока в одну из фаз происходит перемещение вала на один шаг.
Эти двигатели являются низкооборотными и генератор с таким двигателем может быть без редуктора подключен к ветряной турбине, двигателю Стирлинга или другому низкооборотному источнику мощности. При использовании в качестве генератора обычного (коллекторного) двигателя постоянного тока для достижения таких же результатов потребовалась бы в 10-15 раз более высокая частота вращения.
Особенностью шаговика является достаточно высокий момент трогания (даже без подключенной к генератору электрической нагрузки), достигающий 40 грамм силы на сантиметр.
Коэффициент полезного действия генератора с ШД достигает 40 %.

Кладезем таких достаточно мощных двигателей являются пятидюймовые дисководы гибких дисков, а также старые принтеры и сканеры.
Я использовал в своей конструкции ШД из старого 5.25″ дисковода, работавшего еще в составе ZX Spectrum – совместимого компьютера “Байт”.
Такой дисковод содержит две обмотки, от концов и середины которых сделаны выводы – итого из двигателя выведено шесть проводов:

первая обмотка (англ. coil 1 ) – синий (англ. blue ) и желтый (англ. yellow );
вторая обмотка (англ. coil 2 ) – красный (англ. red ) и белый (англ. white );
коричневые (англ. brown ) провода – выводы от средних точек каждой обмотки (англ. center taps ).

Слева виден ротор двигателя, на котором видны “полосатые” магнитные полюсы – северный и южный. Правее видна обмотка статора, состоящая из восьми катушек.
Сопротивление половины обмотки составляет

Находящийся в моем распоряжении менее мощный шаговый двигатель T1319635 фирмы Epoch Electronics Corp. из сканера HP Scanjet 2400 имеет пять выводов (униполярный мотор):

первая обмотка (англ. coil 1 ) – оранжевый (англ. orange ) и черный (англ. black );
вторая обмотка (англ. coil 2 ) – коричневый (англ. brown ) и желтый (англ. yellow );
красный (англ. red ) провод – соединенные вместе выводы от средней точки каждой обмотки (англ. center taps ).

Сопротивление половины обмотки составляет 58 Ом, которое указано на корпусе двигателя.

Для проверки работоспособности шагового двигателя можно подключить, например, красный светодиод. Вращая вал двигателя, можно наблюдать свечение светодиода. Полярность подключения светодиода не имеет значения, так как двигатель вырабатывает переменный ток.

Возможны два варианта расположения оси крыльчатки (турбины) ветрогенератора – горизонтальное и вертикальное.

Преимуществом горизонтального (наиболее популярного) расположения оси, располагающейся по направлению ветра, является более эффективное использование энергии ветра, недостаток – усложнение конструкции.

Я выбрал вертикальное расположение оси – VAWT (vertical axis wind turbine ), что существенно упрощает конструкцию и не требует ориентации по ветру . Такой вариант более пригоден для монтирования на крышу, он намного эффективнее в условиях быстрого и частого изменения направления ветра.

мой ветрогенератор

Я использовал тип ветротурбины, называемый ветротурбина Савониуса (англ. Savonius wind turbine ). Она была изобретена в 1922 году Сигурдом Йоханнесом Савониусом (Sigurd Johannes Savonius ) из Финляндии.

Сигурд Йоханнес Савониус

В крыльчатке моего генератора использованы четыре лопасти в виде сегментов (половинок) цилиндров, вырезанных из пластиковых труб.
Размеры сегментов –
длина сегмента – 14 см;
высота сегмента – 2 см;
длина хорды сегмента – 4 см;
расстояние от начала сегмента до центра оси вращения – 3 см.

Высота мачты составила 6 м 70 см.

Работа ветротурбины Савониуса основана на том, что сопротивление (англ. drag ) набегающему потоку воздуха – ветру вогнутой поверхности цилиндра (лопасти) больше, чем выпуклой.

Коэффициенты аэродинамического сопротивления ( англ. drag coefficients) $C_D$

двумерные тела:

вогнутая половина цилиндра (1) – 2,30
выпуклая половина цилиндра (2) – 1,20
плоская квадратная пластина – 1,17
трехмерные тела:
вогнутая полая полусфера (3) – 1,42
выпуклая полая полусфера (4) – 0,38
сфера – 0,5
Указанные значения приведены для чисел Рейнольдса (англ. Reynolds numbers ) в диапазоне $10^4 – 10^6$. Число Рейнольдса характеризует поведение тела в среде.

Читайте также:
Chery Tiggo FL – техобслуживание своими руками

Сила сопротивления тела воздушному потоку $ = S rho > $, где $rho$ – плотность воздуха, $v$ – скорость воздушного потока, $S$ – площадь сечения тела.

Подобный принцип работы используется в чашечном анемометре (англ. cup anemometer) – приборе для измерения скорости ветра:

Такой анемометр был изобретен в 1846 году ирландским астрономом Джоном Томасом Ромни Робинсоном (John Thomas Romney Robinson ):

Робинсон полагал, что чашки в его четырехчашечном анемометре перемещаются со скоростью, равной одной трети скорости ветра. В реальности это значение колеблется от двух до немногим более трех.

В настоящее время для измерения скорости ветра используются трехчашечные анемометры, разработанные канадским метеорологом Джоном Паттерсоном (John Patterson ) в 1926 году:

Генераторы на коллекторных двигателях постоянного тока с вертикальной микротурбиной продаются на eBay по цене около $5:

Такая турбина содержит четыре лопасти, расположенные вдоль двух перпендикулярных осей, с диаметром крыльчатки 100 мм, высотой лопасти 60 мм, длиной хорды 30 мм и высотой сегмента 11 мм. Крыльчатка насажена на вал коллекторного микродвигателя постоянного тока с маркировкой JQ24-125H670. Номинальное напряжение питания такого двигателя составляет 3. 12 В.
Энергии, вырабатываемой таким генератором, хватает для свечения “белого” светодиода.

Скорость вращения ветротурбины Савониуса не может превышать скорость ветра . но при этом такая конструкция характеризуется высоким крутящим моментом (англ. torque ).

Эффективность ветротурбины можно оценить, сравнив вырабатываемую ветрогенератором мощность с мощностью, заключенной в ветре, обдувающем турбину:
$P = rho S $. где $rho$ – плотность воздуха (около 1,225 кг/м 3 на уровне моря), $S$ – ометаемая площадь турбины (англ. swept area ), $v$ – скорость ветра.

Недостатком турбины Савониуса является невысокая эффективность – только около 15 % энергии ветра преобразуется в энергию вращения вала (это намного меньше, чем может быть достигнуто с ветротурбиной Дарье (англ. Darrieus wind turbine )), использующей подъемную силу (англ. lift ). Этот вид ветротурбины был изобретен французским авиаконструктором Жоржем Дарье (Georges Jean Marie Darrieus) – патент США от 1931 года № 1,835,018.

Жорж Дарье

Недостатком турбины Дарье является то, что у нее очень плохой самозапуск (для выработки крутящего момента от ветра турбины уже должна быть раскручена).

Преобразование электроэнергии, вырабатываемой шаговым двигателем

Выводы шагового двигателя могут быть подключены к двум мостовым выпрямителям, собранным из диодов Шоттки для снижения падения напряжения на диодах.
Можно применить популярные диоды Шоттки 1N5817 с максимальным обратным напряжением 20 В, 1N5819 – 40 В и максимальным прямым средним выпрямленным током 1 А. Я соединил выходы выпрямителей последовательно с целью увеличения выходного напряжения.
Также можно использовать два выпрямителя со средней точкой. Такой выпрямитель требует в два раза меньше диодов, но при этом и выходное напряжение снижается в два раза.
Затем пульсирующее напряжение сглаживается с помощью емкостного фильтра – конденсатора 1000 мкФ на 25 В. Для защиты от повышенного генерируемого напряжения параллельно конденсатору включен стабилитрон на 25 В.

схема моего ветрогенератора

электронный блок моего ветрогенератора

Я установил собранную конструкцию на достаточно высокой деревянной мачте из бруса, прикрепленную саморезами к металлическому каркасу:

В ветреную погоду напряжение холостого хода на выходе электронного блока ветрогенератора достигает 10 В, а ток короткого замыкания – 10 мА.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ К JOULE THIEF

Затем сглаженное напряжение с конденсатора может подаваться на Joule Thief – низковольтный DC-DC преобразователь. Я собрал такой преобразователь на базе германиевого pnp -транзистора ГТ308В (VT ) и импульсного трансформатора МИТ-4В (катушка L1 – выводы 2-3, L2 – выводы 5-6) :

Значение сопротивления резистора R подбирается экспериментально (в зависимости от типа транзистора) – целесообразно использовать переменный резистор на 4,7 кОм и постепенно уменьшать его сопротивление, добиваясь стабильной работы преобразователя.

мой преобразователь Joule Thief

ЗАРЯД ИОНИСТОРОВ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ)

Ионистор (суперконденсатор, англ. supercapacitor ) представляет собой гибрид конденсатора и химического источника тока.
Ионистор – неполярный элемент, но один из выводов может быть помечен “стрелкой” – для обозначения полярности остаточного напряжения после его зарядки на заводе-изготовителе.
Для первоначальных исследований я использовал ионистор 5R5D11F22H емкостью 0,22 Ф на напряжение 5,5 В (диаметр 11,5 мм, высота 3,5 мм):

Я подключил его через диод к выходу Joule Thief. Я использовал германиевый диод Д310.

Для ограничения максимального напряжения зарядки ионистора можно использовать стабилитрон или цепочку светодиодов.

Через несколько часов ветреного дня напряжение на ионисторе достигло уровня

5,1 В. Я прекратил дальнейшую зарядку, отключив Joule Thief от ветрогенератора. Таким образом, цепочка из трех зеленых светодиодов не обеспечивает безопасного для длительной работы ионистора уровня напряжения.
Поэтому для дальнейших опытов по зарядке я использую цепочку из двух зеленых светодиодов.

Подключив Joule Thief к “пальчиковой” батарейке, я зарядил ионистор – напряжение стабилизировалось на уровне 3,84 – 3,86 В, при этом светодиоды заметно светились. Затем я отключил ионистор и наблюдал за его саморазрядом. За первые 15 минут напряжение снизилось на 0,07 В – с 3,83 до 3,76 В. За следующие 15 минут напряжение уменьшилось до 3,73 В – на 0,03 В. За последующие 30 минут оно достигло 3,68 В, снизившись еще на 0,05 В. Следующий час характеризовался снижением напряжения до 3,62 В – на 0,06 В. Еще два часа привели к снижению напряжения до 3,53 В, т.е на 0,09 В. Следующие два часа характеризовались снижением напряжения на ионисторе до 3,45 В – на 0,08 В. Через 18 часов после начала разряда напряжение на ионисторе снизилось до 3,20 В, т.е. на 0,63 В от начального напряжения. Через 27 часов после начала эксперимента на ионисторе осталось 3,09 В, т.е. напряжение снизилось на 0,74 В. Через 51 час после начала эксперимента на ионисторе осталось 2,87 В, т.е. напряжение снизилось на 0,96 В.

Читайте также:
Устранение вибрации ВАЗ - 21213, 21214

Затем я подключил полностью разряженный ионистор к Joule Thief. а его в свою очередь – к ветрогенератору. За пару дней напряжение на ионисторе достигло 3,48 В. Во время дальнейших наблюдений в ветреную погоду оно было в пределах 3,39 – 3,40 В. Но при штиле ионистор разряжался до 3,25 В и ниже.

Для предотвращения разряда уже заряженного ионистора через ограничительные светодиоды HL1 и HL2 я добавил еще один диод – VD2 :

Моделирование в LTSpice показало, что на роль VD2 не подходит диод Шоттки, так как его обратный ток достаточно велик. Подходящим оказался популярный диод 1N4148 .
В новой схеме напряжение на ионисторе держалось в пределах 3,15 – 3,57 В, понижаясь при затишье и повышаясь при ветреной погоде.
Таким образом, эксперимент по зарядке ионистора от ветрогенератора через Joule Thief можно признать удачным .

Мой самодельный ветрогенератор на шаговом двигателе

Проезжая на велосипеде мимо дачных участков, я увидел работающий ветрогенератор:

Большие лопасти медленно, но верно вращались, флюгер ориентировал устройство по направлению ветра.
Мне захотелось реализовать подобную конструкцию, пусть и не способную вырабатывать мощность, достаточную для обеспечения “серьезных” потребителей, но все-таки работающую и, например, заряжающую аккумуляторы или питающую светодиоды.

Шаговые двигатели

Одним из наиболее эффективных вариантов небольшого самодельного ветроэлектрогенератора является использование шагового двигателя (ШД) (англ. stepping (stepper, step) motor) – в таком моторе вращение вала состоит из небольших шагов. Обмотки шагового двигателя объединены в фазы. При подаче тока в одну из фаз происходит перемещение вала на один шаг.
Эти двигатели являются низкооборотными и генератор с таким двигателем может быть без редуктора подключен к ветряной турбине, двигателю Стирлинга или другому низкооборотному источнику мощности. При использовании в качестве генератора обычного (коллекторного) двигателя постоянного тока для достижения таких же результатов потребовалась бы в 10-15 раз более высокая частота вращения.
Особенностью шаговика является достаточно высокий момент трогания (даже без подключенной к генератору электрической нагрузки), достигающий 40 грамм силы на сантиметр.
Коэффициент полезного действия генератора с ШД достигает 40 %.

Для проверки работоспособности шагового двигателя можно подключить, например, красный светодиод. Вращая вал двигателя, можно наблюдать свечение светодиода. Полярность подключения светодиода не имеет значения, так как двигатель вырабатывает переменный ток.

Кладезем таких достаточно мощных двигателей являются пятидюймовые дисководы гибких дисков, а также старые принтеры и сканеры.

Например, я располагаю ШД из старого 5.25″ дисковода, работавшего еще в составе ZX Spectrum – совместимого компьютера “Байт”.
Такой дисковод содержит две обмотки, от концов и середины которых сделаны выводы – итого из двигателя выведено шесть проводов:

первая обмотка (англ. coil 1) – синий (англ. blue) и желтый (англ. yellow);
вторая обмотка (англ. coil 2) – красный (англ. red) и белый (англ. white);
коричневые (англ. brown) провода – выводы от средних точек каждой обмотки (англ. center taps).


разобранный шаговый мотор

Слева виден ротор двигателя, на котором видны “полосатые” магнитные полюсы – северный и южный. Правее видна обмотка статора, состоящая из восьми катушек.
Сопротивление половины обмотки составляет

Я использовал этот двигатель в первоначальной конструкции моего ветрогенератора.

Находящийся в моем распоряжении менее мощный шаговый двигатель T1319635 фирмы Epoch Electronics Corp. из сканера HP Scanjet 2400 имеет пять выводов (униполярный мотор):

первая обмотка (англ. coil 1) – оранжевый (англ. orange) и черный (англ. black);
вторая обмотка (англ. coil 2) – коричневый (англ. brown) и желтый (англ. yellow);
красный (англ. red) провод – соединенные вместе выводы от средней точки каждой обмотки (англ. center taps).

Сопротивление половины обмотки составляет 58 Ом, которое указано на корпусе двигателя.

В улучшенном варианте ветрогенератора я использовал шаговый двигатель Robotron SPA 42/100-558, произведенный в ГДР и рассчитанный на напряжение 12 В:

Ветротурбина

Возможны два варианта расположения оси крыльчатки (турбины) ветрогенератора – горизонтальное и вертикальное.

Преимуществом горизонтального (наиболее популярного) расположения оси, располагающейся по направлению ветра, является более эффективное использование энергии ветра, недостаток – усложнение конструкции.

Я выбрал вертикальное расположение оси – VAWT (vertical axis wind turbine), что существенно упрощает конструкцию и не требует ориентации по ветру. Такой вариант более пригоден для монтирования на крышу, он намного эффективнее в условиях быстрого и частого изменения направления ветра.

Я использовал тип ветротурбины, называемый ветротурбина Савониуса (англ. Savonius wind turbine). Она была изобретена в 1922 году Сигурдом Йоханнесом Савониусом (Sigurd Johannes Savonius) из Финляндии.

Сигурд Йоханнес Савониус

Работа ветротурбины Савониуса основана на том, что сопротивление (англ. drag) набегающему потоку воздуха – ветру вогнутой поверхности цилиндра (лопасти) больше, чем выпуклой.

Коэффициенты аэродинамического сопротивления (англ. drag coefficients) $C_D$

двумерные тела:

вогнутая половина цилиндра (1) – 2,30
выпуклая половина цилиндра (2) – 1,20
плоская квадратная пластина – 1,17
трехмерные тела:
вогнутая полая полусфера (3) – 1,42
выпуклая полая полусфера (4) – 0,38
сфера – 0,5
Указанные значения приведены для чисел Рейнольдса (англ. Reynolds numbers) в диапазоне $10^4 – 10^6$. Число Рейнольдса характеризует поведение тела в среде.

Сила сопротивления тела воздушному потоку $ = <<1 over 2> S rho > $, где $rho$ – плотность воздуха, $v$ – скорость воздушного потока, $S$ – площадь сечения тела.

Такая ветротурбина вращается в одну и ту же сторону, независимо от направления ветра:

Подобный принцип работы используется в чашечном анемометре (англ. cup anemometer) – приборе для измерения скорости ветра:

Такой анемометр был изобретен в 1846 году ирландским астрономом Джоном Томасом Ромни Робинсоном (John Thomas Romney Robinson):

Читайте также:
Замена масла в двигателе Лада Гранта - какое выбрать и какой объем

Робинсон полагал, что чашки в его четырехчашечном анемометре перемещаются со скоростью, равной одной трети скорости ветра. В реальности это значение колеблется от двух до немногим более трех.

В настоящее время для измерения скорости ветра используются трехчашечные анемометры, разработанные канадским метеорологом Джоном Паттерсоном (John Patterson) в 1926 году:

Генераторы на коллекторных двигателях постоянного тока с вертикальной микротурбиной продаются на eBay по цене около $5:

Такая турбина содержит четыре лопасти, расположенные вдоль двух перпендикулярных осей, с диаметром крыльчатки 100 мм, высотой лопасти 60 мм, длиной хорды 30 мм и высотой сегмента 11 мм. Крыльчатка насажена на вал коллекторного микродвигателя постоянного тока с маркировкой JQ24-125H670. Номинальное напряжение питания такого двигателя составляет 3 . 12 В.
Энергии, вырабатываемой таким генератором, хватает для свечения “белого” светодиода.

Скорость вращения ветротурбины Савониуса не может превышать скорость ветра, но при этом такая конструкция характеризуется высоким крутящим моментом (англ. torque).

Эффективность ветротурбины можно оценить, сравнив вырабатываемую ветрогенератором мощность с мощностью, заключенной в ветре, обдувающем турбину:
$P = <1over 2>rho S $ , где $rho$ – плотность воздуха (около 1,225 кг/м 3 на уровне моря), $S$ – ометаемая площадь турбины (англ. swept area), $v$ – скорость ветра.

Первоначально в крыльчатке моего генератора использованы четыре лопасти в виде сегментов (половинок) цилиндров, вырезанных из пластиковых труб:

Размеры сегментов –
длина сегмента – 14 см;
высота сегмента – 2 см;
длина хорды сегмента – 4 см;
расстояние от начала сегмента до центра оси вращения – 3 см.

Я установил собранную конструкцию на достаточно высокой (6 м 70 см) деревянной мачте из бруса, прикрепленную саморезами к металлическому каркасу:

Недостатком генератора была достаточно высокая скорость ветра, требуемая для раскрутки лопастей. Для увеличения площади поверхности я использовал лопасти, вырезанные из пластиковых бутылок:

Размеры сегментов –
длина сегмента – 18 см;
высота сегмента – 5 см;
длина хорды сегмента – 7 см;
расстояние от начала сегмента до центра оси вращения – 3 см.

Проблемой оказалась прочность держателей лопастей. Сначала я использовал перфорированные алюминиевые планки от советского детского конструктора толщиной 1 мм. Через несколько суток эксплуатации сильные порывы ветра привели к излому планок (1). После этой неудачи я решил вырезать держатели лопастей из фольгированного текстолита (2) толщиной 1,8 мм:

Прочность текстолита на изгиб перпендикулярно пластине составляет 204 МПа и сравним с прочностью на изгиб алюминия – 275 МПа. Но модуль упругости алюминия $E$ (70000 МПа) намного больше, чем у текстолита (10000 МПа), т.е. тексолит намного эластичнее алюминия. Это, по моему мнению, с учетом большей толщины текстолитовых держателей, обеспечит гораздо большую надежность крепления лопастей ветрогенератора.
Ветрогенератор смонтирован на мачте:

Опытная эксплуатация нового варианта ветрогенератора показала его надежность даже при сильных порывах ветра.

Недостатком турбины Савониуса является невысокая эффективность – только около 15 % энергии ветра преобразуется в энергию вращения вала (это намного меньше, чем может быть достигнуто с ветротурбиной Дарье (англ. Darrieus wind turbine)), использующей подъемную силу (англ. lift). Этот вид ветротурбины был изобретен французским авиаконструктором Жоржем Дарье (Georges Jean Marie Darrieus) – патент США от 1931 года № 1,835,018.

Жорж Дарье

Недостатком турбины Дарье является то, что у нее очень плохой самозапуск (для выработки крутящего момента от ветра турбины уже должна быть раскручена).

Преобразование электроэнергии, вырабатываемой шаговым двигателем

Выводы шагового двигателя могут быть подключены к двум мостовым выпрямителям, собранным из диодов Шоттки для снижения падения напряжения на диодах.
Можно применить популярные диоды Шоттки 1N5817 с максимальным обратным напряжением 20 В, 1N5819 – 40 В и максимальным прямым средним выпрямленным током 1 А. Я соединил выходы выпрямителей последовательно с целью увеличения выходного напряжения.
Также можно использовать два выпрямителя со средней точкой. Такой выпрямитель требует в два раза меньше диодов, но при этом и выходное напряжение снижается в два раза.
Затем пульсирующее напряжение сглаживается с помощью емкостного фильтра – конденсатора 1000 мкФ на 25 В. Для защиты от повышенного генерируемого напряжения параллельно конденсатору включен стабилитрон на 25 В.

схема моего ветрогенератора

электронный блок моего ветрогенератора

Применение ветрогенератора

Вырабатываемое ветрогенератором напряжение зависит от величины и постоянства скорости ветра.

При ветре, колышущем тонкие ветви деревьев, напряжение достигает 2 . 3 В.

При ветре, колышущем толстые ветви деревьев, напряжение достигает 4 . 5 В (при сильных порывах – до 7 В).

ПОДКЛЮЧЕНИЕ К JOULE THIEF

Сглаженное напряжение с конденсатора ветрогенератора может подаваться на Joule Thief – низковольтный DC-DC преобразователь

Значение сопротивления резистора R подбирается экспериментально (в зависимости от типа транзистора) – целесообразно использовать переменный резистор на 4,7 кОм и постепенно уменьшать его сопротивление, добиваясь стабильной работы преобразователя.
Я собрал такой преобразователь на базе германиевого pnp-транзистора ГТ308В (VT) и импульсного трансформатора МИТ-4В (катушка L1 – выводы 2-3, L2 – выводы 5-6) :

ЗАРЯД ИОНИСТОРОВ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ)

Ионистор (суперконденсатор, англ. supercapacitor) представляет собой гибрид конденсатора и химического источника тока.
Ионистор – неполярный элемент, но один из выводов может быть помечен “стрелкой” – для обозначения полярности остаточного напряжения после его зарядки на заводе-изготовителе.
Для первоначальных исследований я использовал ионистор 5R5D11F22H емкостью 0,22 Ф на напряжение 5,5 В (диаметр 11,5 мм, высота 3,5 мм):

Я подключил его через диод к выходу Joule Thief через германиевый диод Д310.

Для ограничения максимального напряжения зарядки ионистора можно использовать стабилитрон или цепочку светодиодов – я использую цепочку из двух красных светодиодов:

Для предотвращения разряда уже заряженного ионистора через ограничительные светодиоды HL1 и HL2 я добавил еще один диод – VD2.

Продолжение следует

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: