ПЕРЕДАЧИ
Гидродинамической передачей называется гидравлическая передача, состоящая из лопастных колес с общей рабочей полостью, в которой крутящий момент передается за счет изменения момента количества движения рабочей жидкости, а перенос энергии от ведущего звена к ведомому осуществляется потоком жидкости. Гидродинамические передачи применяются на судовых установках, автомобилях, автобусах, тепловозах, строительных, дорожных, землерой-ных, горных, торфяных и других машинах, где позволяют плавно и авто-матически изменять крутящий момент и частоту вращения выходного ва-ла, надежно защищать трансмиссии от поломок, двигатели от перегрузок и значительно повышать долговечность машин и механизмов. Так, напри-мер, применение гидротрансформатора позволяет увеличить срок службы двигателя от 20 до 40%, повысить производительность экскаватора на 15… 20% без увеличения мощности, улучшить комфортабельность автомобиля, плавность разгона и изменение момента при увеличении сопротивления движению, упростить управление (отсутствие педали сцепления) и умень-шить утомляемость водителя. Гидродинамическая передача позволяет на-грузку на ведомом звене приводить в соответствие с нагрузкой на ведущем звене. По характеру изменения передаваемого момента гидродинамическ-ие передачи разделяются на гидродинамические муфты (гидромуфты) и гидродинамические трансформаторы (гидротрансформаторы). В гидромуфтах крутящий момент передается без изменения его вели-чины, а в гидротрансформаторах передаваемый момент можно изменять по величине, а иногда и по знаку. Гидротрансформатор состоит из двух лопастных колес (рис, 2.29): насосного 2, соединенного с входным валом 1, и турбинного 4, соединен-ного с выходным валом 6. Между насосным и турбинным колесами имеется осевой зазор, равный 3-6 мм. Лопастное колесо реактора 3 жестко соединяется с корпусом 5 и воспринимает момент, возникающий на ре-акторе. Насосное колесо, вращаясь от двигателя, приводит в движение жидкость, заполняющую гидродинамическую передачу. В колесе происхо-дит приращение момента количества движения. При протекании жидкости через реактор момент количества движения изменяется, что приводит к возникновению момента на турбинном колесе. Рис. 2.29. Схема гидротрансформатора и его лопастные колеса. Выйдя из турбинного колеса, жидкость поступет вновь на насосное и в гидродинамической передаче устанавливается циркуляция жидкости между лопастными колесами. Более сложные гидропередачи имеют по несколько насосных, турбин-ных колес и реакторов. В гидромуфте (рис. 2.30) реактор отсутствует, поэтому трансформа-ции момента не происходит и крутящий момент на валах обоих колес одинаков. Гидромуфта может плавно менять частоту вращения выходного вала изменением заполнения её рабочей полости жидкостью, дросселированием потока жидкости и раздвиганием колес. Рис. 2.30. Схема гидромуфты и её лопастное колесо Алгебраическая сумма моментов гидродинамической передачи равна нулю где Мн, Мт, Мр- моменты на насосном и турбинном лопастных колесах и на реакторе. Мощность на входном валу (на валу насосного колеса) N и на выход-ном валу (на валу турбинного колеса) Nn может быть определена по крутя-щему моменту где wн, nн, wт nт, - угловая частота и частота вращения насосного и турбин-ного лопастных колес. Коэффициент полезного действия где i= nт/nн- передаточное отношение; K= Мт /Мн - коэффициент трансформации момента. Следовательно, КПД учитывает потери в насосном и турбинном колесах, в реакторе, а также механические потери в подшипниках и потери на трение лопастных колес о жидкость. В гидромуфте крутящий момент не изменяется, следовательно, k= I, в a h= i. Поскольку преобразование энергии происходит с потерями, то макси-мальный КПД h= i=0, 97-0, 98. Следовательно, при передаче мощности через гидромуфту частота вращения выходного (турбинного) вала nт всегда меньше частоты вращения входного (насосного) вала nн. Разность частот вращения входного и выходного валов, отнесенная к частоте вращения входного вала, называется скольжением.
Обычно S= 0, 02¸ 0, 03 Гидротрансформаторы, как правило, служат для увеличения крутящего момента, т. е. k>, l. Обычно для гидротрансформаторов 1с==1, 75¸ 1, 1, максимальный КПД hmax= 0, 8¸ 0, 9 и передаточное отношение i= 0, 5¼ 0, 8. Внешней характеристикой гидродинамической передачи называются графики, выражающие зависимость мощности и моментов на входном и выходном валах и КПД от передаточного отношения при постоянных: вязкости, плотности рабочей жидкости, а также частоте вращения входного вала. Такие графики изображены на рис. 2.31 а, б. Рис. 2.31. Внешние характеристики гидродинамической передачи: а) гидромуфты; б)—гидротрансформатора. Из рис. 2.31 а видно, что для полностью заполненной жидкостью гидромуфты при i= 0 (nт=0) момент на турбинном колесе (Мт=Мн) будет максимальным. В зависимости от конструкции величина максимального момента может составлять Мmax= (5¸ 7) M ном. С увеличением i момент падает до нуля. То же самое можно сказать и о мощности на входном валу Nн. Мощность на ведомом валу Nт равна нулю при i= 0 и i= 1, а максимальное значение Nт наблюдается при 1, 0> i> 0, КПД с увеличением i увеличивается и изобразится прямой линией, идущей от 0 до 1. Однако, КПД не может равняться единице, ибо при i= l передаваемая мощность стремится к нулю. Поэтому в области i= l кривая КПД изобразится круто снижающейся пунктирной линией. Внешняя характеристика гидротрансформатора (рис. 2, 31 б) отлича-ется от таковой для гидромуфты. Момент на турбинном колесе имеет максимальное значение при i=0, затем падает до нуля. Момент на насос-ном колесе может быть постоянным (кривая 1), уменьшаться (кривая 2) или возрастать (кривая 3). КПД увеличивается с возрастанием i, имеет максимум при i= 0, 5-0, 7 затем падает до нуля при i= l, Внешняя характе-ристика является наиболее важной зависимостью, по которой можно су-дить о качестве гидродинамической передачи, возможности и целесо-образности применения её для определенных условий эксплуатации. Кроме внешней используются универсальная и приведенная характеристики (рис. 2.32 а, б). Универсальная внешняя характеристика гидродинамической переда-чи совокупность внешних характеристик при различных частотах враще-ния входного вала (см. рис. 2.32 а) Рис. 2.32. Характеристики гидродинамической передачи а)-универсальная; б)-приведенная. Приведенная характеристика гидродинамической передачи- зави-симость коэффициента момента входного вала l, коэффициента трансфо-рмации момента К, полного КПД h от передаточного отношения i при постоянных вязкости и плотности рабочей жидкости к частоте вращения входного вала (см. рис. 2.32 б). Коэффициент момента входного вала l определяется по формуле: где М, n- момент и частота вращения входного вала; D- активный диаметр гидродинамической передачи; r- плотность жидкости. Приведенная характеристика действительна не только для одной, но и для ряда геометрически подобных гидропередач. Гидромуфты бывают: ограничивающие, предохранительные, пуско-вые и пускотормозные. Ограничивающая гидромуфта служит для ограничения величины передаваемого крутящего момента; предохранительная- для защиты при-водного двигателя на установившихся режимах работы от внезапных перегрузок. Пусковая гидромуфта служит для защиты приводного двигателя от перегрузок в процессе пуска машин с большими моментами инерции вращающихся частей; пускотормозная- для пуска и торможения. Гидромуфты также делятся на проточные и непроточные. В проточ-ной гидромуфтево внутренних полостях происходит проток рабочей жидкости за счет внешней системы питания с целью охлаждения её или регулирования частоты вращения выходного вала; в непроточной- во внутренних полостях находится неизменяемое во время работы количество рабочей жидкости. Режим работы гидромуфты выбирают так, чтобы при номинальном режиме (длительная эксплуатация) она работала вблизи оптимального режима, для которого hном» hmax. В связи с этим iном= hном= 0, 94-0, 98. Момент номинальный Мн в несколько раз ниже максимального момента. Момент, передаваемый при i=0, можно уменьшить, снизив расход жидкос-ти через лопастные колеса, что достигается уменьшением наполнения гидромуфты. При меньшем наполнении гидромуфты уменьшается расход на всех режимах работы и крутизна характеристики уменьшается, что ведет к снижению КПД на нормальном режиме hном. В связи с этим управление характеристикой путем изменения наполнения применяют в регулируемых гидромуфтах, допускающих изменения наполнения во время работы. Пуск таких гидромуфт производят при минимальном наполнении, а нормальный режим- при полном наполнении. Регулируемые гидромуфты применяют для самых тяжелых условий пуска и разгона машины с большим моментом инерции и для регулирования в небольших пределах частоты вращения nт. Другим способом регулирования гидромуфты является изменение формы рабочей полости гидромуфты (шибер, поворотныелопатки и т.д.). Гидротрансформатор имеет максимальное значение КПД только на одном оптимальном режиме при i= 0, 5-0, 6. С увеличением i КПД падает. Этот недостаток устраняется в комплексном гидротрансформаторе, который может работать как в режиме гидротрансформатора, так и в режиме гидромуфты, которая имеет более высокий КПД при больших значениях i. Для гидродинамических передач, особенно больших мощностей, необходима система питания для обеспечения охлаждения, устранения утечек и для изменения наполнения передачи, а также поддержания необходимого давления, обеспечивающего бескавитационную работу гидропередачи. Цель работы: 1. Изучить принцип действия, устройство и работу гидромуфты. 2. Освоить методику испытания гидромуфты. 3. Получить внешнюю и приведенную характеристики. Описание установки. Установка (рис. 2.33) состоит из электромотора постоянного тока 2, непроточной гидромуфты 3, тормоза 4 и контрольно-измеритель-ной аппаратуры. Последняя служит для замера частоты вращения насосного nн (датчик и прибор 1) и турбинного nт (датчик и прибор 5) колес и крутящего момента на тормозе 4 (весовое устройство 7 с плечом 6) В качестве тормоза можно применить индукторный тормоз типа ИМС. Насосное колесо гидромуфты соединено в валом электромотора постоянного тока, позволяющего изменять частоту вращения nн, а турбинное колесо - с тормозом. Рис. 2.33. Схема установки для испытания гидромуфты При включении электромотора начинает вращаться насосное колесо, вовлекающее в движение рабочую жидкость, которая приводит в движение турбинное колесо и связанный с ним тормоз. По мере нагружения тормоза частота вращения турбинного колеса nт падает и при полностью затормо-женном колесе (nт= 0) момент становится максимальным.. . При полностью заторможенном турбинном колесе допускается работа гидромуфты ограниченное время (не более 3-х минут), так как при этом вся подводимая мощность идет на нагрев рабочей жидкости и в случае увеличения её температуры более 90- 100°С срабатывает тепловая защита и жидкость выбрасывается из гидромуфты. Установка предназначена для испытания непроточных гидромуфт. В случае испытания проточных гидромуфт или гидротрансформаторов её необходимо дооборудовать системой подпитки и охлаждения, как это требует ГОСТ 17069-71. Порядок выполнения работы и обработка опытных данных. Для получения внешней и приведенной характеристик необходимо: 1. Подготовить установку к пуску (проверить наполнение гидромуфты, отсутствие утечек рабочей жидкости, разгрузку тормоза М= О). 2. Включить гидромуфту, установить требуемый тепловой режим, проверить работу тормоза. 3. Установить необходимую частоту вращения насосного колеса (nн= const). 4. Изменяя нагрузку тормоза от нуля до максимального значения шестью- восемью ступенями, замерить в каждом случае частоту вращения насосного nн и турбинного nт колес и тормозной момент M= G1. Результаты замера занести в табл. 2. 9. 5. Вычислить необходимые параметры по формулам 2, 75¸ 2, 80 и результаты вычислений занести в табл. 2. 9.
Таблица 2.9
По данным табл. 2.9 построить внешнюю и приведенную характе-ристики, типовая форма которых приведена на рис. 2. 31, 2.32. Для построения универсальной характеристики (см. рис. 2.32) снять ряд внешних характеристик при различных значениях частоты вращения насосного колеса nн. Основные контрольные вопросы 1. Что такое гидродинамическая передача? 2. Назначение гидродинамических передач? 3. В чем различие между гидромуфтой и гидротрансформатором? 4. Нарисуйте схему гидромуфты и объясните её работу. 5.Нарисуйте схему гидротрансформатора и объясните его работу. 6.Как определить мощность на насосном и турбинном лопастных колесах? 7.Что такое КПД, передаточное отношение, скольжение и какая между ними связь? 8.Нарисуйте внешние характеристики гидромуфты и гидротрансфо-рматора. 9.Что такое универсальная и приведенная характеристики и как они изображаются? 10. Что такое коэффициент момента и как его определить? 11.Какие гидромуфты называются регулируемыми? Литература к работе 2.6: 2, 8, 16, 17, 18, 19, 21, 23, 37, 39, 48.
· по выполненной лабораторной работе и представить её к защите преподавателю.
|