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 М_н, М_т, М_р- 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) N_n может быть определена по крутя-щему моменту

где w_н, n_н, w_т n_т, - угловая частота и частота вращения насосного и турбин-ного лопастных колес.

Коэффициент полезного действия

где i= n_т/n_н- передаточное отношение;

K= М_т /М_н - 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 n_т всегда меньше частоты вращения входного (насосного) вала n_н.

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 h_max= 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 (n_т=0) момент на турбинном колесе (М_т=М_н) будет максимальным. В зависимости от конструкции величина максимального момента может составлять М_max= (5¸ 7) M _ном. С увеличением i момент падает до нуля. То же самое можно сказать и о мощности на входном валу N_н. Мощность на ве­домом валу N_т равна нулю при i= 0 и i= 1, а максимальное значение N_т 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 h_ном» h_max. В связи с этим i_ном= h_ном= 0, 94-0, 98. Момент номинальный М_н 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 h_ном.

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 n_т.

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 n_н (датчик и прибор 1) и турбин­ного n_т (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 n_н, 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 n_т падает и при полностью затормо-женном колесе (n_т= 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 (n_н= const).

4. Изменяя нагрузку тормоза от нуля до максимального зна­чения шестью- восемью ступенями, замерить в каждом случае ча­стоту вращения насосного n_н и турбинного n_т 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

Измеряемые параметры	Рассчитываемые параметры
nн, об/мин	nт, об/мин	М, Н × м	i	S	Nп, кВт	N, кВт	h	l

 

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 n_н.

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.