Трифонова Г.О., Трифонова О.И. Гидродинамические машины и передачи

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 42.

Гидромуфта: 1 – входной вал; 2- насосное колесо;

3- турбинное колесо; 4- кожух; 5- выходной вал

На турбинном колесе жидкость движется от периферии к центру,

отдавая свою энергию турбинному колесу. Около центра поток дви-

жущейся жидкости профилем колеса поворачивается и, «слетая» с

турбинного колеса, движется практич

ески параллельно оси вращения.

Рядом опять находится насосное колесо, на которое и попадает жид-

кость. Цикл повторяется. Частицы жидкости в муфте совершают одно-

временно два вращательных движения: одно вдоль поперечного се-

чения тора, другое вокруг о

си вращения вала. Эти два пер-

пендикулярны друг другу. Турбинное колесо жестко связано с выход-

ным валом 5 и закрыто кожухом 4.

При установившихся режимах работы крутящий момент на насос-

ном колесе равен моменту на турбинном колесе. Докажем, что

ТН

MM = . Для насосного колеса момент количества движения

2Н

M на

выходе будет равен :

U.2Н2Н2Н

VρQRM

вращения

, где

- плотность жидкости,

Q - расход,

2Н

R - радиус на выходе жидкости с насосного колеса

(рис.43),

U.2Н

V - окружная составляющая абсолютной скорости, индекс

означает вход жидкости в колесо, индекс

– выход жидкости с колеса.

Рис. 43.

Схема гидромуфты

При поступлении (на входе) жидкости в насосное колесо на лопат-

ки момент количества движения будет равен:

U.1Н1Н1Н

VρQRM = .

Результирующий момент внешних сил на насосном колесе

(

)

U.1Н1НU.2Н2Н1Н2НН

VRVRρQMMM

−

−= .

Аналогично запишем выражения для турбинного колеса:

на входе в колесо

U.1Т1Т1Т

VρQRM

;

на выходе из колеса

U.2Т2Т2Т

VρQRM

Результирующий момент на турбинном колесе

(

)

U.1Т1Т2Т1ТТ

VRρQMMM

−

U.2Т2Т

VR .

U.2Н

VV ≅ де т

е, т.е.

Можно считать, что с какой скоростью жидкость «слетает» с на-

сосного колеса, с такой она и попадает на турбинное колесо, т.е.

1Т

U.1НU.2Т

VV ≅ . Радиусы на выходе насосного и на вхо ур-

бинного колес одинаковы

1Т2Н

2Т

1Н

. Тогда выраже-

я результирующих моментов на насосном и турбинном колесах ста-

новятся одинаковыми, т.е.

ТН

ни

≅

К кинематическим показателям, характеризующим работу муф-

ты, относятся скорости вращения входного и выходного валов ,

передаточное отношение

i =

, относительное скольжение

100%

ТН

−

= .

К силовым показателям относятся: коэффициент трансформации

K =

( у муфт K=1); мощность на валах MωN

, где частота враще-

ния вала

πn

ω =

К экономическим показателям относится коэффициент полезного

действия

HН

η =

Гидромуфта может быть заполнена жидкостью полностью или

частично. Чем больше в муфте жидкости, тем эта жидкость больше

получает от насосного колеса энергии, а значит, и отдать турбинному

может больше, т.е. передать больший момент. На рис. 44 показаны

характеристики муфты при различных наполнениях жидкостью.

Рис. 44.

Характеристика гид ы при р ли н й степени

заполнения жидкос

ромуфт аз ч о

тью

устой-

зоне

Исследования показали, что в зависимости от степени заполне-

ния рабочей полости муфты жидкостью и величины передаточного от-

ношения возможны несколько схем движения потока, изображенные

на рис. 45. Любой из показанных контуров движения является

чивым, но в определенной передаточных отношений.

Рис. 45.

Сх поема форм тока при частичном заполнении муфты: а- при 0

; б-

при 5...10%

= ; в- при 30...35%

= ; г- при 45%

> ( муфта с внутренним тором)

стает

момент, поскольку радиус входа жидкости в колесо уменьшается

. Моменты на насосном и турбинном коле-

Согласно законам подобия для лопастных

где - коэффициент гидравлического момен-

та). Поэтому увеличение момента вызывает увеличение числа оборо-

тов на турбинном колесе, что в свою очередь увеличивает центробеж-

ные силы и жидкость переходит на малый контур циркуляции. Тогда

момент сопротивления затормаживает турбину, уменьшаются центро-

бежные силы, что приводит к переходу движения жидкости по боль-

шому контурному циклу. Эти колебания момента и частоты вращения

турбины незатухающие, в результате работа гидромуфты неустойчи-

вая.

Для ликвидации этого явления:

1 – сбрасывают часть жидкости;

2 – применяют установку внутреннего тора. На рис. 46, а насос-

ное 1 и турбинное 2 колеса имеют одинаковую форму, показанную на

рис.46, б. Жидкость перемещается, как по каналам при неизменном

ения;

уста-

муфты

формы потока в проточной час-

ти малый контурный цикл (при

Неустойчивый режим работы муфты начинается в критическом

диапазоне. Переход с одного диапазона на другой происходит скачко-

образно, сопровождаясь изменением момента. При переходе с малого

контурного цикла (рис.45, б) на большой (рис.45, в) резко возра

()

U.1Н1НU.2Н2НН

VRVRρQM −=

сах равны, т.е.

ТН

MM = .

гидромашин

DλρωM = ( λ

контуре движ

3 - устанавливают порог. Дроссельный диск (порог) 3 (рис.47)

и заполнении жидкостью

новлен на турбинном колесе 2. Пр

меньше, чем на 50% возможны две

0.5

> ) или большой контурный

ци

кл( при

0.5

). При малом контурном цикле, рис. 47, а , жидкость

движется, прижимаясь к наружным торам периферийной части ра-

бочей полости, воздух находится в центре ближе к оси вращения. С

уменьшением скорости вращения турбинного колеса, т.е. с увели-

чением нагрузки движение жидкости переходит на больш

ой контур-

ный цикл (рис. 47, б). Переход потока с одного на другой контур

циркуляции происходит скачкообразно и сопровождается резким

изменением момента и неустойчивой работой гидромуфты.

б)

Рис. 46.

Гидромуфта с внутренним тором: а - схема; б - внешний вид колеса

Рис. 47

. Схема циркуляции жидкости в гидромуфте с порогом:

а– малое скольжение ;б- большое скольжение

Му

в з

3.3. Полная внешняя характеристика гидромуфты

Внешняя характеристика гидромуфт, показанная на рис. 48, это

зависимость КПД и моментов на валах от передаточного отношения

при постоянных: частоте вращения входного вала , вязко-

сти

фта работает устойчиво при обеих формах движения жидкости, но

оне перехода от одной формы к другой теряет устойчивость.

Constn

, плотности рабочей жидкости

Колеса гидромуфты могут вращаться в одну сторону при

или в разные стороны (

). Жидкость в муфте может двигаться от

насосного колеса к турбинному, или наоборот. Основной тяговый ре-

жим работы гидромуфты это такой, при котором энергия передаётся

от насосного колеса турбинному. В этом режиме наибольший КПД

гидромуфты. С увеличением числа оборотов на турбинном колесе,

передаваемый момент уменьшается. Характерной точкой в этом ре-

жиме является точка 1 – режим холостого хода, т.е. такой режим, при

котором отсутствует внешняя нагрузка. Точка 2 характеризует номи-

нальный, наиболее выгодный режим работы муфты, режим при наи-

большем КПД.

Рис. 48.

Характеристика гидромуфты

Точка 3 характеризует стоповый режим работы, т.е. когда турби-

на настолько нагружена, что не может справиться с нагрузкой

. Тур-

инное колесо стоит. Насосное колесо при всех режимах вращается.

то очень опасный режим, поскольку вся мощность двигателя преоб-

разуетс

энергия передается от турбинного колеса насосному, это

може

я в тепло.

Если

т быть при

> и

0i <

, такой режим называется тормозным. При

этом турбинное колесо может вращаться быстрее насосного, тогда

жидкость меняет направление движения и уже с турб летает»

на насосное колесо. Такой режим

инного «с

называется обгонным. Например,

при д ге с

ле

, т.е.

вижении автомобиля с большой скоростью по ровной доро

включением низшей передачи. Или на подъёмных кранах при спуске

грузов с включенным реверсом.

Режимы, при которых насосное и турбинное колеса вращаются в

разные стороны, называются режимами противовращения. Например,

автомобиль двигается задним ходом под гору при включенной перед-

ней передаче. В этом режиме жидкость также может двигаться от на-

сосного колеса к турбинном, или наоборот. Явление, при котором про-

исходит изменение направления передачи энергии, называется обра-

тимостью.

Точка 0 это режим динамического торможения. Насосное ко со

выключено, стоит

, гидромуфта работает как тормоз.

3.4. Конструкции гидромуфт

Гидромуфта полного наполнения показана на рис. 43. Коэффи-

циент полезного действия такой муфты достаточно высок - около

95..98%.

На рис. 49 показана конструкция гидромуфты со статическим са-

моопоражниванием. Это предохранительная муфта, имеющая специ-

альное устройство для снижения момента при больших скольжениях.

Этим муфта защищает двигатель от перегрузки. У муфты симметрич-

ные колеса: 1 – насосное, 2 – турбинное. Имеется дополнительная

камера 3 со стороны турбинного колеса для сброса части жидкости.

При разгоне, когда число оборотов турбинного колеса меньше, насос-

ного, давление на периферии дополнительной камеры меньше, так

как жидкость не раскручена. Поэтому жидкость, «слетая» с насосного

колеса, стремится за турбинное колесо в дополнительную камеру. По-

лучается, часть потока сбрасывается, что положительно влияет на

работу, так как раскрутить меньшее количество жидкости легче. Но

при этом муфта передает меньший момент.

Когда число оборотов турбинного колеса близко к числу оборо-

риферии насосного и

турбинного колес.

тов насосного колеса, жидкость находится на пе

Рис. 49.

Конструкция гидромуфты со статическим самоопоражниванием

Давление в турбинном колесе и за колесом примерно одинаково,

поэтому жидкость не стремится в дополнительную камеру (рис. 50, б).

А чем больше жидкости в муфте, тем больший момент она передает.

Порог 4 препятствует перестройке потока жидкости с малого контура

циркуляции на большой (см. рис. 47) .

С увеличением нагрузки и уменьшением числа оборотов турбин-

ного колеса поток жидкости в турбинном колесе опускается ниже, т.е.

перестраивается на большой контурный цикл и наталкивается на по-

рог (преграду).

Поток рабочей жидкости вынужден из-за преграды входить на

насосное колесо на большем радиусе. В результате муфта работает

на малом контурном

цикле.

а. б.

Рис. 50. Гидромуфта со статическим самоопоражниванием:

а - характеристика 1 – обычной гидромуфты,

2 - предохранительной; б - схема работы

Недостаток муфты со статическим самоопоражниванием это не-

высокое быстродействие.

Другая предохранительная муфта изображена на рис. 51 с ди-

намическим самоопоражниванием. Сброс жидкости происходит при

увеличении скоростного напора благодаря особой конструкции.

Муфта имеет несимметричные колеса: 3 – насосное, закреплен-

ное на входном валу 1; 4 – турбинное со срезом лопастей 6. Муфта

неполного заполнения. При холостом ходе жидкость работает на ма-

лом контурном цикле (см. рис.51). С увеличением нагрузки жидкость

перемещается на большой контурный цикл. При этом часть жидкость

«слетает» с лопаток турбинного колеса, попадая в предварительную

камеру 5.

едварительная камера имеет небольшое количество лопаток,

осное колесо ей не дает конструкция.

ую камеру. Через жиклёр вся

сброш

ис.53.

Пр

что создает дополнительное сопротивление жидкости. Попасть в на

Жидкость вынуждена через жиклёр (маленькое отверстие) про-

сачиваться в дополнительную камеру 2 (рис.52), а из дополнительной

камеры опять через жиклёр в насосное колесо. Если рабочая жид-

кость при работе движется по большому контурному циклу, то она

опять сбрасывается в предварительн

енная жидкость не успевает вернуться в работу. Только при пе-

реходе на малый контурный цикл жидкость уже не сбрасывается, а с

турбинного колеса «слетает» на насосное. Характеристика этой муф-

ты показана на р

Муфта обладает высоким быстродействием.

На рис.54 показана регулируемая гидромуфта с черпательной

трубкой.

Рис. 51.

Конструкция гидромуфты с динамическим самоопоражниванием: 1-

входной вал; 2- дополнительная камера; 3- насосное колесо; 4- турбинное колесо;

5- предварительная камера; 6- срез лопаток турбинного колеса; 7- выходной вал

Малый контурный цикл Большой контурный цикл

Рис.5

ниван

2. Схемы движения жидкости в гидромуфте с динамическим самоопораж-

ием