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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 53.

Характеристика гидромуфты с динамическим самоопражниванием:

1 - с предварительной камерой; 2 - без предварительной камеры

К насосному колесу 1 присоединен наружный кожух, который об-

разует вращающийся резервуар 4. Рабочая жидкость в этом резер-

вуаре располагается в виде кольца.

На расстоянии «е» от оси вращения муфты находится ось черпа-

тельной трубки 3 (рис.54, б). В кожухе есть калиброванное отверстие,

через которое непрерывно втекает жидкость из рабочей камеры во

вращающийся резервуар. Диаметр калиброванного отверстия мень-

ше, чем диаметр у черпательной трубки. Черпательная трубка пред-

назначена для перераспределения объёмов жидкости в рабочей и до-

полнительной камерах.

Без трубки вся жидкость вытечет в дополнительную камеру. В

рубку жидкость попадает под действием скоростного напора

аправляется снова в рабочую камеру. Скорость потока в кожухе раз-

ная. Каждое фиксированное положение трубки определяет наполне-

ние рабочей камеры муфты. Общий объём жидкости муфты равен

объёму жидкости в рабочей камере и объёму жидкости во вращаю-

щемся резервуаре. Если объём жидкости в рабочей камере равен ну-

лю, значит, муфта отключена. При отсутствии жидкости во вращаю-

щемся резервуаре муфта передает наибольший момент. Преимуще-

ства: простота конструкции, надежность, охлаждение за счет естест-

венного теплообмена. Недостатки: большие габариты и инерцион-

ность.

3. 5. Гидродинамические трансформаторы

ение ва-

Энергетическая машина, которая обеспечивает соедин

лов и передачу мощности с ведущего вала на ведомый, преобразуя

крутящий момент и изменяя скорость вращения выходного вала.

а.

Рис. 54.

Гидромуфта с черпательной трубкой: а - конструкция; б- схема

Гидротр гидродина-

мических муф выходном

валу.

юче-

ния скоростей наиболее полно использовать мощность приводного

двигателя при различных условиях работы.

ансформаторы обладают всеми свойствами

т и способны изменить величину момента на

При увеличении нагрузки, т.е. увеличении момента сопротивле-

ния, превышающего момент на входном валу, снижается частота вра-

щения выходного вала. Это позволяет автоматически без перекл

Гидротрансформаторы отличаются от гидромуфт наличием ре-

актора. Реактор устанавливается для того, чтобы можно было увели-

чить передаваемый крутящий момент на рабочем органе. Увеличение

крутящего момента в гидротрансформаторе возможно только, если

рабочая жидкость будет давить на лопатки турбинного колеса с боль-

шей силой, чем на лопатки насосного колеса. Это условие обеспечи-

вается реактором, который своими неподвижными лопатками откло-

няет поток рабочей жидкости и соответствующим образом направляет

его на следующее колесо.

Крутящий момент на турбинном колесе равен сумме моментов

на насосном колесе и реакторе. Способность гидротрансформатора

увеличивать передаваемый крутящий момент характеризуется коэф-

фициентом трансформации

, который равен отношению момента на

турбинном колесе к момент насосном колесе

у на

насос.

турб.

K =

ет при

на месте

. Макси-

мальное значение коэффициент трансформации име трогании с

места автомобиля, когда турбинное колесо стоит , т.е.

. При увеличении скорости вращения турбинного колеса

еньшается. Максимальная величина

ходится в диапазоне 2…6.

Через отверстие 5 (рис.55,а) трансформатор заполняется жидко-

тью с помощью вспомогательного насоса объёмного действия. Часто

гидросистема питания трансформатора расположена вне его. Рабочая

полость находится под избыточным давлением, которое способствует

формированию потока лопатками.

турб.

коэффициент трансформации ум

фициента трансформации на

коэф

Рис. 55.

Гидротрансформатор: а - первого класса; б - второго класса

При вращении входного вала 6 лопатки насосного колеса 1

раскручивают жидкость. Жидкость, «слетая» с насосного колеса, об-

ладает наибольшей энергией и попадает на турбинное колесо 2. Об-

текая лопасти турбинного колеса, она приводит их в движение, пре-

одолевая сопротивление рабочего органа, теряет часть энергии и за-

тем попадает на реактор 4. Реактор это – лопастное колесо с лопат-

ками, жестко закреплённое с корпусом, реакторное колесо не враща-

ется. Внутренний тор 3 необходим для того, чтобы жидкость циркули-

ровала по одному и тому же

кругу, не переходя на большой или малый

конту

сформат

ложен п

торе. Пр ор-

рансфор-

еходит в тепло и нагревает гидро-

трансформатор. В зависимости от режима работы потери составляют

10…25% от мощности приводного двигателя. Для небольшого количе-

ства масла в трансформаторе это значительная величина. Поэтому

часть масла приходится постоянно принудительно направлять для ох-

лаждения в теплообменник, а затем насосом подпитки обратно в ра-

бочую полость трансформатора.

В зависимости от количества турбинных колес гидротрансфор-

маторы подразделяются на одноступенчатые (см.рис. 55 и 57) , двух-

ступенчатые (см. рис.56, а) и трехступенчатые (рис.56, б). Из-за слож-

ности конструкции более трёх ступеней обычно не делают.

По направлению движения жидкости в турбинном колесе разли-

чают гидротрансформаторы: с центростремительной турбиной

(рис.57, а) – жидкость движется от периферии к оси вращения; с осе-

вой турбиной (рис.57, б) – жидкость движется параллельно оси вра-

щения; с центробежной турбиной (рис.57, в) – жидкость движется от

оси вращения к периферии.

р циркуляции. Реактор, отклоняя жидкость своими лопатками,

изменяет момент количества движения потока, т.е. сообщает ему за-

крутку. Реактор может быть расположен после турбинного колеса (см.

рис. 55, а), при этом турбинное колесо может вращаться только в том

же направлении, что и насосное колесо. Такой тран ор отно-

сится к первому классу. Реактор может быть распо осле на-

сосного колеса (см. рис.55, б). Такие трансформаторы относятся ко

второму классу. Направление вращения турбинного колеса может

быть в юбую сторону в зависимости от расположения лопаток в реак-

и одинаковом направлении вращения валов гидротрансф

матор называется гидротрансформатором прямого хода. Если вход-

ной и выходной валы вращаются в разные стороны – гидрот

матором обратного хода.

При движении в гидротрансформаторе жидкость часть энергии

теряет: на удар; на трение между слоями жидкости и о стенки лопа-

стей; на местные сопротивления, связанные с искривлениями каналов

между лопастями. Эта энергия пер

Рис. 56.

Схемы многоступенчатых гидротрансформаторов:

а - двухступенчатые; б- трёхступенчатые

Рис. 57.

Принципиальные схемы гидротрансформаторов с различными типами

турбинных колёс: а- с центростремительной турбиной; б- с осевой турбиной;

в- с центробежной турбиной

3. 6. Уравнения моментов для рабочих колес

Рассмотрим совместную работу лопастных колес гидротранс-

форматора при постоянном расходе жидкости, протекающей через все

колеса. Уравнения моментов можно записать следующим образом:

0MMM

РТН

−

, где

- соответственно крутящие моменты на

насосном, турбинном и реакторном лопастных колесах

()

Р1U.Р1Р2U.Р2Р

Т1U.Т1Т2U.Т2Т

Н1U.Н1Н2U.Н2Н

RVRVρQM

−=

−

Здесь

- плотность жидкости; Q – объёмный расход жидкости;

- окружная составляющая абсолютной скорости, т.е. проекция аб-

солютной скорости на направление касательной к окружности в дан-

ной точке (см. рис. 4); R – радиусы рассматриваемых точек; в индек-

сах буквы и цифры обозначают «Н» - насосное колесо, «Т» - турбин-

ное колесо, «Р» - реакторное колесо, «1» - вход жидкости в колесо,

«2» - выход жидкости с колеса.

В гидротрансформаторе момент на входном валу, соединённом

с насосным колесом, и момент на выходном валу турбинного колеса

отличаются на величину момента реактора, за счет которого осущест-

вляется преобразование крутящего момента.

показаны характеристики гидротрансформатора пря-

ваемый тур-

м колесе на величи-

ну момента на реакторе. При постоянной частоте вращения насосного

колеса и постоянном расходе по формуле видно, что это посто-

янная величина. Момент на турбинном колесе зависит от передаточ-

ного отношения

3.7. Характеристика гидротрансформатора

На рис. 58

хода. Исходя из уравнения моментов, момент, разви

мого

бинным колесом, превосходит момент на насосно

и расхода .

На тяговых режимах работы обеспечивается наибольшее значе-

ние коэффициента полезного действия, достигающего значения

. Турбинное колесо вращается в ту же сторону, что и насос-

ное, но медленнее.

На тормозных режимах энергия подводится со стороны турбин-

ного колеса. Тормозной режим может быть обгонным, когда колеса

вращаются в одну сторону, но турбинное быстрее и момент на тур-

колесе отрицательный. Другой тормозной режим называют

0,92η =

бинном

режимом противовращения, при котором турбина вращается в проти

осительно насосного колеса.

воположную сторону отн

Ри

с. 58.

Характеристика гидротрансформатора при постоянном расходе

Характерные точки тягового режима: точка 1 – режим холостого

хода

= , 0η = ; точка 2 – режим максимального КПД, это номи-

нальный расчетный режим; точка 3 – режим равенства моментов

ТН

MM = , гидротрансформатор работает в режиме муфты; точка 0 –

стопо

вый режим, 0M

≠ , 0η

maxТ

, 0

- наиболее напряжен-

ный режим, поскольку вся энергия от насосного колеса переходит в

тепло.

Из-за невыполнения условия постоянства расхода в существую-

щих конструкциях гидротрансформаторов моме

нт на входном валу за-

висит от на ностью, ко-

орое оценивается

розр

грузки. Это свойство характеризуется прозрач

коэффициентом прозрачности

П . Коэффициент

ачности это отношение максимального крутящего момента вход-

ного вала на тяговом режиме работы (

max

M при 0n

= и 0

= ) к крутя-

щему моменту входного вала при работе трансформатора в режиме

гидромуфты (

ТН

MM = ).

()

ТН

MMН

max,0Н

= .

При

1П = момент на в луа насосного колеса не зависит от мо-

мента

Пр

нт на валу насосного колеса и нагрузка на двига-

тель.

на турбинном колесе, поэтому двигатель работает с постоянной

частотой вращения вала насосно о колеса.

1П > с увеличением нагрузки на валу турбинного колеса

увеличивается моме

Это прямая прозрачность.

При

1П < момент на входном валу уменьшается с увеличением

нагрузки на выходном валу. Это обратная прозрачность.

Геометрические размеры лопастной системы и тип гидротранс-

форматора определяют коэффициент прозрачности.

3. 8. Конструкции гидротрансформаторов

На рис. 59 показан одноступенчатый блокируемый гидротранс-

форматор с осевым турбинным колесом, который разработан в лабо-

ратории гидропривода ВНИИСтройдормаш и серийно изготовлялся

Московским машиностроительным заводом им. М.И. Калинина. Этот

трансформатор устанавливался в приводе самоходного крана К-161 с

двигателем СМД-14А. Технические характеристики трансформатора

типа У358011В следующие: мощность двигателя

42кВтN

дв

;

; давление в системе питания

85%η = 0.4МПаp

; число оборотов ва-

гателя ; коэффициент прозрачности

1700об/минn

дв

= 1,11П

ла дви

;

ый диаметр .

325ммD

активн

Рис. 59

. Блокируемый гидротрансформатор прямого хода с осевой турбиной

Насосное колесо 4, приводимое во вращение двигателем через

муфт

у, сообщает жидкости энергию, «отбрасывая» жидкость от оси

вращения к периферии. Поток попадает на турбинное колесо 3, отдает

свою

энергию турбине, приводя во вращение турбину и выходной вал

5. С лопастей турбинного колеса жидкость поступает в реактор 2, где

осуществляется изменение момента количества движ

ения потока. Ло-

асти реактора в определенном направлении подают жидкость на

од насосного колеса.

вх

Имеется а свободно-

о хода соединяет напрямую входной вал с выходным, когда их часто-

ты вр

а Н орости обойм

близки, н входят в

т обе обоймы. иняетс

ески минуя я

ансформа ра, при которой турбинное колесо не

может вращаться быстрее насосного.

Система принудительного питания и охлаждения трансформато-

ра на рисунке не показана.

На рис. 60 показан одноступенчатый гидротрансформатор с цен-

тростремительной турбиной, предназначенный для эксплуатации в

приводах строительных и дорожных машин.

Насосное колесо 2 вращается от двигателя через муфту и «от-

брасывает» жидкость от центра к периферии. С выхода насосного ко-

леса жидкость попадает на турбинное колесо 1. В результате турбин-

ное колесо вращается в ту же сторону, что и насосное, сообщая дви-

жение выходному валу 4. С выхода турбинного колеса жидкость по-

ступает на реактор 3 и затем вновь подводится к насосному колесу.

Насос питания 5 вращается от насосного колеса через зубчатые коле-

са. Система питания подает жидкость через отверстия в крышке, в

стакане реактора в рабочую полость и поддерживает постоянное из-

быточное давление.

Исследования, проводимые различными организациями, показа-

ли, что лучшие энергетические показатели у гидротрансформаторов с

симметрично расположенными насосным и турбинным колесами с

центростремительной турбиной.

3.9. Вопросы для самоконтроля по второй главе

1. Какие рабочие жидкости применяются в гидродинамических пе-

муфта свободного хода с роликами 1. Муфт

ащения почти одинаковы. Наружная цилиндрическая обойма 9

неподвижно соединена с входным валом, а внутренняя обойма 8, в

которой расположены пазы, соединена с выходным валом. Во внут-

ренней обойме 8 выполнены пазы с наклонными плоскостями, в кото-

рых располагаются прижатые пружинами 6 цилиндрические ролики 7 .

Пока наружная обойма вращается быстрее, чем внутренняя, ролики

не успевают попасть в узкую ч сть паза. о когда ск

ролики под воздействием пружи узкую часть обоймы

8 и заклиниваю Входной вал с выходным соед я

напрямую, механич гидротрансформатор. Так осуществл -

ется блокировка тр то

редачах?

2. Назовите основное отличие гидродинамической муфты от ме-

ханической муфты.

3. Почему осуществляется неполное заполнение рабочей жидко-

стью полости гидромуфты, хотя при этом муфта передает зна-

чительно меньший момент?

Рис. 60.

Одноступенчатый трехколесный гидротрансформатор

с центростремительной турбиной

4. Какими способами заставляют рабочую жидкость в гидромуфте

5. Почему при малых оборотах турбинного колеса в некоторых

8. передачах необходима насосная

станция и почему?

циркулировать по одному и тому же контору?

конструкциях часть рабочей жидкости стараются вывести из ра-

бочей зоны

6. Как называются рабочие колеса у гидромуфт и гидротрансфор-

маторов?

7. В каких квадрантах расположена характеристика у гидромуф-

ты?

В каких гидродинамических