Устройство и рабочий процесс гидромуфты

Гидравлические машины и передачи

План лекции

4.1. Гидродинамические передачи

4.1.1. Гидравлические муфты

4.1.1.1. Устройство и рабочий процесс гидромуфты

4.1.1.2. Характеристики гидромуфты

Гидравлические трансформаторы

Устройство и рабочий процесс гидравлического трансформатора

Гидродинамические передачи

Гидропередача – это устройство для передачи механической энергии посредством потока жидкости. В состав гидропередачи входят насос, гидравлический двигатель и соединительные трубопроводы с рабочей жидкостью. Гидропередачи, использующие динамические гидромашииы, называются гидродинамическими.

В гидродинамических передачах применяют лопастные насосы и, в качестве гидравлических двигателей, лопастные турбины. В реальных конструкциях лопастный насос и гидравлическая турбина предельно сближены и располагаются соосно в общем корпусе. Так как эти две гидромашины имеют общий корпус, то в дальнейшем насос будем называть насосным колесом, а турбину – турбинньм колесом. В такой конструкции отсутствуют трубопроводы, поэтому жидкость из насосного колеса сразу попадает на лопатки турбинного колеса, а из турбинного – вновь на лопатки насосного колеса.

Гидродинамические передачи, применяемые в машиностроении, подразделяют на гидравлические муфты (гидромуфты) и гидравлические трансформаторы (гидротрансформаторы).

Гидромуфты, состоящие из насосного и турбинного колес, служат для передачи энергии без изменения крутящего момента, т. е. моменты на входном и выходном валах гидромуфты практически одинаковы.

Гидротрансформаторы, кроме насосного и турбинного колес, имеют хотя бы одно дополнительное колесо. Оно на большинстве режимов работы неподвижно, т.е. является неактивным (реактивным), и поэтому его принято называть реактором. Включение в состав гидротрансформатора реактора позволяет ему изменять (трансформировать) передаваемый крутящий момент. Таким образом, моменты на входном и выходном валах гидротрансформатора на большинстве режимов работы различны.

На современных транспортных и самоходных машинах получили широкое применение комплексные гидротрансформаторы. Комплексным называют гидротрансформатор, который в широком диапазоне изменения своих передаточных отношений работает как гидротрансформатор, а при больших значениях передаточных отношений переходит в режим гидромуфты и работает как гидромуфта. Это позволяет существенно повысить его коэффициент полезного действия.

Гидравлические муфты

Устройство и рабочий процесс гидромуфты

Основными элементами гидравлической муфты являются два соосно установленных лопастных колеса: насосное и турбинное, а также корпус, подшипники и другие детали. На рис. 4.1 приведена схема одной из возможных конструкций гидромуфт. На осевом разрезе гидромуфты (рис. 4.1,а) показаны насосное колесо Н, турбинное колесо Т и корпус гидромуфты К. У большинства муфт конструкция лопастных колес однотипна и представляет собой половину торообразной полости с плоскими радиально расположенными лопатками

Рис. 4.1. Конструктивная схема гидромуфты: а) осевой разрез; б) развертка лопастной системы

Насосное колесо Н приводится во вращение двигателем с угловой скоростью w₁. Жидкость, находящаяся в межлопастном пространстве насосного колеса, раскручивается вместе с ним и центробежными силами отбрасывается от оси вращения к периферии колеса (от точки 1 к точке 2 на рис. 4.1, а). Участвуя во вращательном движении вместе с насосным колесом, частицы жидкости приобретает кинетическую энергию и скорость в направлении движения этого колеса. Далее в окрестностях точки 2 жидкость перемещается с насосного колеса Н на турбинное колесо Т.

В межлопаточном пространстве турбинного колеса Т частицы жидкости оказывают воздействие на его лопатки и заставляют его вращаться с угловой скоростью w₂. Вращаясь вместе с турбинным колесом, частицы жидкости постепенно отдают ему кинетическую энергию, полученную в насосном колесе. При этом они перемещаются от периферии колеса к его оси вращения (от точки 2 к точке 1 на рис. 4.1, а). В окрестностях точки 1 жидкость переходит с турбинного колеса Т на насосное колесо Н. Далее рабочий процесс повторяется, т.е. жидкость циркулирует в межлопаточном пространстве колес по замкнутому контуру с массовым расходом Q'_m,

Учитывая, что описанный рабочий процесс имеет сложную пространственную траекторию движения частиц жидкости, для его пояснения на рис. 4.1, б приведена условная развертка колес гидромуфты. На этой развертке показана траектория движения одной частицы жидкости. На рис. 4.1, б видно, как эта частица перемещается вдоль плоской лопатки насосного колеса от точки 1 к точке 2. В точке 2 она «срывается» с насосного колеса, имея абсолютную скорость V₂, и с такой же скоростью V₂ "ударяет" в точке 2' по лопатке турбинного колеса. Далее частица жидкости перемещается вдоль лопатки турбинного колеса от точки 2' до точки 1' и в точке 1' уходит с турбинного колеса, имея абсолютную скорость V₁. В точке 1 эта частица попадает в межлопаточное пространство насосного колеса с такой же абсолютной скоростью V₁. Далее рабочий процесс повторяется.

Характеристики гидромуфты

Для анализа характеристик гидромуфты рассмотрим ее работу на установившемся режиме. В этом случае сумма моментов, приложенных к гидромуфте извне, должна равняться нулю, т.е.

M₁ – М₂ – M_с =0,

где M₁ – момент на валу насосного колеса; М₂ – момент на валу турбинного колеса; М_с – момент сопротивления.

Момент сопротивления М_с вызван трением в узлах гидромуфты. Наибольшее влияние на него оказывает трение вращающихся колес о воздух (в ряде конструкций вращающимся является также корпус). В большинстве эксплуатационных режимов момент M_c мал, и им можно пренебречь. Тогда

M₁ = M₂ = M. (4.1)

Зависимость (4.1) подтверждает равенство моментов на насосном и турбинном колесах.

Передаваемый гидромуфтой момент M₁, изменяется в зависимости от соотношения угловых скоростей насосного w₁ и турбинного w₂ колес. На рис. 4.2 приведены два варианта (I и II) зависимости передаваемого момента M от передаточного отношения i гидромуфты

. (4.2)

Рис. 4.2. Характеристика гидромуфты

 

Из анализа графиков M = f (i) на рис. 4.2 следует, что при больших передаточных отношениях i величина передаваемого момента M уменьшается, а при i ® 1 резко падает до нулевой величины.

Приведённая зависимость M = f(i) при w₁ =const называется характеристикой гидромуфты.

Характеристика гидромуфты, кроме М = f(i), включает также зависимость ее КПД от передаточного отношения h =f(i). КПД найдем из отношения выходной мощности на турбинном колесе N₂ к входной – на насосном колесеN₁. Тогда с учетом зависимостей (4.1) и (4.2) получим

. (4.3)

Таким образом, пренебрегая величиной момента сопротивления M_с, можно считать, что КПД гидромуфты равен ее передаточному отношению. Зависимость h =f(i) нанесена на рис. 4.2.

Формула (4.3) получена при допущении, что момент сопротивления M_с мал, и поэтому им можно пренебречь. Это является целесообразным в широком диапазоне изменения передаточного отношения i (участок ОЕ зависимости h= f (i) на рис. 4.2). Но при i 1 это недопустимо, так как в области больших i резко падает передаваемый момент, а при i = i_P он становится соизмеримым с моментом сопротивления М_с. В этом случае формула (4.3) становится неприемлемой, а КПД гидромуфты из-за момента сопротивления M_с резко падает – участок EF на зависимости h = f (i).

Режим максимального КПД гидромуфты (95 – 98 % – точка Е на рис. 4.2) принято считать расчетным. Момент М_P и передаточное отношение i_р, соответствующие этому режиму, также считают расчетными.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: