Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
08_08_2006_1.doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
01.03.2025
Размер:
7.15 Mб
Скачать

Запитання для самоконтролю

  1. Дайте визначення динамічних гідромашин. Які гідромашини відносяться до цього класу?

  2. Намалюйте схему відцентрового насоса, позначте основні елементи.

  3. Намалюйте паралелограми швидкостей в робочому колесі відцентрового колеса, позначте всі швидкості і поясніть їх.

  4. Запишіть основне рівняння відцентрових насосів (рівняння Ейлера), поясніть складові.

  5. Запишіть чому дорівнює фактичний напір насоса Н, теоретична і фактична подачі відцентрового насоса. Поясніть складові.

  6. Запишіть закони подібності і пропорційності в застосуванні до відцентрових насосів, поясніть складові.

  7. Намалюйте приклади характеристик відцентрових насосів.

  8. Покажіть графічно, як визначається режим роботи відцентрового насоса, дайте пояснення.

  9. Покажіть графічно, як здійснюється регулювання подачі відцентрового насоса.

Тема 3. Гідродинамічні передачі

Гідродинамічною передачею називають пристрій для передачі крутного моменту з співвісних ведучого вала на ведений за допомогою динамічних гідромашин і рідини. Основними перевагами гідродинамічних передач є відносно просте їх конструктивне виготовлення, безшумність у роботі, відсутність жорсткого з'єднання ведучого і веденого валів, що полегшує запуск двигунів і сприяє вирівнюванню пікових навантажень і крутильних коливань у приводі. Основою цих передач є відцентровий насос і доцентрова турбіна. Крутний момент передається від ведучого вала до веденого за рахунок значної кінетичної енергії робочої рідини. Гідродинамічні передачі поділяють на гідромуфти, гідротрансформатори і комплексні гідротрансформатори.

Вони широко застосовуються в дорожньому та транспортному машинобудуванні.

Гідромуфти

Г ідромуфтою називають передачу, що забезпечує співвісне з'єднання і передачу потуж-ності з ведучого вала на ведений без зміни крутного моменту. Гідромуфта складається з корпуса 1, лопатевого колеса відцентрового насоса 2, з’єднаного з валом 3 двигуна, і гідравлічної турбіни 4, з'єднаної з веденим валом 5 (рис. 2.7). Лопаті насосного і турбінного коліс - плоскі, радіальні. Відстань між колесами становить 3...15 мм.

Порожнина гідромуфти на 90% заповнена робочою рідиною, в'язкість якої становить 10...20 .

Принцип дії гідромуфти.

При обертанні насосного колеса 2 рідина відкидається відцентровими силами до його зовнішньої частини. Струмини рідини, що мають велику кінетичну енергію, викидаються з каналів між сусідніми лопатями насосного колеса, б'ють по лопатям турбінного колеса 4 і змушують його обертатись. Сила, з якою струмина діє на рухому перепону

F=ρQ(υu), (2.18)

де ρ – густина рідини; Q - витрата рідини; υ, u - швидкість відповідно струмини та перепони. За допомогою цієї формули можна пояснити характер залежності крутного моменту від швидкості обертання турбінного колеса: якщо насосне колесо обертається зі сталою швидкістю (υ=const), а турбінне колесо нерухоме u=0, то сила F, а отже, і крутний момент будуть максимальними; якщо насосне і турбінне колеса обертатимуться з однаковою швидкістю (υ=u), то сила F, а отже, і крутний момент, дорівнюватимуть нулю.

Згідно з третім законом Ньютона (дія дорівнює протидії) моменти на ведучому і веденому валах однакові:

Мн=-Мт. (2.19)

Доведемо цю рівність інакше, використовуючи формулу (1.123) для крутного моменту на валу відцентрового насоса і слідуючі припущення:

1) подача насоса Qн дорівнює витраті рідини Qт турбіною (Qн=Qт=Q);

2) швидкість рідини при її переході з насосного колеса на турбінне і навпаки не змінюється (υ=υ=υ2; υ=υ=υ1).

Тоді

МнQ(υ2R2cosα2-υ1R1cosα1); (2.20)

Мт=ρQ(υ1R1cosα1-υ2R2cosα2), (2.21)

д е R1, R2 - радіуси центру потоку відповідно на вході і виході (рис. 2.7). Порівнюючи ці вирази, приходимо до висновку, що

Mн+Мт=0, |Mн|=|Мт|, (2.22)

тобто гідромуфта не змінює крутного моменту.

Якщо враховувати також опір повітря Мп, рівняння моментів гідромуфти більш точно можна записати у вигляді:

н|=|Мтп|. (2.23)

Коефіцієнт корисної дії гідромуфти дорівнює відношенню корисної потужності на веденому валу до потужності на ведучому валу:

η=Nт/Nн=(Мтnт)/(Мнnн)=nт/nн=i, (2.24)

де i - передаточне відношення.

Отже, ККД гідромуфти дорівнює передаточному відношенню:

η=i (2.25)

Частота обертання турбінного колеса завжди менша від частоти обертання насосного колеса.

Характеристики гідромуфти - це залежності крутного моменту і ККД від передаточного відношення при сталій частоті обертання насосного колеса. Ці характеристики будують на основі лабораторних досліджень. Характер залежностей M=f(i) і η=f(i) можна встановити на основі слідуючих міркувань. Вище було доведено, що при nт=0, тобто при i=0, крутний момент максимальний (М=Мmax), а при nт=nн, тобто при i=1, він дорівнює нулю (М=0). Отже, залежність М=f(i) - спадаюча (рис. 2.8).

Поскільки ККД гідромуфти η=i, то залежність η=f(i) - це бісектриса координатного кута. Досліди показують, що при i1 η0. Це можна пояснити за допомогою формули:

η=Nт/Nн=(Мн-Мп)(2πnт)/нnн)=1-(Мп/Мн)i (2.26)

Відомо, що при i1 крутний момент зменшується. При МнМп (Мп- крутний момент, який витрачається на подолання сил тертя корпуса гідромуфти об повітря) Мпн1 i η0.

На характеристиці гідромуфти (рис. 2.8) виділяють три характерні режими:

А - режим холостого ходу, коли зовнішнього навантаження на веденому валу немає (Мтн=0; i=1; nт=nн; η=0);

В - номінальний режим, коли ККД гідромуфти має максимальне значення (η=0,95...0,98), саме в такому режимі має працювати гідромуфта [Мв=(1/5...1/7)Мmax];

C - стоповий режим, коли через велике зовнішнє навантаження ведений вал не крутиться (nт=0; i=0; η=0; М=Мmax); цей режим найбільш напружений, коли вся потужність двигуна перетворюється в теплоту.

Ррежими роботи автомобільної гідромуфти

Прослідкуємо зв’язок режимів роботи гідромуфти (рис. 2.8) з умовами руху автомобіля .

А - автомобіль зупинений. Двигун працює. Зчеплення вимкнене.

Б - автомобіль рухається з максимальною швидкістю по рівній дорозі. Номінальний режим.

Б-С - автомобіль рухається вгору.

С - автомобіль попав в пісок. Колеса не обертаються. Двигун розвиває максимальний момент. Стоповий режим.

Гальмівні режими роботи – це такі режими роботи, при яких потужність від робочого органа передається гідромуфті і при цьому відбувається його уповільнення (гальмування).

Виділяють три види гальмівних режимів:

1. Обгінний – такий режим, при якому частота обертання турбіни більша частоти обертання насоса. На цьому режимі гідромуфта працює при русі автомобіля з гори на прямій передачі.

2. Режим динамічного гальмування. Цей режим має місце при зупиненому насосі.

3. Режим протиобертання. При такому режимі турбіна і насос обертаютсья в різні сторони. На цьому режимі автомобільна гідромуфта працює при русі заднім ходом з гори при включеній передній передачі.

Гідротрансформатори

Конструкція.

У гідротрансформаторі (рис. 2.9) крім насосного 1 і турбінного 2 робочих коліс є ще третє нерухоме лопатеве колесо 5 (реактор), завдяки якому крутний момент на турбінному колесі змінюється порівняно з моментом на насосному колесі. На відміну від гідромуфти в гідротрансформаторі крім активних сил, з якими робоча рідина, що викидається з насосного колеса, діє на турбінне колесо, з'являються ще реактивні сили Fр від реактора 5.

Принцип дії.

При обертанні ведучого вала 3 разом з ним будуть обертатися корпус гідротрансформатора і насосне колесо 1, лопаті якого захоплюють порцію масла і відцентровою силою переміщують її до периферії (від точки І до точки II). При виході з насосного колеса рідина діє на лопаті турбінного колеса, віддає їм більщу частину накопиченої кінетичної енергії і через лопаті реактора спрямовується на вхід у насосне колесо (від точки III до точки І). Реактор змінює крутний момент завдяки реактивній силі Fр .

Запишемо вирази для крутних моментів на всіх робочих колесах гідротрансформатора аналогічно тому, як це було зроблено для гідромуфти

Мн=ρQ(υ2R2cosα2-υ1R1cosα1); (2.27)

Мт=ρQ(υ3R3cosα3-υ2R2cosα2); (2.28)

Мр=ρQ(υ1R1cosα1-υ3R3cosα3); (2.29)

Якщо скласти ліві та праві частини цих рівностей, матимемо,

Мнтр=0 (2.30)

або

Мт│=│Мнр (2.31)

Звідси можна зробити висновок, що момент на турбінному колесі відрізняється від моменту на насосному колесі на величину реактивного моменту Мр.

Для гідротрансформатора, ККД

η=Nт/Nн=(Мтnт)/(Мнnн)=k i, (2.32)

де kтн - коефіцієнт трансформації моменту; i=nт/nн - передаточне відношення.

Характеристики гідротрансформатора - це залежності крутних моментів Мн і Мт та ККД η від передаточного відношення при сталій частоті обертання насосного колеса (рис. 2.10, а). Їх будують за даними лабораторних випробувань. Максимальний ККД гідротрансформатора η=0,8...0,9 ( для гідромуфти ηmax=0,98). У режимі А (рис. 14.2, а) Мнт (режим гідромуфти). Якщо передаточне число i<iА, то Мтнр, а якщо i>iА, то Мтнр.

Розглянемо більш детально взаємодію робочих коліс гідротрансформатора. На турбінне колесо Т ( рис. 2.11) з боку насосного колеса Н діє активна сила F, а з боку реактора P - реактивна сила Fр.

Якщо турбінне колесо Т при великому навантаженні на ведений вал (режими, що лежать зліва від точки А - рис. 2.10, а) обертатиметься повільно (швидкість u=2πRnт мала), то активна F і реактивна Fр сили створюватимуть на ньому момент однакового знаку, тобто Мтнр (рис. 2.10, а).

Я кщо внаслідок зменшення навантаження на ведений вал швидкість обертання турбінного колеса збільшиться (а отже, збільшиться і u), то вектор абсолютної швидкості υ повернеться за годинниковою стрілкою. При деякому значенні частоти обертання nтА (тобто при i=iА, див. рис. 2.10, а) вектор швидкості υ, а отже, і вектор реактивної сили Fр проходитимуть через центр турбінного колеса. Тоді Мр=0; Мтн (режим гідромуфти, рис. 2.11, б ).

П ри подальшому зменшенні навантаження Мт на ведений вал зростає частота його обертання nт

(отже, зростає і u, рис. 2.11, в). Напрямок реактивної сили Fр стане таким, що вона гальмуватиме турбінне колесо (Мр<0; Мтнр). Ці режими лежать праворуч від точки А (рис. 2.10, а).

Таким чином, турбінне колесо автоматично пристосовується до режиму прикладеного навантаження Мт (якщо Мт збільшується, то nт зменшується, і навпаки). Частота обертання двигуна nн при цьому не змінюється.

Комплексний гідротрансформатор

Гідродинамічну передачу, яка автоматично переходить з режиму гідротрансформатора на режим гідромуфти і навпаки, залежно від зовнішнього навантаження, називають комплексним гідротрансформатором. У ньому реактор знаходиться на муфті вільного ходу. Якщо момент на реакторі додатний (Мр>0 при i<iА, рис. 2.10, а), то він заклинюється роликами обгінної муфти і передача працює в режимі гідротрансформатора. Якщо знак моменту Мр зміниться (при i>iА, рис. 2.10, а), реактор розклиниться і буде обертатися разом із турбіною. Передача працюватиме в режимі гідромуфти, її ККД значно зросте. Характеристики комплексного гідротрансформатора показані на рис. 2.10, б.

Переваги і недоліки гідродинамічних передач

Головними факторами, які обумовлюють переваги гідродинамічних передач, являються: відсутність жорсткого зв’язку між вхідним і вихідним валами, так як передача потужності здійснюється через додаткову ланку (робочу рідину); можливість отримання бажаних характеристик передачі внаслідок порівняно простого керування їх робочим процесом.

Основні переваги гідродинамічних передач, завдяки яким підвищується продуктивність і надійність машин, слідуючі:

  1. запобігання перевантажень двигунів;

  2. забезпечення оптимальних режимів роботи двигуна ( наприклад, запобігання роботи двигуна при малій частоті обертання вала з великим навантаженням );

  3. можливість пуску двигуна під навантаженням ( наприклад з включеною трансмісією );

  4. можливість зупинки робочого органу машини під навантаженням при працюючому двигуні і включеній передачі;

  5. можливість швидкого розгону любих махових мас при любій передачі;

  6. плавний початок руху з місця і підвищення прохідності машин внаслідок плавного прикладання крутного моменту до коліс автомобіля;

  7. обмеження динамічних перевантажень і крутильних коливань;

  8. можливість глибокого безступеневого регулювання швидкостей виконавчих механізмів;

До недоліків гідродинамічних передач слід віднести менший ККД порівняно з механічною передачею і високу вартість.

Гідромеханічні передачі

Як вже відмічалось гідротранформатори перетворюють крутний момент, який при передачі від веденого вала до ведучого змінююється всього в 3-5 разів. Для більшості машин необхідно перетворювати момент в 15-20 разів, тому в реальних умовах використовують гідромеханічні передачі, які складаються з послідовно включених гідротрансформатора і механічного редуктора.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]