6.1.3. Основні корисні якості і особливості гм:

• незалежне обертання ведучого і веденого валів;

• плавне рушання з місця і плавний розгін машини;

• відсутність тертя і практично відсутність зносу;

• обмеження крутильних коливань;

• безшумність передачі;

• високий ККД на номінальному режимі;

• надійність в експлуатації;

• простота організації дистанційного керування.

6.1.4 Основні функції та області застосування гм:

• регулювання частоти обертання веденого вала при постійній частоті обертання двигуна (живильні насоси ТЕЦ, промислові центрифуги, потужні вентилятори та ін.);

• розгін великих мас (підключення та відключення стартера при пуску турбін, розгін маховиків пресів, ножниць, пуск конвеєрних ліній);

• підсумовування потужностей і реверс (привод гвинта на судах);

• використання в якості вимикаючого пристрою та апарата розгону на транспортних машинах (привод вентиляторів системи охолодження ДВЗ, привод генератора бортової електромережі, застосування для автотракторної трансмісії в агрегаті з фрикційним зчепленням).

6.1.5. Застосування гідромуфти як гальма-сповільнювача

При гальмуванні автомобіля на затяжних спусках гальма перегріваються, що може спричинити їх відмову та виникнення аварійної ситуації. З цієї причини правилами дорожнього руху забороняється вимикати зчеплення та передачу на спусках, щоб гальмування здійснювалося двигуном. Ефективності двигуна, як динамічного гальма, виявляється недостатньо, і великовагові машини та автобуси оснащують спеціальною системою динамічного гальмування. Одним з варіантів такого гальма є застосування ГМ змінного заповнення з загальмованою турбіною, змонтованою в коробці передач (КП, рис.2.8).

Рис.6.3.1. Гальмо-сповільнювач автобуса ЛІАЗ-677 (фрагмент КП);

1 - вторинний вал КП; 2 та 5 - шестерні постійного зачеплення; 3 – проміжний вал КП; 4 - картер КП; 6 - статор ГМ; 7 - насос (ротор ГМ); 8 - відцентровий регулятор заповнення ГМ.

Насос 7 ГМ встановлено на проміжному валу З КП, який при гальмуванні обертається від ведучих коліс через головну, карданну передачі та вторинний вал І і шестерні постійного зачеплення 2 та 5. Заповнення порожнини ГМ маслом створює на насосному колесі 7 гальмівний момент, величина якого залежить від ступеня заповнення ГМ та частоти обертання насосного колеса. Для регулювання інтенсивності гальмування, заповнення ГМ маслом здійснюється через клапан відцентрового регулятора 8.

6.2 Гідродинамічні трансформатори

6.2.1Схема і принцип дії гідротрансформатора

Основними елементами гідравлічного трансформатора є три співвісно установлених лопатевих колеса: насосне, турбінне і реактивне (реактор), а також корпус, підшипники і інші допоміжні деталі. На осьовому розрізі трансформатора ( рис.6.4.а) показане насосне колесо Н, турбінне колесо Т, реактор Р і корпус трансформатора К, а також муфта вільного ходу М, призначення якої буде розглянуте пізніше. Основною конструктивною відзнакою коліс гідротрансформатора від коліс гідромуфти є складний криволінійний профіль їх лопаток (рис.6.4.б).

Насосне колесо Н приводиться в обертальний рух від крутильного моменту двигуна М₁. Рідина, яка заповнює міжлопатевий простір насоса розкручується разом з ним з кутовою швидкістю ω₁ і відкидається від осі обертання до периферії колеса (від точки 1 до точки 2 на рис.6.4.а). При цьому кожна частинка рідини отримує кінетичну енергію і швидкість в напрямку обертання колеса. В районі точки 2 потік рідини переміщається з насосного на турбінне колесо Т. В міжлопатевому просторі турбінного колеса рідина, розкручена в насосному колесі, діє на лопатки турбінного колеса і приводить його в обертовий рух з кутовою швидкістю ω₁. При цьому частинки рідини поступово втрачають кінетичну енергію, отриману в насосному колесі, і рухаються від периферії до осі обертання.(від точки 2 до точки 3).

Рис.6.4. Конструктивна схема гідротрансформатора:

а) осьовий розріз;

б) розгортка лопатевої системи

В межах точки 3 потік рідини переміщається з турбінного Т на реактор Р. Дальше потік рідини проходить через між лопатевий простір нерухомого реактора (від точки 3 до точки 1) і в межах точки 1 переміщається на насосне колесо.

Реактор Р служить для зміни крутного моменту на ГТ, тобто для отримання на вихіднім валу моменту М₂, який відрізняється від вхідного моменту М₁. На розгортці показана траєкторія руху частинок рідини через його робочі колеса. Із рис.6 4.б видно, як частинка рідини переміщається вздовж криволінійної лопатки насосного колеса, маючи абсолютну швидкістьν₂, і з такою ж швидкістю вдаряє в точці 2' по лопатці турбінного колеса. Потім частинка рідини переміщається вздовж лопатки турбінного колеса, від точки 2' до точки 3. А в точці 3 зривається з турбінного колеса, маючи абсолютну швидкість ν₃. З такою ж швидкістю частинка ударяє в точці 3' на лопатку реактора. Дальше частинка переміщається вздовж криволінійної лопатки реактора від точки 3' до точки 1'. При цьому вектор її швидкості змінюється від величини ν₃ до величини ν₁. В точці 1' частинка сходить з реактора, маючи абсолютну швидкість ν₁, і з такою ж швидкістю тисне в точці 1 на лопатку насосного колеса. Дальше процес повторюється.

На рис.6.4.б при розгортці ГТ положення реактора повернуто відносно насосного і турбінного коліс, тому перенос швидкості з одного колеса на інше також супроводжується їх поворотом.

Зміна крутного моменту з величини М₁ на насосному колесі до величини М2 на турбінному колесі проходить за рахунок додаткової закрутки потоку в лопатках реактора, тобто за рахунок зміни вектора швидкості від величини ν₃ до величини ν₁. Дійсно, величина моменту на даному колесі визначається трьома експлуатаційними параметрами: масовою витратою циркулюючої рідини, швидкістю рідини на вході і виході із колеса. Для Н і Т коліс ГТ два із трьох параметрів одинакові: витрати і швидкість ν₂ ( для насосного колеса це швидкість на виході, а для турбінного - на вході). Третім параметром для турбінного колеса є швидкість на виході ν₃, а для насосного – швидкість ν₁. Ці величини у них в більшості експлуатаційних режимів із-за додаткової закрутки рідини в реакторі різні ( рис.6.4.б). Тому моменти на валах М₁ і М₂ також різні.

Типова кінематична схема непрозорого ГТ наведена на рис. 6.5. Крім насосного колеса 4, з'єднаного через кожух 2 з ведучим валом 1, і турбінного колеса 3, встановленого на веденому валу 7, ГТ має колесо реактора 5, встановлене на трубчастому нерухомому валу 6. Робоча рідина при обертанні насосного колеса проходить послідовно через лопатки коліс насоса, турбіни і реактора. Нерухомий реактор має вигнуті профільовані лопатки, встановлені під кутом до потоку робочої рідини таким чином, що потік направляється ними в сторону обертання насосного колеса. Завдяки цьому при постійній частоті обертання насос навантажено майже постійним крутильним моментом, який залежить від затрат енергії на розгін рідини від початкової швидкості, що визначається кутом нахилу лопаток реактора, до кінцевої швидкості, рівній частоті обертання насоса.

Рис.6.5. Кінематична схема непрозорого ГТ: 1 - ведучий вал; 2 - кожух; 3 - турбіна; 4 - насос; 5 - реактор; 6 - вал реактора; 7 - ведений вал; 8 - профіль лопаток реактора.

Постійність крутильного моменту при постійній частоті обертання означає незмінність потужності, яку повинен розвивати двигун для привода насоса незалежно від режиму роботи турбіни. Це можна пояснити так. При загальмованій турбіні робоча рідина сходить з лопаток турбіни і потрапляє на лопатки реактора практично не обертаючись, а нерухомий реактор, завдяки кривизні своїх лопаток, розкручує робочу рідину, полегшуючи тим самим роботу насоса і сприймаючи частину реактивного моменту. При збільшенні обертів турбіни робоча рідина сходить з лопаток турбіни, маючи частоту обертання, рівну частоті обертання турбіни. Реактор, розкручуючи робочу рідину, в меншій мірі взаємодіє з потоком, сприймаючи менший реактивний момент. Коли турбіна має можливість вільно обертатися (холостий хід), то робоча рідина сходить з лопаток турбіни, маючи частоту обертання, близьку до частоти обертання насосного колеса. Реактор у цьому випадку гальмує потік рідини, чим створює додаткове навантаження на насос, а потужність двигуна буде затрачуватися на нагрівання робочої рідини.

Таким чином, при наявності нерухомого реактора режим роботи двигуна мало залежить від режиму роботи турбіни, двигун не відчуває (не "бачить"), як змінюється навантаження за гідротрансформатором. Через це ГТ з загальмованим реактором дістав назву непрозорий. При більш точному визначенні крутних моментів, що діють на робочі колеса ГТ, виявляється, що невелика зміна трутного моменту на насосному колесі при зміні режиму роботи турбіни все ж має місце. Це пов'язано зі зміною швидкості циркуляції робочої рідини.