Основные контрольные вопросы

1. В чём заключается сущность дроссельного способа регулирова­ния скорости выходного звена гидропривода?

2. Что входит в состав гидропривода с дроссельным регулированием?

3. Для чего служат предохра­нительный и редукционный клапаны?

4. Что такое дроссель, чему равен расход через него?

5. Что такое регулятор потока и для чего он предназначен?

6. Для чего предназначен рас­пределитель непрерывного дей­ствия, его условное обозначе­ние на схемах, расход через него?

7. Как определить скорость выходного звена гидропривода с дроссельным регулированием при расположении дросселя по­следовательно и параллельно гидроцилиндру?

8. Назовите достоинства и недостатки гидропривода с дроссельным регулированием.

9. Что называют характеристикой гидропривода с дроссельным регулированием? Типичные формы характеристик.

10. Назовите и укажите на схеме установки основные её узлы и объясните их назначение.

11. Как определить нагрузку на поршень и его скорость при испытаниях?

12. Как определить полезную мощность, мощность и КПД гидропривода?

Библиографический список к работе 5:

8. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика: Учебник для гидротехнических специальностей вузов. -М.: Стройиздат, 1972, -648с.;

9. Кисилёв П.Г. Гидравлика. Основы механики жидкости: Учебное пособие для студентов гидротехнических специальностей вузов. -М.: Энергия, 1980, -360с.;

16. Данилов Ю.А., Кирилловский Ю.А., Колпаков Ю.Г. Аппаратура объёмных гидроприводов. -М.: Машиностроение, 1990, -272с.;

22. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. -М.: Энергоатомиздат, 1989, ‑352с.

Работа 6.

Испытания гидродинамической передачи

Гидродинамическая передача состоит из лопастных колес с общей рабочей полостью, в которой крутящий момент передаётся за счет изменения момен­та количества движения рабочей жидкости, а перенос энергии от ведущего звена к ведомому осуществляется потоком жидкости.

Гидродинамические передачи применяются на судовых установ­ках, автомобилях, автобусах, тепловозах, строительных, дорож­ных, землеройных, горных, торфяных и др. машинах, где поз­воляют плавно и автоматически изменять крутящий момент и час­тоту вращения выходного вала, надёжно защищать трансмиссии от поломок, двигатели от перегрузок и значительно повышать дол­говечность машин и механизмов. Так, например, применение гид­ротрансформатора позволяет увеличить срок службы двигателя от 20 до 40%, повысить производительность экскаватора на 15…20% без увеличения мощности, улучшить комфортабельность автомо­биля, плавность разгона и изменение момента при увеличении со­противления движению, упростить управление (отсутствие педа­ли сцепления) и уменьшить утомляемость водителя. Гидродина­мическая передача позволяет нагрузку на ведомом звене приво­дить в соответствие с нагрузкой на ведущем звене. По характеру изменения передаваемого момента гидродинамические передачи разделяются на гидродинамические муфты (гидромуфты) и гид­родинамические трансформаторы (гидротрансформаторы).

В гидромуфтах крутящий момент передается без изменения его величины, а в гидротрансформаторах его можно изменять по величине, а иногда и по знаку.

Рис. 29. Схема гидротрансформатора и его лопастные колеса.

Гидротрансформатор состоит из 2-х лопастных колёс (рис. 29): насосного 2, соединённого с входным валом 1, и турбинного 4, соединённого с выходным валом 6. Между насосным и турбин­ным колёсами имеется осевой зазор (3‑6 мм). Лопастное колесо реактора 3 жёстко соединено с корпусом 5 и восприни­мает момент, возникающий на реакторе. Насосное колесо, вращаясь от двигателя, приводит в движение жидкость, заполняющую гидродинамическую передачу. В колесе происходит приращение момента количества движения. При протекании жидкости через реактор момент количества движения изменяется, что приводит к возникновению момента на турбинном колесе.

Выйдя из турбинного колеса, жидкость вновь поступает на на­сосное колесо и в гидродинамической передаче устанавливается циркуляция жидкости между лопастными колёсами.

Более сложные гидропередачи имеют по несколько насосных, турбинных колёс и реакторов.

В гидромуфте (рис. 30) реактор отсутствует и трансформации момента не происходит и крутящий момент на валах обоих колёс одинаков. Гидромуфта плавно меняет частоту вращения выходного вала изменением заполнения её рабочей по­лости жидкостью, дросселированием потока жидкости и раздвиганием колёс.

Рис. 30. Схема гидромуфты и её лопастное колесо

Алгебраическая сумма моментов гидродинамической переда­чи равна нулю:

(59)

где М_н, М_т, М_р ‑ моменты на насосном и турбинном лопастных ко­лёсах и на реакторе.

М ощность на входном валу (на валу насосного колеса) N и на выходном валу (на валу турбинного колеса) N_n может быть определена по крутящему моменту:

(60)

г де _н, n_н, _т, n_т ‑ угловая частота и частота вращения насосного и турбин-ного лопастных колёс.

К оэффициент полезного действия

(62)

η = k ∙ i, (63)

где I = n_т/n_н ‑ передаточное отношение;

k = М_т /М_н - коэффициент трансформации момента.

Следовательно, КПД учитывает потери в насосном и турбинном колёсах, в реакторе, а также потери на трение в подшипниках и лопастных колёс о жидкость.

В гидромуфте крутящий момент не изменяется, следовательно, k = 1, a  = i.

Поскольку преобразование энергии происходит с потерями, то макси-мальный КПД  = i = 0,97…0,98. Следовательно, при пе­редаче мощности через гидромуфту частота вращения выходного (турбинного) вала n_т всегда меньше частоты вращения входного (насосного) вала n_н.

Р азность частот вращения входного и выходного валов, отне­сённая к частоте вращения входного вала, называется скольжением.

(64)

Обычно S = 0,02…0,03.

Гидротрансформаторы, как правило, служат для увеличения крутящего момента, т.е. k > l. Обычно для гидротрансформаторов k = 1,75…1,1, а максимальный КПД _max = 0,8…0,9 и передаточное отношение i = 0,50,8. Внешней характеристикой гидродинамической передачи называют­ся графики, выражающие зависимость мощности и моментов на входном и выходном валах и КПД от передаточного отношения при постоянных: вязкости, плотности рабочей жидкости, а также частоте вращения входного вала. Эти графики – рис. 31, а, б.

Рис. 31. Внешние характеристики гидродинамической передачи: а) гидромуфты; б) гидротрансформатора.

Из рис. 31, а видно, что для полностью заполненной жидко­стью гидромуфты при i = 0 (n_т = 0) момент на турбинном колесе (М_т = М_н) будет максимальным. В зависимости от конструкции величина максимального момента может составлять М_max = (5…7) M_ном. С увеличением i момент падает до нуля. То же самое можно сказать и о мощности на входном валу N_н. Мощность на ве­домом валу N_т равна нулю при i = 0 и i = 1, а максимальное значение N_т наблюдается при 1,0 > i > 0. КПД с увеличением i увеличивается и изобразится прямой линией, идущей от 0 до 1. Однако КПД не может равняться 1, ибо при i = l передаваемая мощность стремится к нулю. Поэтому в области i = l кривая КПД изобра­зится круто снижающейся пунктирной линией.

Внешняя характеристика гидротрансформатора (рис. 31, б) отличается от таковой для гидромуфты. Момент на турбинном ко­лесе имеет максимальное значение при i = 0, затем падает до нуля. Момент на насосном колесе может быть постоянным (кривая 1), уменьшаться (кривая 2) или возрастать (кривая 3). КПД увели­чивается с возрастанием i, имеет максимум при i = 0,5…0,7, затем падает до нуля при i = l. Внешняя характеристика – наи­более важная зависимость, по которой можно судить о качестве гидродинамической передачи, возможности и целесообразности применения её для определённых условий эксплуатации.

Кроме внешней, также используются:

‑ универсальная (а), и

‑ приведённая (б) ха­рактеристики (рис. 32, а, б).

Универсальная внешняя характеристика гидродинамической передачи – совокупность внешних характеристик при различных частотах вращения входного вала (рис. 32, а).

Рис. 32. Характеристики гидродинамической передачи:
а) -универсальная;	б) -приведённая.

Приведённая характеристика гидродинамической передачи – зависимость коэффициента момента входного вала , коэффициента трансформации момента К, полного КПД  от передаточного отно­шения i при постоянных вязкости и плотности рабочей жидкости к частоте вращения входного вала (рис. 32, б).

Коэффициент момента входного вала  определяется по формуле:

(65)

где М, n - момент и частота вращения входного вала;

D - активный диаметр гидродинамической передачи;

 - плотность жидкости.

Приведенная характеристика действительна не только для од­ной, но и для ряда геометрически подобных гидропередач.

Гидромуфты бывают: ограничивающие, предохранительные, пусковые и пускотормозные.

Ограничивающая гидромуфта служит для ограничения вели­чины передаваемого крутящего момента;

Предохранительная – для защиты приводного двигателя на установившихся режимах рабо­ты от внезапных перегрузок.

Пусковая гидромуфта – для защиты приводного двига­теля от перегрузок в момент пуска машины, когда действуют большие моменты инерции вращающихся частей;

Пускотормозная – для пуска и торможения.

Гидромуфты также делятся на: проточные и непроточные.

В проточной гидромуфте во внутренних полостях происходит проток рабочей жидкости за счёт внешней системы питания с целью ох­лаждения её или регулирования частоты вращения выходного вала.

В непроточной – во внутренних полостях находится неизменяемое во время работы количество рабочей жидкости.

Режим работы гидромуфты выбирают так, чтобы при номиналь­ном режиме (длительная эксплуатация) она работала вблизи оп­тимального режима, для которого _ном  _max. В связи с этим, i_ном = _ном = 0,94…0,98. Момент номинальный М_н в несколько раз ниже максимального момента. Момент, передаваемый при i = 0, можно уменьшить, снизив расход жидкости через лопастные колёса, что достигается уменьшением наполнения гидромуфты. При меньшем наполнении уменьшаются расход на всех режимах и крутизна характеристики, что ведёт к снижению КПД на нормальном режиме _ном.

Управление характеристикой изменением наполнения применяют в регулируемых гидромуфтах, допускаю­щих изменения наполнения во время работы. Пуск таких гидро­муфт производят при минимальном наполнении, а нормальный ре­жим – при полном наполнении. Регулируемые гидромуфты при­меняют в самых тяжёлых условиях пуска и разгона машины с большим моментом инерции и для регулирования в небольших пределах частоты вращения n_т.

Другим способом регулирования гидромуфты является изме­нение формы рабочей полости гидромуфты (шибер, поворотные лопатки и т.д.).

Гидротрансформатор имеет максимальное значение КПД только на одном оптимальном режиме при i = 0,5…0,6. С увеличением i КПД падает. Этот недостаток устраняют в комплексном гидро­трансформаторе, который может работать как в режиме гидро­трансформатора, так и в режиме гидромуфты, которая имеет более высокий КПД при больших значениях i.

Для гидродинамических передач, особенно больших мощно­стей, необходима система питания для обеспечения охлаждения, устранения утечек и изменения наполнения передачи, а также поддержания необходимого давления, обеспечивающего бескавитационную работу гидропередачи.

Цель работы:

1. Изучить принцип действия, устройство и работу гидромуфты.

2. Освоить методику испытания гидромуфты.

3. Получить внешнюю и приведенную характеристики.

Описание установки.

Установка (рис. 33) состоит из электромо­тора 2 постоянного тока, непроточной гидромуфты 3, тормоза 4 и контрольно-измерительной аппаратуры. Последняя служит для за­мера частоты вращения насосного n_н (датчик и прибор 1) и турбин­ного n_т (датчик и прибор 5) колёс и крутящего момента на тормо­зе 4 (весовое устройство 7 с плечом 6. В качестве тормоза мож­но применить индукторный тормоз типа ИМС. Насосное колесо гидромуфты соединено в валом электромотора постоянного тока, позволяющего изменять частоту вращения n_н, а турбинное коле­со – с тормозом.

Р ис. 33. Схема установки для испытания гидромуфты

При включении электромотора начинает вращаться насосное колесо, вовлекая в движение рабочую жидкость, при­водящую в движение турбинное колесо и связанный с ним тормоз. По мере нагружения тормоза частота вращения турбинного колеса n_т падает и при полностью заторможенном колесе (n_т = 0) момент становится максимальным.

При полностью заторможенном турбинном колесе допустима работа гидромуфты ограниченное время (не более 3-х минут), т.к. при этом вся подводимая мощность идёт на нагрев рабо­чей жидкости и в случае увеличения её температуры более 90…100ºС срабатывает тепловая защита и жидкость выбрасывается из гидромуфты.

Установка предназначена для испытания непроточных гидро­муфт. В случае испытания проточных гидромуфт или гидротранс­форматоров её необходимо дооборудовать системой подпитки и ох­лаждения, как это требует ГОСТ 17069-71.

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных.

Для получения внешней и привёденной характеристик необходимо:

1. Подготовить установку к пуску (проверить наполнение гид­ромуфты, отсутствие утечек рабочей жидкости, разгрузку тормо­за М = 0).

2. Включить гидромуфту, установить требуемый тепловой ре­жим, проверить работу тормоза.

3. Установить необходимую частоту вращения насосного ко­леса (n_н = const).

4. Изменяя нагрузку тормоза от нуля до максимального зна­чения шестью…восемью ступенями, замерить в каждом случае ча­стоту вращения насосного n_н и турбинного n_т колёс и тормозной момент M = G1.

Результаты замера занести в табл. 9.

5. Вычислить необходимые параметры по формулам 2,75…2,80 и результаты вычислений также занести в табл. 9.

Таблица 9.

Измеряемые параметры			Рассчитываемые параметры
nн, об/мин	nт, об/мин	М, Н  м	i	S	Nп, кВт	N, кВт		

6. По данным табл. 9. построить внешнюю и приведённую ха­рактеристики, типовая форма которых приведена на рис. 31, 32.

7. Для построения универсальной характеристики (см. рис. 32) снять ряд внешних характеристик при различных частотах вращения насосного колеса n_н.

8. Ответить на основные контрольные вопросы:

1. Что такое гидродинамическая передача?

2. Назначение гидродинамических передач?

3. В чем различие между гидромуфтой и гидротрансформатором?

4. Нарисуйте схему гидромуфты и объясните её работу.

5. Нарисуйте схему гидротрансформатора и объясните его работу.

6. Как определить мощность на насосном и турбинном лопастных колесах?

7. Что такое КПД, передаточное отношение, скольжение? Связь между ними?

8. Нарисуйте внешние характеристики гидромуфты и гидротрансформатора.

9. Что такое универсальная и приведённая характеристики и как они изображаются?

10. Что такое коэффициент момента и как его определить?

11. Какие гидромуфты называются регулируемыми?

9. Выполнить лабораторную работу, оформить отчёт и представить его к защите.

Библиографический список к работе 6:

2. Альтшуль А.Д., Кисилёв П.Г. Гидравлика и аэродинамика (основы механики жидкости): Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция». -М.: Стройиздат, 1975, ‑327с.;

8. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика: Учебное пособие для гидротехнических специальностей вузов. -М.: Стройиздат, 1972, -648с.;

16. Данилов Ю.А., Кирилловский Ю.А., Колпаков Ю.Г. Аппаратура объёмных гидроприводов. -М.: Машиностроение, 1990, -272с.;

17. Под ред. С.С. Руднёва и Л.Г. Подвидза. Лабораторный курс гидравлики, насосов и гидропередач. -М.: Машиностроение, 1974. -416с.;

18. Васильев Б.А., Герцев Н.А. Гидравлические машины. - М.: Агропромиздат, 1988, -272с.;

19. Пономаренко Ю.Ф. Испытание гидропередач. -М.: Машиностроение, 1969, ‑292с.;

21. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин; Справочник. -М.: Машиностроение, 1983, -301с.