МУ по лабораторным работам ГИДРАВЛИКЕ

предварительно определив критический кавитационный запас hкр по па-

2. Результаты расчетов свести в табл.9.4и построить по данным этой таблицы кавитационную характеристику hдоп= f(Q) (см. рис.9.1).

51

Лабораторная работа №10

ИСПЫТАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ

Цель работы:

1.Изучить принцип действия, устройство и работу гидромуфты. 2.Освоить методику испытания гидромуфты.

3.Получить внешнюю и приведенную характеристики.

Основные теоретические сведения

Гидродинамической передачей называется гидравлическая передача, состоящая из лопастных колес с общей рабочей полостью, в которой крутящий момент передается за счет изменения момента количества движения рабочей жидкости, а перенос энергии от ведущего звена к ведомому осуществляется потоком жидкости.

По характеру изменения передаваемого момента гидродинамические передачи разделяются на гидродинамические муфты (гидромуфты) и гидродинамические трансформаторы (гидротрансформаторы).

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

Гидротрансформатор состоит из двух лопастных колес (рис. 10.1): насосного2, соединенного с входным валом1, и турбинного 4, соединенного с выходным валом6. Между насосным и турбинным колесами имеется осевой зазор, равный 3–6 мм. Лопастное колесо реактора3жестко соединяется

скорпусом5и воспринимает момент, возникающий на реакторе.

Вгидромуфте (рис. 10.2) реактор отсутствует, поэтому трансформация момента не происходит и крутящий момент на валах обоих колес одинаков.

4

Рис.10.1. Схема гидротрансформатора и его лопастные колеса

52

Рис. 10.2. Схема гидромуфты и её лопастное колесо

Алгебраическая сумма моментов гидродинамической передачи:

где Мн,Мт,Мр–моменты на насосном и турбинном лопастных колесах и на реакторе.

Мощность на входном валу (на валу насосного колеса) N и на вы-

ходном валу (на валу турбинного колеса) Nп может быть определена по крутящему моменту

где н, nн, т, nт – угловая частота и частота вращения насосного и турбинного лопастных колес.

Коэффициент полезного действия (КПД):

где i= nт/nн – передаточное отношение; k= Мт/Мн – коэффициент трансформации момента.

КПД учитывает потери в насосном и турбинном колесах, в реакторе, а также механические потери в подшипниках и потери на трение лопастных колес о жидкость. В гидромуфте крутящий момент не изменяется, следовательно, k= 1, a =i.

53

Поскольку преобразование энергии происходит с потерями, то максимальный КПД = i =0,97÷0,98.Таким образом, при передаче мощности через гидромуфту частота вращения выходного (турбинного) вала nт всегда меньше частоты вращения входного (насосного) вала nн.

Разность частот вращения входного и выходного валов, отнесенная к

частоте вращения входного вала, называетсяскольжением (S = 0,02 0,03). Гидротрансформаторы, как правило, служат для увеличения крутящего момента, т. е.k>1. Обычно для гидротрансформаторов k = 1,75 1,1, 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. Такие графики изображены на рис. 10.3.

N

Рис. 10.3. Внешние характеристики гидродинамической передачи: а – гидромуфты; б – гидротрансформатора

Из рис. 10.3, а видно, что для полностью заполненной жидкостью гидромуфты при i= 0 (nт= 0) момент на турбинном колесе (Мт=Мн) будет максимальным. В зависимости от конструкции величина максимального момента может составлять Мmax= (5 7) Mном. С увеличением i момент падает до нуля.

То же самое можно сказать и о мощности на входном валу Nн. Мощность на ведомом валу NТравна нулю при i= 0, i= 1, а максимальное значение Nт наблюдается при 0 <i< 1, КПД с увеличением i увеличивается и изображается прямой линией, идущей от 0 до 1.

54

Однако КПД не может равняться единице, так как при i=l передаваемая мощность стремится к нулю. Поэтому в области i=l кривая КПД изображается круто снижающейся пунктирной линией.

Внешняя характеристика гидротрансформатора (рис. 10.3, 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 (кривая1), уменьшаться (кривая2) или возрастать (кривая3).

КПД увеличивается с возрастанием i, имеет максимум при i= 0,5– 0,7,затем падает до нуля при i= l.

Кроме внешней, используются универсальная и приведенная характеристики (рис. 10.4).

Универсальная внешняя характеристика гидродинамической передачи представляет собой совокупность внешних характеристик при различных частотах вращения входного вала (см. рис. 10.4,а).

Рис. 10.4. Характеристики гидродинамической передачи: а – универсальная; б – приведенная

Приведенная характеристика гидродинамической передачи показывает зависимость коэффициента момента входного вала , коэффициента трансформации момента K, полного КПД от передаточного отношения i при постоянных вязкости и плотности рабочей жидкости к частоте вращения входного вала.

Коэффициент момента входного вала определяется по формуле:

где М,n – момент и частота вращения входного вала; D– активный диаметр гидродинамической передачи; – плотность жидкости.

55

Режим работы гидромуфты выбирают так, чтобы при номинальном режиме (длительная эксплуатация) она работала вблизи оптимального режима, для которого ном max.

В связи с этимiном= ном= 0,94÷0,98. Момент номинальный Мном в несколько раз ниже максимального момента.

Момент, передаваемый при i= 0, можно уменьшить, снизив расход жидкости через лопастные колеса, что достигается уменьшением наполнения гидромуфты. При меньшем наполнении гидромуфты уменьшается расход на всех режимах работы и крутизна характеристики, что ведет к снижениюКПД на нормальном режиме ном.

Пуск таких гидромуфт производят при минимальном наполнении, а в нормальном режиме они работают при полном наполнении. Регулируемые гидромуфты применяют для самых тяжелых условий пуска, разгона машины с большим моментом инерции и для регулирования в небольших пределах частоты вращения nт.

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

Установка (рис. 10.5) состоит из электромотора постоянного тока2,непроточной гидромуфты3, тормоза4и контрольно-измерительной аппаратуры. Последняя служит для замера частоты вращения насосного nн (датчик и прибор1) и турбинного nт (датчик и прибор5) колес и крутящего момента на тормозе4 (весовое устройство7с плечом 6).

В качестве тормоза можно применить индукторный тормоз типа ИМС. Насосное колесо гидромуфты соединено с валом электромотора постоянного тока, позволяющего изменять частоту вращения nн, а турбинное колесо–с тормозом.

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

При полностью заторможенном турбинном колесе работа гидромуфты допускается в течение ограниченного времени (не более трех минут), так как при этом вся подводимая мощность идет на нагрев рабочей жидкости и в случае увеличения её температуры до 90–100С° срабатывает тепловая защита и жидкость выбрасывается из гидромуфты.

Установка предназначена для испытания непроточных гидромуфт.

56

По данным табл. 10.1построить внешнюю и приведенную характеристики, типовая форма которых приведена на рис.10.2 и 10.3.

Для построения универсальной характеристики (см. рис. 10.3) получить ряд внешних характеристик при различных значениях частоты вращения насосного колесаnн.

Библиографический список

1.Гиргидов А. Д. Механика жидкости и газа (гидравлика) : учебник для вузов / А. Д. Гиргидов. – Изд. 3-е, испр. и доп. – СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2007. –

544 с. : ил.

2.Лепешкин А. В. Гидравлика и гидропневмопривод. Ч. 2. Гидравлические машины и гидропневмопривод : учебник / А. В. Лепешкин, А. А. Михайлин, А. А. Шейпак ; под ред. А. А. Шейпака. – М. : МГИУ, 2003. – 352 с.

3.Чугаев Р. Р. Гидравлика (техническая механика жидкости) : учебник / Р. Р. Чугаев. – 5-е изд., репринт. – М. : Бастет, 2008. – 672 с. : ил.

58

Учебное издание

ГИДРАВЛИКА

Методические указания к лабораторным работам

Составители:

А. Б. Пономарев, И. П. Пылаев, Е. В. Русанова, Е. А. Соловьева, В. И. Штыков, А. А. Яковлев

Под редакцией В. И. Штыкова

Редактор и корректор И. А. Шабранская Компьютерная верстка М. С. Савастеевой

План 2014 г., № 127

Подписано в печать с оригинал-макета 15.12.2015. Формат 60×841/16. Бумага для множ. апп. Печать ризография.

Усл. печ. л. 3,6. Тираж 250 экз. Заказ 1185.

ФГБОУ ВПО ПГУПС. 190031, СПб., Московский пр., 9. Типография ФГБОУ ВПО ПГУПС. 190031, СПб., Московский пр., 9.

60