Учебное пособие 1464

показания контрольно-измерительной аппаратуры и занести в табл. 5.1 (выполнить 5-6 измерений на различных режимах).

3. Получение характеристики гидропривода с дросселем на выходе.

Установить максимальную площадь проходного сечения дросселя на входе 7. Создать не менее 5-6 различных режимов работы изменяя положение дросселя на выходе 8 от максимального сечения до минимального. При каждом режиме работы снять показания контроль- но-измерительных приборов и занести в таблицу 5.1.

4. Вычислить параметры, необходимые для построения характеристик гидропривода. - потребляемая мощность гидропривода:

12.Результаты вычислений записать в таблицу 5.1.

13.Построить по данным таблицы 5.1 характеристики гидропривода:

механическую характеристику = f(p) и энергетические характеристики N = f(p), η = f(p). Типичная форма характеристик для гидропривода поступательного движения с дросселем, установленным на входе в гидроцилиндр, приведена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - Типичная форма характеристик гидропривода с дроссельным регулированием при постоянном давлении насоса

31

Таблица 5.1 - Протокол результатов измерений и вычислений

Контрольные вопросы

1.Что называют объемным гидроприводом?

2.Что называют регулируемым гидроприводом и каким путем производится регулирование скорости выходного звена?

3.Какими преимуществами обладает объемный гидропривод по сравнению с другими типами приводов?

4.Что называют характеристикой объемного гидропривода?

5.Что называют полезной мощностью гидропривода и какие параметры необходимы для её определения?

32

Лабораторная работа № 6 Испытание гидродинамической передачи

Цель работы:

1)изучить принцип действия, устройство и работу гидромуфты;

2)освоить методику испытания гидромуфты;

3)получить внешнюю и приведенную характеристики.

Краткие теоретические сведения. Гидродинамические передачи (ГДП) служат для передачи вращательного движения с ведущего вала на ведомый за счет взаимодействия потока движущейся жидкости с лопастными колесами. Гидродинамическая передача состоит из лопастных колес (насосного и турбинного) с общей рабочей полостью, в которой крутящий момент передается за счет изменения момента количества движения рабочей жидкости. Насосное колесо разгоняет поток жидкости, который взаимодействует с турбинным колесом. Затем через реактор (колесо с направляющими лопатками) жидкость возвращается к входу в насосное колесо. Таким образом, масло циркулирует по замкнутому кругу и обеспечивает передачу крутящего момента.

Гидродинамическая передача автоматически обеспечивает практически постоянную нагрузку на входе при переменной нагрузке на выходе. Это обеспечивается следующим образом:

–при возрастании нагрузки на выходе уменьшается скорость вращения выходного вала и, соответственно, турбины;

–чем больше разница между частотами вращения насосного и турбинного колеса, тем больше возрастает динамический напор жидкости от насосного колеса на турбину;

–чем больше динамический напор жидкости на турбину, тем выше крутящий момент на турбине и, следовательно, на выходном валу.

Гидродинамические передачи бывают двух видов – гидродинамические муфты (ГДМ)

игидротрансформаторы (ГДТ). В гидромуфтах крутящий момент передается без изменения его величины, а в гидротрансформаторах передаваемый момент можно изменять по величине (до 2,5 раз), а иногда и по знаку.

Достоинства гидродинамических передач:

–передача крутящего момента происходит без жесткой кинематической связи, поэтому минимизируются ударные и динамические нагрузки на привод;

–непрерывное и автоматическое изменение скорости движения и передаваемого момента в зависимости от нагрузки в диапазоне 1 - 2,5.

Недостатки гидродинамических передач:

–низкий КПД (< 80%) и, соответственно, высокое выделение тепла;

–сложность реверсирования передачи;

–малый диапазон автоматического изменения крутящего момента гидропередачи;

–высокая цена (~10% от стоимости энергетических установок);

–высокая сложность и стоимость ремонта.

Гидродинамические передачи применяются на энергетических установках, судах и тепловозах, автомобилях, строительных, горных, торфяных и других машинах, где позволяют плавно и автоматически изменять крутящий момент и частоту вращения выходного вала, надежно защищать трансмиссии от поломок, двигатели от перегрузок и значительно повышать долговечность машин и механизмов. Так, например, применение гидротрансформатора по-

33

зволяет увеличить срок службы двигателя от 20 до 40 %, повысить производительность машин на 15… 20 % без увеличения мощности, улучшить комфортабельность, 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).

Годом рождения гидродинамической передачи считают 1903 г., когда проф. Г. Феттингер (Германия) получил патент на гидропередачу с предельно сближенными лопастными колесами: насосом, турбиной, реактором, расположенными в одном корпусе без трубопроводов (рисунок 6.1, а). Такую гидродинамическую передачу назвали гидротрансформатором (ГДТ). Гидродинамическую передачу без реактора назвали гидромуфтой (ГДМ) (рисунок 6.1, б).

а— гидротрансформатор; б — гидромуфта;

Н— насос; Т — турбина; Р — реактор Рисунок 6.1 - Гидродинамические передачи Феттингера

Гидротрансформатор состоит из двух лопастных колес (рис. 6.1,a): насосного 3, соединенного с входным валом 1, и турбинного 4, соединенного с выходным валом 2. Между насосным и турбинным колесами имеется осевой зазор, равный 3-6 мм. Лопастное колесо реактора 5 жестко соединяется с корпусом 6 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 поступет вновь на насосное колесо и в гидродинамической передаче устанавливается циркуляция жидкости между лопастными колесами. Более сложные гидропередачи имеют по несколько насосных, турбинных колес и реакторов.

В гидромуфте (рисунок 1,б) реактор отсутствует, поэтому трансформации момента не происходит и крутящий момент на валах обоих колес одинаков (с учетом КПД). Гидромуфта может плавно менять частоту вращения выходного вала изменением заполнения её рабочей полости жидкостью, дросселированием потока жидкости и раздвиганием колес.

Современные гидродинамические передачи (ГДП) могут работать как в режиме гидротрансформатора (ГДТ), так и в режиме гидромуфты (ГДМ).

34

Гидротрансформаторы (ГДТ), как правило, служат для увеличения крутящего мо-

Внешней характеристикой ГДП передачи называются графики, выражающие зависимость мощности и моментов на входном и выходном валах и КПД от передаточного отношения при постоянных значениях: вязкости, плотности рабочей жидкости, а также частоте вращения входного вала (рисунок 6.2,а):

Nн = Nн(i), Nт = Nт(i), Mн = Mн(i), Mт = Mт(i), η = η(i), k = k(i).

Внешняя характеристика является наиболее важной зависимостью, по которой можно судить о качестве гидродинамической передачи, возможности и целесообразности применения её для определенных условий эксплуатации.

а – внешняя; б – приведенная; в – нагрузочная; г - универсальная Рисунок 6.2 – Характеристики гидромуфты

Приведенная характеристика ГДП - зависимость коэффициента момента входного вала - , коэффициента трансформации момента - k, полного КПД - от передаточного от-

ношения - i при постоянных вязкости и плотности рабочей жидкости к частоте вращения входного вала (рисунок 6.2,б).

36

жидкости при снятии нагрузочных и универсальных характеристик такие же, как и при снятии внешней характеристики (рисунок 6.2,г).

Требования по вязкости и плотности рабочей жидкости при снятии нагрузочных и универсальных характеристик такие же, как и при снятии внешней характеристики. Такие графики для ГДМ изображены на рисунке 6.2,в,г.

мозные. Ограничивающая гидромуфта служит для ограничения величины передаваемого крутящего момента; предохранительная - для защиты приводного двигателя на установившихся режимах работы от внезапных перегрузок. Пусковая гидромуфта служит для защиты приводного двигателя от перегрузок в процессе пуска машин с большими моментами 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 счет 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

При меньшем наполнении гидромуфты уменьшается расход на всех режимах работы и крутизна характеристики уменьшается, что ведет к снижению КПД на номинальном режиме ра-

боты ном.

В связи с этим управление характеристикой путем изменения 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 для самых тяжелых условий пуска и разгона машины с большим моментом инерции и для регулирования в небольших пределах частоты вращения nт.

37

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 = 0,5÷0,6. С увеличением i КПД падает. Этот недостаток устраняется в комплексном гидротрансформаторе, который может работать как в режиме гидротрансформатора, так и в режиме гидромуфты, которая имеет более высокий КПД при боль-

ших значениях .

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.

Описание установки. Установка (рисунок 6.3) состоит из электромотора постоянного тока 2, непроточной гидромуфты 3, тормоза 4 и контрольно-измерительной аппаратуры. кон- трольно-измерительная аппаратура служит для замера частоты вращения насосного nн (датчик и прибор 1) и турбинного nт (датчик и прибор 5) колес и крутящего момента на тормозе 4 (весовое устройство 7 с плечом 6) Насосное колесо гидромуфты соединено в валом электромотора постоянного тока, позволяющего изменять частоту вращения nн, а турбинное колесо - с тормозом.

Рисунок 6.3 - Схема установки для испытания гидромуфты

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 т падает и при полностью заторможенном колесе ( т = 0) момент становится максимальным.

38

При полностью заторможенном турбинном колесе допускается работа гидромуфты ограниченное время (не более 3-х минут), так как при этом вся подводимая мощность идет на нагрев рабочей жидкости и в случае увеличения её температуры более 90100°С 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 приведенной характеристик необходимо:

1.Обратиться к программе “HYMLAB.EXE” 2, войти в главное меню и выбрать выполняемую лабораторную работу. Войти в меню настройки лабораторной установки, ознакомиться с информацией по лабораторному стенду и произвести выбор постоянных параметров лабораторной установки или марки испытуемых гидравлических машин.

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

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

4. Изменяя нагрузку тормоза т от нуля до максимального значения шестьювосемью ступенями, замерить в каждом случае частоту вращения насосного nн и турбинного nт колес и тормозной момент M.

Результаты замеров занести в таблицу 6.1.

5. Вычислить необходимые параметры по формулам 2,75 2,80 и результаты вычислений занести в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 - Протокол результатов измерений и вычислений

39

По результатам вычислений в таблице 6.1 построить внешнюю и приведенную характеристики, типовая форма которых приведена на рисунках 6.2,а и 6.2,б.

Для построения универсальной характеристики (рисунрк 6.2, г) снять ряд внешних

характеристик при различных значениях частоты вращения насосного колеса н.

Контрольные вопросы

1.Что такое гидродинамическая передача и принцип работы?

2.Назначение гидродинамических передач?

3.Устройство и принцип действия гидромуфты.

4.Характеристики гидромуфты и способы их получения.

5.Основные параметры, характеризующие работугидромуфты.

6.В чем различие между гидромуфтой и гидротрансформатором?

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

8.Что такое КПД, передаточное отношение и скольжение гидромуфты?

9.Что такое универсальная и приведенная характеристики гидромуфты?

10.Что такое коэффициент момента и как его определить?

11.Какие гидромуфты называются регулируемыми?

40