книги из ГПНТБ / Стесин С.П. Гидродинамические передачи учебник

к оси зонда, а также значение с. По этим данным рассчитывают меридиональные составляющие скорости

си = с sin ô и ст = с cos ô cos ф.

Исследование потока по приведенной выше методике позво­ ляет определить поле скоростей и выявить совершенство конструк-

датчиков в насосе; у — половина угла раскрытия канала; б— схема соединения шарового

ции лопастной системы гидротрансформатора. Разница в опре­ делении поля скоростей потока при зондировании и с помощью полупроводниковых датчиков составляет почти 2%. Полупро­ водниковыми датчиками можно также замерить относительные скорости потока w.

колеса под углом 20—30° к лопаткам в сторону, обратную направ­ лению вращения насоса. Расположение датчиков в меридиональ­

осуществляется через обычный токосъемник, установленный на

что возможен отрыв потока у тыльной стороны лопаток, что, например, трудно обнаружить при зондировании шаровыми зон­

вом направлении (например, шарикоподшипники качения заме­ няют роликовыми подшипниками). Стенд также имеет некото­ рые особенности: муфты, соединяющие валы гидропередачи с агре­ гатами стенда, должны быть гибкими, т. е. не должны препят­ ствовать осевым перемещениям валов.

На рис. 137 показан стенд для замера осевых сил на рабочих колесах гидродинамической передачи. Стенд состоит из привод­ ного двигателя 2, гидротрансформатора 4 и тормозной установки 5. В качестве двигателя и тормоза применены балансирные машины постоянного тока, позволяющие проводить испытания как на тяговом, так и на тормозных режимах работы. Валы гидропере­ дачи соединены с валами агрегатов стенда муфтами, выполненными

с которыми жестко связаны рычаги 7, поворачивающиеся при перемещении валов вокруг жесткой оси 6. При этом противо­ положные концы рычагов воздействуют на соответствующий

242

динамометр, снабженный индикатором 8. По показанию инди­ катора (который предварительно тарируется) для каждого режима работы передачи можно определить осевую силу, действующую на рабочие колеса. Замер осевых сил следует производить, меняя режим работы через Ai = 0,1 н- 0,2. При этом температура рабо­ чей жидкости и давление подпитки при данных испытаниях под­ держиваются постоянными. Для этого стенд должен иметь систему питания и охлаждения передачи такую, которая позволяла бы менять температуру рабочей жидкости (холодильник в схеме) и давление подпитки (например, при помощи изменения расхода

вызывает значительные трудности, так как каждый раз требуется вносить изменение в сложную и дорогостоящую оснастку для их изготовления. Кроме того, в этом случае процесс доводки занимает очень длительное время. Как показал опыт изготовления гидропередач, наиболее часто требуется при доводке менять углы лопаток рабочих колес при сохранении остальной геометрии лопатки постоянной. При этом углы изменяются от номинальных (полученных расчетом) значений на небольшую величину (±5°). При такой доводке можно рекомендовать метод, разработанный кафедрой гидравлики МАДИ.

На рис. 138 показана турбина гидротрансформатора, изго­ товленная по описываемому методу. Колесо изготовляется из трех составляющих: средней части 1, которая при изменении углов лопаток в пределах ± 10° остается неизменной; входного участка колеса 2 и выходного участка колеса 3. При этом входные и выходные участки колеса также состоят из трех составляющих: торового сепаратора 4, лопатки 5 и чашевого сепаратора 6. Вход­ ной и выходной участки колеса собираются отдельно. Лопатка может быть изготовлена из мягкого сплава. При этом она может быть изогнута в нужном направлении. Кромка также может иметь любой наклон. Лопатка к сепараторам крепится жестко (штифтами или упорами). Входные и выходные участки жестко крепятся к колесу. В этом случае можно для одного колеса про­ верить несколько вариантов углов, наклон кромок, толщину

кромок и т. д. В месте соединения входного и выходного концов лопаток со средней частью для плавности можно рекомендовать покрытие бакелитовым лаком с последующей сушкой колеса. Входные и выходные кромки колеса обрабатываются после сборки колеса так же, как и для обычных гидротрансформаторов.

Исследование динамических свойств гидродинамических пере­ дач. При выборе привода для машин, работающих в условиях переменных нагрузок, необходимо знать динамические свойства привода, которые характеризуются передаточной функцией или

на динамику системы позволяет определить долговечность и на­ дежность работы машины при использовании различных при­ водов в условиях переменной нагрузки. Долговечность машин, испытывающих динамические нагрузки колебательного харак­ тера, обычно определяется усталостными явлениями в узлах и деталях машин. В связи с этим применение гидропередач для этих машин дает наибольший эффект, так как позволяет снизить амплитуду колебаний действующих усилий и надежно предохра­ нить их от перегрузок. Передаточные функции, амплитудночастотные или амплитудно-фазовые характеристики привода необ­ ходимы не только для определения действующих в системе нагру­ зок, но и анализа и синтеза систем автоматического регулирования, которые все шире применяются для управления машин с гидро­ приводом. При исследовании динамических свойств гидромашин необходимо иметь в виду, что амплитудно-частотные и амплитуднофазовые характеристики полностью описывают свойства только линейных систем. Однако ни один из известных приводов не имеет линейных характеристик, но проведенные исследования показали, что характеристики гидромашин в рабочей зоне практи­ чески линейны, и поэтому методика оценки их динамических свойств по амплитудно-частотным и амплитудно-фазовым характе­ ристикам правомерна [6].

Исследование динамики привода обычно ведется аналити­ ческим и экспериментальными методами. Для определения амп­ литудно-частотной характеристики входной вал гидропривода приводится во вращение, а на выходном валу возбуждаются синусоидальные колебания момента с постоянной частотой и амплитудой. При осциллографировании этого режима записы­ ваются моменты Мх и M2, а также частота вращения пх и п 2 . Отношение амплитуды колебания момента М2 к амплитуде коле­ бания момента Мх дает ординату амплитудно-частотной характе­ ристики, соответствующую определенной частоте колебаний, а сдвиг по фазе— ординату фазовой частотной характеристики. Опыты по получению частных отношений амплитуд и сдвига фаз про­ водятся на ряде частот и по этим данным могут быть построены амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики привода. По полученным данным путем исключения частоты строится

244

амплитудно-фазовая характеристика, которая показывает зави­

ментальные точки.

Таким образом, при создании стенда для исследования амп­ литудно-частотных характеристик привода необходимо выбрать нагрузочное устройство, способное создавать устойчивые колебания момента на выходном валу испытываемой передачи в широком диапазоне частот. При исследовании амплитудно-частотных харак­ теристик приводов обычно используют электрические, механи­ ческие или гидравлические источники колебаний момента. На рис. 139 показан стенд для исследования амплитудно-частотных характеристик гидромуфт, а на рис. 139, г представлена внешняя динамическая характеристика гидромуфты ТМ-25. Испытываемая гидромуфта 6 установлена на измерительных валах с токосъем-

трубопроводами соединен с вращающимся золотником 14. В зави­ симости от регулировки вращающегося золотника и производи­ тельности (удельного расхода) насоса в системе устанавливается определенное давление. При исследовании статических характе­ ристик в гидравлической системе насоса устанавливается давле­

устройств 5 и 7, а скорость вращения записывается при помощи прерывателей 2, 9 и 16. Для исследования систем привода с раз­ личными маховыми массами ведомой части на стенде установлен

рабочей жидкости при данной температуре, что необходимо для предотвращения кавитации;

температура рабочей жидкости не должна быть выше допуска­ емой как по условиям вспышки и разложения, так и по обеспе­ чению смазывающих свойств.

246

Если давление во всех точках рабочей полости выше давления парообразования жидкости при данной температуре без подвода давления со стороны и обеспечивается охлаждение рабочей жидкости внутри рабочей полости за счет естественного тепло­ обмена с корпусом гидропередачи охлаждаемым воздухом, то такую гидропередачу можно делать без системы принудительной подпитки и охлаждения. При этом необходимо ставить надежные уплотнения для уменьшения протечек и периодически дополнять

система для обеспечения расхода, необходимого для охлаждения рабочей жидкости, восполнения объемных протечек и для под­ держания давления в рабочей полости в пределах, обеспечиваю­ щих бескавитационную работу гидропередачи.

При неправильно спроектированной системе питания воз­ можно ухудшение тяговых качеств гидротрансформатора на неко­ торых режимах работы, наиболее опасных в кавитационном отно­ шении.

Подобное ухудшение тяговых свойств можно объяснить снижением давления подпитки рп (давления на входе в насос) до критической величины.

На других режимах работы гидротрансформатора давление подпитки может достигнуть высокого значения, что нежелательно по двум причинам. Во-первых, потому что увеличиваются затраты мощности на привод вспомогательного насоса подпитки и умень­ шается общий к. п. д. установки; во-вторых, увеличиваются нагрузки на уплотнительные узлы рабочей полости и на под­ шипниковые опоры гидротрансформатора, что отрицательно ска­ зывается на долговечности их работы.

Исходя из этого при проектировании системы питания необ­ ходимо стремиться получить стабильный и одновременно мини­ мально допустимый запас давления подпитки на всех режимах работы гидротрансформатора. Таким образом, характер зависи­

Для подпитки гидротрансформаторов применяется система питания, схема которой показана на рис. 140, а. На рис. 140, б, в, г показаны возможные конструктивные схемы подвода и отвода рабочей жидкости в рабочую полость.

Определим влияние места расположения точек подвода и отвода жидкости на зависимость рп = f (г). Для решения указанной задачи на основе уравнения Бернулли проанализируем движение рабочей жидкости подпитки от точки А (вход в гидротрансформа­ тор) до точки D (слив рабочей жидкости в бак).

Примем следующие допущения:

1) наружные утечки рабочей жидкости из рабочей полости достаточно малы по сравнению с расходом подпитки Qn ;

247

2) в связи с тем, что расход подпитки Qn значительно меньше расхода циркуляции рабочей жидкости Сц , влияние Qn на поле скоростей в рабочей полости гидротрансформатора не учиты­ вается.

Тогда при равных диаметрах магистралей в точках А и D давление в точке А может быть вычислено из выражения

и независимым от і.

Действительно, если предположить, что на не­ котором режиме работы статическое давление в точ­ ке отвода рабочей жидко­ сти возросло, то это долж­ но привести к увеличению расхода рабочей жидкости через отводную магист­ раль. Последнее невоз­

можно, так как расход Qn , определяемый производительностью подпиточного насоса, практически не зависит от і, особенно для гидротрансформаторов, которые имеют непрозрачную характери­ стику.

Рассмотрим наиболее распространенные способы подвода и

248

и дорожных машин: с осевой (У358011А) и центростремительной турбиной (У358015). Для каждого гидротрансформатора были приняты три способа подвода и отвода рабочей жидкости.

и (128). Недостатком этого способа является то, что в стоповом режиме, который наиболее опасен в отношении кавитации,

249

давление подпитки падает тем более резко, чем больше п1. Если давление подпитки недостаточно, то на режимах, близких к сто­ повому, будет наблюдаться уменьшение коэффициента транс­ формации Ко вследствие кавитации.

С другой стороны, на режимах, близких к оптимальному, давление подпитки имеет завышенное значение и на поддержание его затрачивается дополнительная мощность, что приводит к уве­

Рис. 141. Характеристики гидротрансформатора при различных схе­ мах подвода и отвода жидкости в рабочую полость (t = 90° С, Q„ =

=0,001 м3 /с):

показанной на рис. 140, в. При использовании данной схемы

и стабильность давления подпитки. Однако в этом случае, чтобы не нарушалась эффективность охлаждения рабочей жидкости в рабочей полости, необходимо смещать точки подвода и отвода одну относительно другой по окружности на 90—180°, а при нали­ чии боковой полости между насосом и реактором — делать ее по возможности короче в радиальном направлении. Подобная схема подвода и отвода рабочей жидкости использована в гидротранс­ форматоре с осевой турбиной (У358011А), серийно выпускаемом Московским машиностроительным заводом им. Калинина для крана К-161.

250