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

Найдем для исследуемой гидромуфты функциональную зави­ симость расхода Q от режима работы і, или что то же самое, за­ висимость меридиональной составляющей абсолютной скорости ст от режима работы і. Зависимость Q — f (і) или ст — f (і) опре­ деляется из уравнения баланса удельной энергии [см. уравне­ ние (31)].

Выразим составляющие уравнения (31) при помощи уравне­ ния Эйлера, зависимостей (53) и геометрических параметров гидро­ муфты:

Определим далее гидравлические потери в гидромуфте, кото­ рые представим в виде потерь, зависящих от угла атаки, и потерь на трение, т. е.

Потери на удар при входе в турбину (рис, 17, б)

^уд. т = y ggT ("иг — "тх)2 .

30

Если принять, что коэффициенты потерь для насоса и турбины

в общем случае может значительно отличаться от 1. Однако для получения качественных зависимостей с достаточной точностью можно принять ф = 1.

Рис. 17. Определение потерь в гидромуфте, зависящих от угла атаки:

а — на входе в насос; б — на входе в турбину

Принимая ф = 1 и проведя некоторые преобразования, по­ лучим

Потери на трение определяют при помощи опытного коэффи­

31

Выразим скорость w через скорость с„

о = vaг

1=1

Рис. 18. Зависимость расхода в гидромуфте от режима работы:

а — ст (Q) = / (0 для а = const; б — ст = f (і) для а = ѵаг

Исследование общих закономерностей функции ст — f (і).

Как известно, уравнение второй степени можно представить в виде

Особенностью уравнения (61) по сравнению с уравнением (60) является равенство коэффициентов В, D, Е нулю. Для определе­ ния типа кривой, выраженной уравнением (60), воспользуемся детерминантом уравнения (61)

который всегда будет больше нуля, так как а = —— < 1.

'Н2

32

Следовательно, уравнение (6І) представляет собой эллипс. Преобразуя это уравнение, приведем его к каноническому виду

; + і - Ч і - Ѵ ) = 0 - я 2 ) ;

На рис. 18 показана кривая, построенная по уравнению (62).

§9. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ

ВМЕРИДИОНАЛЬНОМ СЕЧЕНИИ ГИДРОМУФТЫ

Зависимость меридиональной составляющей абсолютной ско­ рости от передаточного отношения была нами установлена в фор­ муле (59). При і = 1 ст = 0, при / = 0 скорость ст достигает своего максимального значения

1 — а 2

На рис. 18, б представлена эпюра изменения скоростей ст = = / (/) при изменении а.

Рис. 19. Распределение скоростей поперек канала:

а — расчетная схема; б — эпюра скоростей

Распределение скоростей поперек канала. В канале рабочего колеса выделим элементарную частицу жидкости с размерами dn, dh и dl, центр тяжести которой будет в точке О (рис. 19, а, б).

Рассмотрим динамическое равновесие частицы в направлении оси п. Угловую скорость примем постоянной со = const. Будем учитывать действие следующих сил:

а) силы давления на грань /

Рі

б) силы давления на грань / /

P*={p-&-±dn)dhdl;

в) вследствие вращательного движения частицы вместе с ко­ лесом и движения ее вдоль радиуса по каналу на нее действует сила Кориолиса Рк, направленная перпендикулярно относи­ тельной скорости в сторону, противоположную вращению.

В общем случае сила Кориолиса

Рк = так,

где m — масса;

а к — ускорение Кориолиса. Для рассматриваемого случая

Рк = 2awm = 2awpV = 2(àwp dn dh'dl,

где V — объем элементарной частицы. Спроектируем силы на ось п — п:

+ (р — " ^ г ^ п ) dldh — 2oiwpdndldh = О,

откуда

Найдем соотношение между давлением и относительной ско­ ростью. Для этого воспользуемся уравнением Бернулли для отно­ сительного движения

Продифференцируем уравнение (64) по дп:

34

Приравняем правые части уравнений (63) и (65)

откуда

dw 0

в результате

dw = 2oùdn.

Заменим dn — г dq> (см. рис. 19, а) и получим выражение

dw = 2(ordq>,

интегрируя которое, найдем скорость w:

w = 2со щ + Сх.

Определяем коэффициент С а из граничных условий: при q> = О Ci = ^ср — -у- Тогда окончательно будем иметь

Из уравнения (66) видно, что изменение скорости w поперек канала линейное (см. рис. 19, б), Минимальная скорость

ное течение, что приводит к появлению застойной области — источ­ ника вихреобразования. Обратные течения могут возникнуть при малых расходах, когда wcp имеет небольшое значение. На созда­ ние застойных областей существенное влияние оказывает число лопаток: чем больше число лопаток г, тем меньше неравномер­ ность скорости [см. выражение (67)]. Гидромуфты характери­ зуются на номинальном режиме работы сравнительно малыми расходами, и при этом могут возникнуть обратные течения. Для предотвращения обратных течений при прочих равных условиях необходимо увеличивать число лопаток в рабочих колесах. Обычно в гидромуфтах число лопаток составляет 30—40, что примерно в 4 раза больше, чем у центробежных насосов.

§ 10. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОМУФТ

Перечислим те показатели, которые характерны для гидро­ муфт.

1. К кинематическим показателям относятся скорости враще­ ния пх и п2 ведущего и ведомого валов гидромуфты, передаточное

отношение і относительное скольжение s =

=1 — і.

2. К силовым показателям относятся моменты на ведущем и

ведомого вала, скольжения или передаточного отношения при

теристика по моменту при изменении масштаба может быть пред­ ставлена как график мощности, так как M со = N. К. п. д. гидро­

гидромуфта является высокоэкономичной гидродинамической пере­ дачей,

30

В дальнейшем параметры, соответствующие номинальному ре­

рактерным фактором, определяющим точку 2, является макси­ мальный к. п. д. т] *. В зависимости от типа машин, на которых применяются гидромуфты, этот коэффициент задается в пределах 0,95—0,98. В среднем для автомобилей т) * = 0,97; для экскава­ торов т) * = 0,95-^0,96.

Основной причиной, которая может вызвать снижение задан­ ного к. п. д. п *, является увеличение энергоемкости гидромуфты, так как на номинальном режиме гидромуфта передает сравни­ тельно малый момент. В связи с этим возникает вопрос о пере­ грузочной способности гидромуфты, критерием которой является

Нн — Нц, HT — # H i W p -

Точка 3 характеризует стоповый режим работы, т. е. турбина стоит, % = 0. Параметры стопового режима:

Этот режим является самым напряженным в тепловом отно­ шении, так как вся мощность двигателя преобразуется в тепло.

37

Работа на стоповом режиме или близком к нему ведет к перегреву передачи. Таким образом, зона режимов работы между точками / и 2 — зона нормальных нагрузок передачи. Двигатель работает в режиме недогрузки или в номинальном режиме. Зона между точками 2 и 3 — зона перегрузок.

Проследим связь режимов работы гидромуфты с условиями движения машины. В качестве примера рассмотрим движение автомобиля, в приводе которого установлена гидромуфта:

а) автомобиль остановлен, двигатель работает, сцепление вы­ ключено— холостой ход гидромуфты;

б) автомобиль движется с максимальной скоростью по ровной дороге — номинальный режим работы гидромуфты;

в) автомобиль движется в гору — зона режимов между точ­ ками 2 и 3;

г) автомобиль попал в грязь, колеса не вращаются, двигатель развивает максимальный момент — столовый режим работы гидро­ муфты.

Тормозными режимами называются такие режимы работы гидромуфты, при которых мощность от рабочего органа передается гидромуфте и при этом происходит замедление (торможение) ра­ бочего органа. Тормозные режимы работы гидродинамических передач в настоящее время находят все большее применение. Раз­ личают три вида тормозных режимов: обгонный; режим динами­ ческого торможения (гидротормозной режим) и режим противовращения.

Обгонным режимом работы гидромуфты называется такой режим, при котором частота вращения турбины больше частоты вращения насоса. На обгонном режиме гидромуфта, установленная в приводе, работает при движении автомобиля под гору на пря­ мой передаче. При движении автомобиля по ровной дороге с боль­ шой скоростью с включением низшей передачи гидромуфта рабо­ тает также в обгонном режиме. В этом же режиме она работает и на подъемных кранах при спуске грузов с включенным ревер­ сом и т. д.

На рис. 21, а показана схема гидромуфты, работающей в обгон­ ном режиме, при этом жидкость движется от турбины к насосу (см. пунктирную линию на рис. 21, а). Турбина выполняет функ­ ции насоса, а насос работает в режиме турбины. Обратное движе­ ние жидкости в гидродинамических передачах называется обрат­ ным циклом, а явление, при котором происходит изменение на­ правления передачи энергии, называется обратимостью. В общем случае обратимостью гидропередачи называют ее способность пере­ давать мощность на первичный вал. Гидромуфта также эффективно передает мощность как в тяговом, так и в обгонном режимах.

38

где — # н — напор насоса; берется с отрицательным знаком, так как фактически напор создается турбиной, а насос создает «противонапор»;

У АПот — суммарные потери энергии, которые определяются

~аналогично потерям при тяговом режиме работы гидромуфты.

Решив уравнение (69), мы получим выражение для определе­

Рис. 21. Обгонный режим работы гидромуфты:

анаправление циркуляции; б — внешняя характеристика

так как насос попадает в режим работы турбины. На рис. 21, б показана внешняя характеристика гид­ ромуфты, работающей в обгонном ре­ жиме.

Режимом динамического торможения

или гидротормозным режимом работы гидромуфты называется такой режим, который имеет место при остановленном насосе, т. е. при пл = 0. Этот режим используется, например, при спуске грузов на подъемных машинах. По существу гидромуфта работает как гид­ ротормоз. Ее характеристика M = f (пг) представляет собой квадратичную пара­ болу, наклон которой зависит от ло­

пастной системы и размеров гидромуфты (рис. 22). Гидротормоз­ ной режим является предельным случаем обгонного режима. При этом турбина работает в режиме насоса, и расчет характе­ ристики производится аналогично расчету характеристики при стоповом режиме для различной частоты вращения п2.

39