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

Особенностью гидромуфты с раздвижными колесами (рис. 38, б)

является то, что при работе турбина может перемещаться в осевом направлении. Конструктивно это обеспечивается удлинением за­ мыкающего кожуха на величину перемещения е. При перемеще­ нии турбины изменяется крутящий момент, но, как показали эксперименты, раздвижение колес не дает эффективного снижения крутящего момента.

Так при сдвиге турбины на е = V 3 D a действующий мо­ мент меняется незначительно, достигая 70% от первоначального.

Насос гидромуфты с лопатками переменной ширины (рис. 38, в) имеет обычную конструкцию. Турбина представляет собой две

Шибер

на рис. 39, а, а на рис. 39, б — ее внешняя характеристика. Насос муфты состоит из поворотной и неповоротной частей.

Когда направление поворотной части насоса совпадает с на­ правлением неповоротной части, гидромуфта передает максималь­ ный момент. При повороте лопаток поворотной части закры­ ваются каналы, преграждая путь движению жидкости. Если закрыть лопатки полностью, то максимальный момент при п2 = 0

60

составит 0,75Аін о м . Для исключения утечки рабочей жидкости между лопатками применяют специальные замковые устройства, при этом остаточный момент при і — 0 можно уменьшить до 0,4МН О М . Наличие значительного остаточного момента можно объяснить тем, что при закрытых каналах остается местная цир­ куляция жидкости вокруг лопаток и имеет место дисковое трение.

Гидромуфты с механическим регулированием, обладающие вы­ сокой чистотой выключения (большой глубиной регулирования), могут быть созданы только по схемам, в которых лопатки при регулировании полностью выводятся из активной зоны действия потока.

«)

Рис. 39. Гидромуфта с поворотными полулопатками насоса:

а — конструктивная схема; б — характеристика

Рассмотрим несколько принципиальных конструктивных схем гидромуфт с большой глубиной регулирования.

В гидромуфте со складывающимися лопатками (рис. 40, а)

лопатки турбины поворачиваются относительно оси, параллельной оси муфты. Складывающиеся лопатки выполняются на турбине для того, чтобы жидкость при выключенном состоянии гидро­ муфты образовывала кольцо на периферии й освобождала цен­ тральную часть, где находится ведомый вал со сложенными ло­ патками. Величина остаточного крутящего момента обусловли­ вается только трением в подшипниках и в механизме поворота лопаток. Эта гидромуфта обеспечивает более чистое выключение, чем гидромуфты с объемным регулированием, так как остаточный момент в подобной гидромуфте составляет 0,02—0,005МН О М .

Указанные гидромуфты имеют почти мгновенное быстродей­ ствие. Недостатком их является сложность конструкции ( и осо­ бенно сложность механизма привода поворота лопаток на вра­ щающемся валу), поэтому их целесообразно применять только в специальных установках, где требуется особая чистота выклю­ чения и высокое быстродействие.

61

Гидромуфта с убирающимися лопатками конструкции ВНИИСтройдормаша показана на рис. 40, б. Конструктивно гидромуфта выполнена таким образом, что лопатки турбины могут повора­ чиваться относительно оси и одновременно смещаться вместе с этой осью вдоль оси гидромуфты. При увеличенном скольжении жидкость попадает в дополнительную камеру, уменьшая тем самым коэффициент перегрузки. Следует отметить, что для гидро­ муфт, представленных на рис. 40, а, б, лопатки турбины не имеют наружного тора, они открыты с двух сторон. В сложенном (выключенном) состоянии ведомая часть не касается жидкости,

Рис. 40. Гидромуфты:

а — со складывающимися лопатками; б — с убирающимися лопатками

что ведет, как было отмечено ранее, к более чистому выключе­ нию. Количество лопаток в подобных гидромуфтах обычно вы­ полняется меньшим оптимального. Это объясняется конструк­ тивной сложностью их изготовления, поэтому указанные гидро­ муфты менее энергоемки, чем гидромуфты обычных конструкций. Кроме того, внутренние кромки поворотных лопаток, соприка­ сающихся с торовыми поверхностями, подвержены интенсив­ ному износу и требуют термической обработки, что также увели­ чивает себестоимость изготовления подобных гидромуфт.

ваются пусковыми или разгонными. Эти муфты имеют мягкую характеристику и малый коэффициент перегрузки, поэтому они одновременно защищают двигатель от перегрузки и могут быть названы также защитными или предохранительными.

Таким образом, гидромуфты, которые имеют специальные устройства для снижения момента при больших скольжениях, на­ зываются предохранительными.

62

На рис. 41 показаны внешние характеристики непредохранительной и предохранительной гидромуфт. В предохранительных гидромуфтах снижения моментов при больших скольжениях до­ биваются либо уменьшением количества жидкости в рабочей ка­ мере путем сброса ее в дополнительную камеру, либо установкой на пути потока дроссельного устройства, участвующего в работе при больших скольжениях. При этом сброс жидкости в дополни­ тельную камеру и включение в работу дроссельного устройства должны происходить автоматически в зависимости от режимов работы муфты. Поэтому подобные муфты получили название муфт с внутренним самоопоражниванием.

M

симметричные колеса, порог на выходе из турбины и дополни­ тельную камеру на стороне турбины для сброса рабочей жидкости; б) гидромуфты с динамическим самоопоражниванием имеют несимметричные колеса и дополнительную камеру на стороне

насоса.

Рассмотрим принципиальную конструктивную схему и осо­ бенности гидромуфты со статическим самоопоражниванием (рис. 42). При номинальном режиме (s-^-0, і—м'*—>-1) в рабочей камере

63

вая жидкость. Давление со стороны рабочей камеры увеличи­ вается, а со стороны дополнительной камеры уменьшается. Под действием разности гидростатических напоров жидкость пере­ текает из рабочей камеры в дополнительную до тех пор, пока не установится равновесное состояние. При уменьшении скольжения процесс идет в обратном направлении.

Одновременно с дополнительной камерой на турбине устанав­ ливают порог. При больших скольжениях жидкость, забрасываемая насосом к порогу, уменьшает свой скоростной напор, и момент, передаваемый муфтой, уменьшается. На этих режимах работы кинетическая энергия жидкости превращается в тепловую. Как дополнительная камера, так и порог способствуют уменьшению коэффициента перегрузки Кпер до 3,5—5, так как при этом сни­ жается передаваемый гидромуфтой крутящий момент на больших скольжениях. Расчет гидромуфт со статическим самоопоражнива­ нием для номинального режима работы ведется аналогично рас­ чету гидромуфт с постоянным заполнением, так как жидкость на данном режиме не доходит до порога.

Подобные гидромуфты по своим характеристикам удовлетво­ ряют условиям применения их на транспортных машинах. Однако эти гидромуфты имеют тот недостаток, что обладают невысоким быстродействием. Процесс перетекания жидкости из рабочей

Гидромуфты с динамическим самоопоражниванием — это пре­ дохранительные гидромуфты с малыми коэффициентами пере­ грузки, работающие по принципу динамического самоопоражни­ вания. Слив (сброс) жидкости происходит под динамическим (ско­ ростным) напором. Благодаря этому подобные гидромуфты обла­ дают высоким быстродействием. Рассмотрим принципиальную конструктивную схему и особенности такой гидромуфты (рис. 43, а). Гидромуфты имеют обычный насос с жиклером для перетекания жидкости из рабочей камеры в дополнительную. Турбина отли­ чается от насоса тем, что на выходной кромке имеется скос в сто­ рону колеса. При работе гидромуфту заливают не полностью. До­ полнительная камера жестко связана с наружным тором насоса. При холостом ходе жидкость располагается по линии AB, а при скольжении вращается вокруг центра (точки О). Характер рабо­ чего процесса на режимах до i *(s ^ 3%) для рассматриваемой муфты не отличается от рабочего процесса гидромуфты со ста­ тическим самоопоражниванием и характеристики муфт тоже совпадают (см. рис. 43, б). При повышении нагрузки (і << і*) увеличивается скольжение и под действием скоростного напора жидкость в турбине опускается все ниже. Происходит изменение формы потока. Расход увеличивается, что приводит к увеличению

64

1. Установкой предбарительной камеры перед входом в насоС. Причем схемы гидромуфт с предкамерой и дополнительной ка­ мерой принимают в качестве основных в типаже.

2. Установкой порога на выходе из турбины. На рис. 43, а показана конструктивная схема, а на рис. 43, б (кривая 2) внешняя характеристика гидромуфты с предкамерой. Предкамера имеет небольшое количество лопаток. В ней возникают обратные тече­ ния, поэтому она служит дополнительным сопротивлением. Ту же роль играет и порог, применяемый в некоторых конструкциях гидромуфт. В гидромуфтах с динамическим самоопоражниванием коэффициент перегрузки Кпер = 1,8-^2,0.

Однако для полной оценки предохраняющих качеств гидро­ муфт необходимо рассматривать, помимо статических нагрузок, также и динамические, которые возникают при неустановившихся режимах работы привода. Динамические нагрузки оцениваются динамическими характеристиками, которые замеряют путем осциллографирования моментов и частоты вращения ведомого вала при различном его ускорении. При этом указывают, за какой отрезок времени снимали характеристики при і = 1-ь0. Вели­ чина указанного отрезка колеблется в пределах t — 0,2ч- 1 сек.

Эксперименты, проведенные ВНИИСтройдормашем, ВНИИМетмашем, ИГД им. Скочинского и другими организациями, пока­ зали, что, как правило, динамическая характеристика гидромуфты всегда располагается выше статической. Те же эксперименты выявили, что динамические характеристики зависят от конструк­ ции гидромуфт и в особенности от конструкции лопаток. Так, лучшие динамические характеристики имеют гидромуфты с про­ фильными лопатками. В табл. 2 для сравнения приведены основные свойства гидромуфт с внутренним самоопоражнива­ нием.

Таблица 2

Основные свойства гидромуфты с внутренним самоопоражниванием

со статическим само­ опоражниванием

66

§ 15. ГИДРОМУФТЫ С НАКЛОННЫМИ ЛОПАТКАМИ

Лопатки гидромуфт называют наклонными, если плоскости лопаток расположены под углом к плоскостям меридиональных сечений, а их кромки сохраняют радиальное положение.

На рис. 44, а—в показаны принципиальные конструктивные схемы гидромуфт с наклонными лопатками, а на рис. 44, г — их внешние характеристики (кривая 1 характеризует лопатки, на­ клоненные вперед; 2 — лопатки, наклоненные назад; 3 — радиаль­ ные лопатки).

При расположении кромок лопаток насоса сзади линий со­ единения их с наружным тором колеса по отношению к направле­ нию вращения лопатки будем называть наклоненными назад

лопатки, наклоненные вперед; г — внешние характеристики

(рис. 44, б). Если кромки лопаток располагаются впереди линий

скости, а на рис. 45, б — треугольник скоростей на входе в насос. Все это иллюстрирует принцип действия гидромуфты с наклон­

ристики гидромуфты и ее размеры. Например, для увеличения энергоемкости гидромуфты можно применять лопатки, накло­ ненные вперед. Гидромуфты с лопатками, наклоненными назад,

применяются в реверсивных приводах и в приводах грузоподъем­ ных машин, работающих с переменными нагрузками на рабочих органах.

При анализе работы гидромуфт с наклонными лопатками не­ обходимо учитывать такие особенности, как работу их при полном заполнении рабочей полости, несимметричность лопаток; разницу между внешними характеристиками при прямом и обратном вра­ щении. В связи с этим гидромуфты не могут быть использованы при одной рабочей полости для работы в передачах, требующих рав­ ноценного реверса.

^2-

ßH1-

6)

Рис. 45. Схема расположения лопастей и треугольник скоростей муфт с наклонными лопатками

Основными преимуществами гидромуфт с наклонными лопат­ ками являются высокая маневренность и стабильность характе­ ристик. Под стабильностью характеристик в данном случае сле­ дует понимать их независимость от эксплуатационных условий. Так, например, характеристики гидромуфт с внутренним само­ опоражниванием зависят от количества жидкости в рабочей по­ лости, а для некоторых установок нужны характеристики, не зависящие от недоливов и переливов рабочей жидкости и других субъективных причин.

§ 16. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ГИДРОМУФТ

Техническое задание на проектирование гидромуфты состав­ ляется на основании анализа и расчета привода с гидромуфтой. В связи с этим задачей гидравлического расчета является опре­ деление геометрических параметров рабочих полостей, обеспе­ чивающих требуемую внешнюю характеристику. Для определе­ ния параметров привода производится тяговый расчет, опреде­

мощность, передаваемая двигателем; частота вращения двигателя; желаемый или требуемый к. п. д. на номинальном режиме работы (или скольжение); вид рабочей жидкости,

68

Эти параметры позволяют определить одну точку характери­ стики, соответствующую номинальному режиму работы. Вторая точка характеристики соответствует режиму холостого хода и определяется частотой вращения вала двигателя.

Кроме этого, техническое задание предусматривает определение регулировочных свойств гидромуфты (коэффициентов глубины регулирования по стоповому и номинальному режимам) и пере­ грузочной способности, предельных габаритных размеров и массы, маневренности и быстродействия.

Гидромуфта должна быть рассчитана и спроектирована таким образом, чтобы внутренние процессы обеспечивали требуемую внешнюю характеристику. При проектировании ориентируются на уже созданные и испытанные конструкции гидромуфт. При исполь­ зовании имеющихся конструкций необходимо тщательно анали­ зировать их характеристики с учетом поставленных требований. Если, например, требуется предохранительная гидромуфта с наи­

гидромуфту с порогом и дополнительной камерой, так как эта схема обеспечивает наибольшую разность радиусов входа и вы­

гидромуфту с дополнительной и предварительной камерой на стороне насоса.

Если требуется при минимальных габаритных размерах полу­ чить очень высокую энергоемкость, целесообразно применить гидромуфту с наклонными лопатками.

Гидромуфты с двумя рабочими полостями следует применять, когда требуются облегченные опоры, так как осевые силы в по­ добных гидромуфтах взаимно уравновешиваются.

Расчет гидромуфты методом подобия заключается в сравне­ нии безразмерных характеристик образца и натуры. После этого определяют активный диаметр натуры. Остальные размеры полу­ чают путем пропорционального пересчета всех линейных раз­ меров. Данный метод обусловливает достаточно точное совпадение фактической и расчетной характеристик.

Активный диаметр определяют по формуле подобия

Коэффициент мощности X N приводится в справочниках и монографиях в виде графиков [5].

В настоящее время для нормальных гидромуфт общепромыш­ ленного применения имеются графики подбора, которые пред­ ставляют собой графические зависимости активного диаметра от

69