Гидростатические (гидрообъемные) передачи

Гидропередачи, в которых энергия передается замкнутым объемом жидкости за счет изменения статического напора, называются гидростатическими. Большинство объемных гидромашин обратимы, т.е. одинаковые агрегаты могут работать и насосом и мотором - рисунок 44.

Насос 1 по нагнетательному трубопроводу подаёт жидкость к гидромотору 2, пройдя который жидкость возвращается в насос. Насос 6 восполняет утечки и через обратные клапаны 3 подаёт рабочую жидкость в магистраль низкого давления (т.е.в ту, по которой жидкость возвращается в насос). В качестве насосов и моторов в объемных гидроприводах применяются поршневые, шестерённые, лопастные, винтовые и другие гидромашины объёмного типа. Шестерённые и лопастные насосы имеют более низкий КПД, чем поршневые и поэтому применяются реже. Мощность, потребляемая гидромашиной этого типа, в общем виде определяется:

N=p∙ν∙n / (61.4∙10⁴ ) , (173)

где р - давление в системе;

ν - объём рабочих полостей машины, см³;

n – частота вращения вала машины, об/мин.

На основания формулы (173) можно найти кинематическое передаточное число объёмного гидропривода. Полагая давление для насоса и мотора одинаковым (η=1), найдём i = n_н / n_м=V_м / V_н ,

где V_м и V_н - соответственно рабочий объем мотора и насоса.

Рисунок 44 Простейшая схема гидростатической (гидрообъемной) передачи

Таким образом, для изменения кинематического передаточного числа объёмного гидропривода необходимо изменять суммарный объем рабочих полостей в насосе или моторе, или одновременно и в том и в другом.

Эту задачу решают правильным выбором типа и числа гидромоторов, их размещением, способом их соединения и пе­реключения, иными словами, правильным выбором схемы трансмиссии.

Так, если в колёсном 2-х осном тягаче, установить гидромоторы во всех колёсах и предусмотреть выключение одной из осей, то площадь поршней моторов уменьшится вдвое, а, следовательно, изменится и передаточное число гидромашины в два раза.

Гидродинамические муфты

Гидромуфты-состоят из 2-х основных элементов.

Колёса 1 центробежного насоса, имеющего в сечении полуокружность. В нём устанавливается большое число лопаток, образующих лопаточный венец насоса и колёса 2 турбины, установленного на ведомом валу. Колесо 1 и кожух 3 образуют замкнутый круг циркуляции - рисунок 45. Рабочие колёса тракторных и автомобильных гидромуфт изготавливаются обычно с радиальными лопатками. Полости насоса и турбины образует замкнутый объем, ограничи вающий и направляющий движение рабочей жидкости, называемый рабочей полостью. Корпус муфт на 80-85% объема заполняется рабочей жидкостью. Колесо насоса соединяется с кожухом 3, охватывающим колесо турбины. Колесо насоса, приводимое в движение двигателем, с помощью лопаток сообщает рабочей жидкости кинетическую и потенциальную энергию и направляет её от центра к периферии - к входу в турбину. В каналах, образуемых лопатками турбины, энергия потока превращается в механическую работу на ведомом валу. Затем жидкость вновь поступает в насос и цикл повторяется. Когда колесо насоса вращается, элементарные частицы жидкости находящиеся в его полости участвуют в 2-х движениях: относительном - под действием центробежных сил перемещаются по каналам между лопатками насоса от центра к периферии с нарастающей относительной скоростью от ω₁ на входе до ω₂ на выходе насоса; и переносном - вместе с лопатками вращаются вокруг оси муфты с переносной скоростью -u.

Величина относительной скорости зависит от размеров гидромуфты и режима её работы. В результате круговой циркуляции частиц жидкости они движутся с переменной абсолютной скоростью ν по сложной траектории.

При разгоне частиц жидкости в колесе насоса, когда абсолютные скорости их увеличиваются от ν₁ на входе до ν₂ при выходе, количество движения жидкости растёт.

Согласно теории гидравлических турбопередач крутя­щий момент насоса М_н равен разности моментов количества движения жидкости при выходе из насоса и при входе в него: М_н=(Q∙γ/g)∙(ν_2н∙r₂-ν_1н∙r₁) , (174)

где Q – расход потока жидкости, протекающей через насос в единицу времени; γ – удельный вес жидкости; g – ускорение силы тяжести; ν_1н и ν_2н – абсолютные скорости частиц жидкости соответственно при входе в насос и выходе из насоса; r₁ и r₂ – средние радиусы входа и выхода жидкости, одинаковые для насоса и турбины.

Так как ν_2н=ν_1т, а ν_1н=ν_2т, то жидкость теряет в турбине такое же количество движения, какое она приобрела в насосе. Тогда М_т=М_н. Гидромуфты не имеют внешней опоры момента и поэтому при установившемся движении момент, подводимый к валу насоса, равен моменту сопротивления на валу турбины.

Насос и турбина образуют общий круг циркуляции, поэтому в любой момент времени расход жидкости в турбине равен расходу в насосе. Этот расход называется расходом жидкости в круге циркуляции и обозначается буквой Q.

Рисунок 45 Схема гидромуфты

Расход в круге циркуляции зависит от совместной работы насоса и турбины и определяется циркуляционным напором Н_ц, равным разности напора насоса Н_н и напора противодавления турбины Н_т, т.е. Н_ц = Н_н - Н_т.

Дело в том, что напор насоса обеспечивает движение жидкости в круге циркуляции в направлении от насоса к турбине. Но при вращении турбины на жидкость будут действовать центробежные силы, создающие напор противодавления, который действует в противоположном направлении относительно напора насоса. И этот напор тем больше, чем больше обороты турбины.

В момент трогания, когда отсутствует напор противодавления турбины, циркуляционный напор является наибольшим, он обеспечивает максимальный расход жидкости Q, а, следовательно, и наибольшую скорость циркуляции. В результате при трогании турбины крутящий момент также будет максимальным.

По мере разгона турбины гидромуфты циркуляционный напор Н_ц уменьшается, это приводит к уменьшению расхода Q, а, следовательно, и к уменьшению крутящего момента. При равенстве оборотов и насоса и турбины (n_н=n_т) циркуляционный напор равен нулю, т.к. напор насоса уравновешивается напором противодавления турбины. Расход жидкости Q, а также передаваемый момент от насоса к турбине также будет равен нулю.

Таким образом, расход Q пропорционален передаваемому гидромуфтой моменту. Следовательно, для работы гидромуфты необходимо, чтобы n_н ≠ n_т, а именно n_н > n_т.

Это означает, что при работе гидромуфты колесо насоса всегда проскальзывает относительно колеса турбины.

При трогании трактора с места, когда ω_т=0, проскальзывание будет наибольшим, при установившейся работе оно составляет ≈ 2.0…4.0%.