12.4. Устройство, принцип работы и основные параметры гидродинамических передач

Гидродинамический привод отличается от объемного тем, что в нем, кроме потенциальной энергии давления, используется кинетическая энергия потока жидкости. Силовой частью гидро­динамического привода является гидропередача, осуществляющая преобразование механической энергии двигателя в энергию пото­ка, а затем преобразующая энергию потока жидкости в механиче­скую энергию рабочего органа.

В качестве преобразователей энергии в гидродинамических передачах применяются лопастные насосы и гидродвигатели (гид­ротурбины). Конструкция гидродинамической передачи показана на рисунке. 8. Жидкость от насоса 1, приводимого в действие каким-либо двигателем, поступает через направляющий аппарат 2, трубопровод 3 и направляющий аппарат 4 в турбину 5, а от турбины по трубопроводу 6 возвращается к насосу. Направляю­щие аппараты часто называют реакторами.

Подобная конструкция гидродинамической передачи была гро­моздкой и приводила к большим гидравлическим потерям энергии жидкости в трубопроводах. В 1902 г. Г. Феттингер объединил ос­новные элементы гидропередачи (насос, турбину и реактор) в одном корпусе, в результате чего ее конструкция существенно упростилась, а КПД значительно увеличился. Такую гидропереда­чу стали называть гидротрансформатором. Жидкость в рабочей полости гидротрансформатора циркулирует по замкнутому контуру.

Развитие судостроения, внедрение быстроходных двигателей внутреннего сгорания и паровых турбин вместо тихоходных паровых машин потребовали изменения конструкции механических передач. Впервые гидродинамическая передача была применена на морском флоте и 1907 г.: гидротрансформатор, ис-пользуемый в приводе судовой установки, имел высо­кий КПД (85%).

Для повышения экономичности гидропередачи позднее из гидротрансфор­матора был изъят реактор. Так появилась новая гидродинамическая передача, названная гидромуфтой. Отсут­ствие реактора снизило потери энергии в гидропере­даче, в результате чего КПД гидромуфты увеличился до 98%, однако она потеряла способность преобразо­вывать крутящий момент.

Достоинства гидродинамических передач способствовали их широкому применению не только на морских судах, но и в приво­дах других транспортных средств: автомобилях, тракторах, строи­тельно-дорожных, горнодобывающих и других машинах с переменной нагрузкой на рабочие органы.

Одним из главных достоинств гидродинамических передач яв­ляется бесступенчатое и автоматическое изменение частоты враще­ния ведомого вала в зависимости от приложенного к нему мо­мента сопротивления, что существенно упрощает управление ма­шинами. При этом возможно глубокое регулирование скоростей, что особенно важно в работе строительных и дорожных машин. Кроме того, упрощение механической части трансмиссий позволяет умень­шить их массу.

Гидродинамические передачи значительно улучшают пусковые качества машин, так как позволяют осуществлять их пуск под нагрузкой.

Гидродинамические передачи повышают надежность основных сборочных единиц и механизмов машин по следующим причинам:

режим работы двигателя может быть независимым от режима работы ведомого вала, что предохраняет двигатель от перегруз­ки и увеличивает его моторесурс на 50-100%;

снижаются динамические нагрузки и крутильные колебания трансмиссий и рабочих органов машин;

плавное увеличение крутящего момента повышает проходимость транспортных машин, особенно в слабых грунтах.

К недостаткам гидродинамических передач относятся: более низкий КПД гидротрансформаторов (83-90%) по сравнению с КПД механической передачи (93-97%) (это не относится к гидромуфтам, имеющим максимальный КПД – 97-98%); слож­ность в изготовлении по сравнению с механическими передачами, что приводит к их удорожанию; необходимость питания жидко­стью и ее охлаждения.

Работа гидродинамических передач характеризуется определен­ными параметрами, которые можно разделить на внешние и внутрен­ние. К внешним параметрам относятся: крутящие моменты M₁ на ведущем и М₂ на ведомом валах; частота вращения п₁ ведуще­го и n₂ ведомого валов; угловые скорости ₁ ведущего и ₂ ведомого валов; мощность на ведущем валу N₁ = ₁M₁ и мощность, сни­маемая с ведомого вала, N₂ = ₂M₂; передаточное отношение i = n₂/n₁; коэффициент трансформации К = M₂/M₁ и полный КПД Для гидромуфты коэффициент транс­формации К=1, поэтому .

Внутренними параметрами считаются расход Q и напор Н, т. е. параметры потока жидкости, в рабочей полости гидропередачи.

Напор Н_н, создаваемый насосным колесом, принято считать поло­жительным, так как энергия рабочей жидкости увеличивается бла­годаря подводимой энергии, а напор Н_т турбинного колеса - отри­цательным, так как энергия жидкости уменьшается в результате передачи ее рабочему органу.

Гидравлическую мощность каждого из рабочих колес можно опре­делить из приведенного ранее соотношения.