4.4. Гидротрансформаторы

Гидротрансформатором называется энергетическая машина, обеспечивающая передачу мощности с ведущего на ведомый вал при гибком их соединении с изменением крутящего момента и скорости вращения ведомого вала.

В транспортных средствах гидротрансформаторы применяют для согласования работы ДВС с трансмиссией.

В зависимости от числа ступеней турбины, входящих в гидротрансформаторы, последние подразделяется ни одно-, двух-, трехступенчатые.

Гидротрансформаторы, включающие несколько проточных частей (кругов циркуляции), называются многоциркуляционными.

Основными элементами гидротрансформаторов являютс: колесо насоса, колесо турбины и направляющий агрегат, жестко соединенный с корпусом.

Баланс энергии (рис. 100) определяется зависимостью

Баланс моментов колес

, (4.5)

, (4.6)

. (4.7)

Сложив уравнения (4.5), (4.6) и (4.7) и учитывая, что входные условия последующего колеса определяются выходными условиями предыдущего, получим

.

Таким образом, в отличие от гидромуфты, моменты насосного и турбинного колес гидротрансформатора не одинаковы.

Они отличаются на величину момента направляющего аппарата. Значит, за счет направляющего аппарата в гидротрансформаторе и происходит преобразование крутящего момента,

Эксплуатационные свойства гидротрансформаторов характеризуются параметрами ведущего и ведомого валов (скоростью вращения, моментами и к.п.д.). При рассмотрении указанных свойств пользуются характеристиками гидротрансформатора, которые можно получить как расчетным, так и опытным путём.

Внешняя характеристика (рис. 101) представляет собой графическую зависимость крутящих моментов насоса и турбины , к.п.д. и коэффициента трансформации гидротрансформатора от скорости вращения турбинного вала или передаточного отношения , при постоянной скорости вращения насосного вала и вязкости рабочей жидкости .

В зависимости от формы кривой характеристика называется «обратнопрозрачной», если момент насоса увеличивается, и «прямопрозрачной», когда уменьшается при увеличении . При независимости момента насоса от характеристика называется «непрозрачной».

Д

i

ля оценки «прозрачности» характеристики вводят коэффициент прозрачности:

г де и – моменты насоса на режимах соответствующих границам диапазона .

Приведенная характеристика (рис. 102) отличается от размерной внешней характеристики тем, что на ней вместо действительных, величин моментов нанесены коэффициенты моментов. На приведенной характеристике показаны также кривые к.п.д. и коэффициента трансформации . Между этими величинами существует зависимость

,

поэтому на приведенной характеристике достаточно иметь кривые и или и .

4.4.1. Комплексная гидродинамическая передача

Г идродинамическая передача, автоматически переходящая с режима гидротрансформатора на режим гидромуфты и наоборот, называется комплексной передачей.

Максимальное значение КПД гидротрансформатор имеет только на оптимальном режиме работы, а справа и слева от точки А (см. рис. 103) КПД уменьшается. Малые значения КПД гидротрансформатора на режимах обусловлены увеличением его тяговых качеств. Со снижением крутящего момента на ведомом валу ( ), малые значения КПД означают, что значительная часть мощности теряется в гидротрансформаторе, т.е. на этих режимах работа гидротрансформатора не экономична и не оправдана. Для избежания больших потерь мощности гидротрансформатора на режимах переходят на жёсткую передачу (турбина блокируется с насосом) или на режим гидромуфты.

В гидротрансформаторе сумма моментов всех колёс равна нулю: При момент направляющего аппарата имеет знак момента насоса и, следовательно направлен в сторону, противоположную вращению насоса и турбины. По мере увеличения передаточного отношения момент турбины уменьшается и при момент насоса равен моменту турбины, т.е.

С права от точки А КПД гидромуфты больше КПД гидротрансформатора, а момент на турбине меньше, чем момент насоса.

Если освободить направляющий аппарат от жёсткого закрепления, то он будет свободно вращаться и гидропередача будет работать в режиме гидромуфты. Это обеспечит увеличение КПД гидропередачи на режимах рис. 104.

Автоматическое заклинивание направляющего аппарата и его освобождение осуществляется применением различных муфт свободного хода.

Ж ёстко закреплённая на полом валу направляющего аппарата (рис. 105) внутренняя обойма 1 муфты свободного хода охватывается наружной обоймой 2, которая связана жёстко с направляющим аппаратом 3.

Н аружная обойма имеет пазы с наклонными плоскостями. Между обоймой 1 и наклонными плоскостями обоймы 2 устанавливают поджимаемые пружинами 5 ролики 4. При наличии положительного момента, направляющий аппарат наклонные плоскости обоймы 2 вращаться по часовой стрелке, и наклонные плоскости обоймы 2 находят на ролики 4. Угол наклона плоскости меньше угла трения, поэтому обойма 2 совместно с направляющим аппаратом заклинивается, оставаясь неподвижным. При этом гидропередача работает как гидротрансформатор. При наличии отрицательного момента, направляющий аппарат вращается против часовой стрелки, так как наклонные плоскости обоймы 2 стремятся отойти от роликов, и гидропередача работает как гидромуфта.

Д ля увеличения КПД комплексной передачи на режимах от максимума КПД гидротрансформатора до максимума КПД гидромуфты направляющий аппарат выполняют разрезным, состоящим из двух частей, установленных на отдельных муфтах свободного хода (рис. 106).

На режимах (рис. 107) первая и вторая части направляющего аппарата являются неподвижными, так как момент, действующий на них, обеспечивает заклинивание муфт свободного хода. При этом две части направляющего аппарата работают, как одно целое.

В ыходной угол лопастей первого направляющего аппарата задают равным , поэтому закрутка потока на выходе

Направление момента на первом аппарате зависит от знака

При угол потока, выходящего из турбины, меньше и закрутка имеет положительное значение.

На режиме угол потока увеличивается и момент на первом направляющем аппарате сначала становится равным нулю, а затем при принимает отрицательное значение и первый аппарат начинает вращаться. Вращающийся аппарат не участвует в преобразовании момента, и в гидротрансформаторе будет работать только вторая (неподвижная) часть направляющего аппарата. Гидротрансформатор, работающий с одной второй частью направляющего аппарата, будет более быстроходным и его оптимальный режим смещается в зону более высоких передаточных отношений (кривая 5 на рис. 108). Для увеличения КПД гидротрансформатора входной угол

лопастей второй части направляющего аппарата выполняют несколько больше .

При дальнейшем увеличении передаточного отношения момент на второй части направляющего аппарата становится равным нулю (точка Б на рис. 133), а затем принимает отрицательное значение и вторая часть направляющего аппарата начинает вращаться, и гидропередача переходит на режим гидромуфты.