Гидродинамических трансформаторов

Гидротрансформаторы, обладая всеми свойствами гидромуфт, способны автоматически в зависимости от передаточного отношения i преобразовывать момент М₁, приложенный к ведущему валу двига­теля. Если момент сопротивления М₂, приложенный к ведомому валу, превосходит момент двигателя, автоматически снижается частота вращения ведомого вала п₂; если момент М₂ уменьшается, то часто­та вращения п₂ возрастает. Это позволяет автоматически, без пере­ключений, наиболее полно использовать возможности двигателей.

В отличие от гидромуфты гидротрансформатор (рис. 11) имеет три лопаточных колеса: насосное 3, соединенное с ведущим валом 1, турбинное 2, расположенное на ведомом валу 5, и колесо направляющего аппарата (реактора) 4, ко­торое обычно закреплено неподвижно на самостоятельной опоре. Лопатки рабочих колес гидротрансформатора профилированные.

Рабочая жидкость подается на­сосным колесом в турбинное и при­водит его во вращение, а затем, воз­вращаясь из турбинного колеса в на­сосное, проходит через направляющий аппарат, который создает реактивный момент, преобразующий крутящий мо­мент двигателя. Поэтому в уравнение равновесия гидротрансформатора вхо­дят три члена:

М₁ + М₂ ± М₃ = 0, (2)

М₃ – момент натретьем колесе гидротрансформатора (колесе реактора).

При работе гидротрансформатора в обычном тяговом режиме (ведущий и ведомый валы вращаются в одном нап­равлении) движущий момент М₁ на­соса принимают положительным, а момент М₂ сопротивления тур­бины отрицательным. Тогда уравнение (2) можно переписать так:

М₂ = М₁ ± М₃. (3)

Выясним, в каких случаях в выражении (3) имеют место знаки плюс или минус. Для примера рассмотрим четыре случая движения автомобиля:

1. Если автомобиль стоит на месте, внешнее сопротивление движению очень большое; при этом турбина неподвижна (n₂ = 0), а насос работает с постоянной частотой вращения (n₁=const). В соответствии с направлением движения потока жидкости располо­жены насосное колесо, за ним турбина, а затем направляющий аппарат (реактор).

Так как направляющий аппарат не вращается, то передачи энергии жидкости в нем не происходит. При вращении колеса насо­са против часовой стрелки на нем возникает крутящий момент +М₁, в то время как крутящий момент реактора будет иметь знак минус (-М₃ ). При этом на турбине возникает реактивный момент (+M₃), направленный в противоположную сторону, т. е. про­тив часовой стрелки. Поэтому крутящий момент турбины будет ра­вен сумме моментов:

М₂ = М₁ + М₃. (4)

Таким образом, момент М₂ имеет максимальное значение.

2. Когда турбина начинает вращаться, то ее частота вращения по­степенно увеличивается, что соответствует движению автомобиля при уменьшающемся внешнем сопротивлении.

На направляющем аппарате при этом создается отрицательный крутящий момент -М₃, по-прежнему направленный по часовой стрелке, а на турбине возникает реактивный момент +М₃, направленный против часовой стрелки, но несколько меньшего зна­чения.

Момент на турбине, как и в первом случае (4), складывается из моментов M₁ насоса и М₃ направляющего аппарата, но значение момента М₂ будет меньше, чем при неподвижной турбине.

3. В случае, если частота вращения n₂ вала турбины большая, что соответствует концу разгона автомобиля, на реакторе создается крутящий момент +М₃, направленный против часовой стрелки, а на турбине - реактивный момент –М₃, направленный по часовой стрелке. Момент на турбине в этом случае равен разности моментов на насосе и на реакторе, т. е.

М₂ = М₁ - М₃. (5)

4. При определенной частоте вращения турбины переносная ско­рость u₂ может принять такое значение, при котором жидкость не оказывает давления на лопатки реактора, крутящий момент на нем М₃ = 0 и момент М₂ турбины равен моменту М₁ насоса, т. е. гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты.

Из рассмотренных примеров работы гидротрансформатора можно сделать следующие выводы:

1. Если турбина неподвижна, крутящий момент гидротрансфор­матора достигает максимального значения и равен сумме момен­тов насосаи реактора.

2. В начале разгона при небольших частотах вращения тур­бины крутящий момент гидротрансформатора также равен сумме моментов насоса и реактора, однако его значение меньше, чем при неподвижной турбине (ведомом вале).

3. По мере разгона ведомого вала крутящий момент турбиныпостепенно снижается. При большой частоте вращения турбины ( вконце разгона) крутящий момент гидротрансформатора равен разности моментов насоса и реактора.

4. При некоторых значениях частоты вращения ведомого вала момент в реакторе равен нулю и гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты.

Внешняя характеристика гидротрансформатора, работающего в тяговом режиме (рис. 12), показывает, что трансформатор обеспечивает постоянную нагрузку на двигателе (прямая, соответст­вующая моменту М₁)и автоматическое повышение момента ве­домого вала (прямая М₂) при повышении усилия на рабочем органе и одновременном понижении его частоты вращения n₂. Рассмотрим характерные точки.

Точка 1 - режим холостого хода. Внешняя нагрузка отсутст­вует: N₂ = 0; М₂ = 0; N₁ ¹ 0; i_х.х.=1; h = 0.

Точка 2 - режим равенства моментов: M₁=M₂; М₃ = 0. В этой точке меняется знак момента на реакторе: правее ее момент на турбине меньше момента на насосе, поэтому коэффициент трансфор­мации К<1, а левее - момент на турбине больше момента на на­сосе, а К>1. Правее точки 2 работу гидротрансформатора можно перевести в режим гидромуфты, что используется в комплексных передачах.

Точка 3 — режим синхронного вращения насоса и турбины: п₁=n₂, i=1; i_х.х.>1. Этот режим используется для блокирования насоса и турбины и обеспечения плавного соединения ведущего и ве­домого валов.

Точка 4 - оптимальный режим, соответствующий максимальному КПД или минимальным потерям.

Точка 5 - стоповый режим: i = 0; h = 0; M₂ = М_mах; М₁ ¹ 0. Этот режим является самым напряженным в тепловом отношении.

Из рассмотренной характеристики видно, что моменты на ведомом и ведущем валах не зависят друг от друга. Это свойство, называемое непрозрачностью внешней характеристики, позволяет надежно предохранять двигатель от перегрузок.

Из графика также видно, что гидротрансформатор имеет мак­симальный КПД только в одном режиме (точка 4). Но если уменьшение КПД в зоне малой частоты вращения турбины можно считать оправданным, так как при этом улучшаются тяговые каче­ства машины, то уменьшение КПД с увеличением частоты враще­ния турбины нежелательно, так как условия работы машины в этом режиме хорошие благодаря снижению сопротивления ведомого вала. Чтобы исключить эту зону с низким КПД, блокируют турбину с насосом и переводят гидротрансформатор в режим работы гидро­муфты.

Гидротрансформаторы, которые при небольших значениях i рабо­тают как гидротрансформатор, а при больших - как гидромуфта, называют комплексными.

В комплексном гидротранс­форматоре (рис. 13) насосное колесо 3 соединено с ведущим ва­лом 1 (валом двигателя), а тур­бинное колесо 2 - с ведомым ва­лом 7. Колесо направляющего аппарата 5 соединено с кар­тером 4 через механизм свобод­ного хода 6. Этот механизм до­пускает холостое вращение колеса направляющего аппарата только в направлении вращения насоса и турбины и препятствует вращению в обратном направлении. При не­больших значениях i колесо нап­равляющего аппарата не вращается и гидропередача работает в режиме гидротрансформатора. При больших передаточных отношениях (правее точки 2 на рис. 12) на­правляющий аппарат начинает вра­щаться. Следовательно, при боль­ших значениях i гидродинамическая передача работает в режиме гидро­муфты.

Переход с режима работы гидро­трансформатора на режим работы гидромуфты происходит при переда­точных отношениях, соответствующих коэффициенту трансформации крутя­щего момента К = 1. Указанное пе­редаточное отношение выбирают та­ким, чтобы КПД передачи при работе в режиме гидротрансформатора был равен 0,85-0,88, а в режиме гидро­муфты - более 0,90.

Таким образом, сочетание высо­кого КПД гидромуфты с непроз­рачностью характеристики гидротран­сформатора делает комплексный гид­ротрансформатор универсальной гидропередачей, имеющей самое широкое применение.

При больших передаточных числах (3-5) конструкция гидро­трансформатора отличается от представленной на рисунке 13. В этом случае число ступеней турбины увеличивается до двух, а при более высоких i - до трех и даже до четырех. Одновремен­но увеличивается количество колес реактора, причем оно принимает­ся равным числу турбинных колес или на единицу меньше в за­висимости от последовательности их расстановки.

Гидротрансформаторы могут быть реверсивными. В этом случае за насосным колесом располагается направляющий аппарат, ко­торый изменяет направление движения потока жидкости на обратное. Для выравнивания нагрузки в реверсивных гидротрансформаторах направляющий аппарат иногда ставят и перед насосным колесом.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое гидропривод и гидропередача?

2. Как классифицируются гид­роприводы?

3. Какие жидкости применяют в гидроприводе в качестве рабочего тела и какие требования к ним предъявляют?

4. Назовите основные достоинства гид­ропривода.

5. Что такое объемный гидропривод и как он устроен? Нари­суйте основные схемы объемного гидропривода.

6. Что называется следящим гид­роприводом и где он применяется?

7. Что такое гидродинамические передачи и на какие виды они подразделяются?

8. Назовите преимущества гидроди­намических передач перед механическими.

9. Перечислите основные параметры гидродинамических передач.

10. Что такое гидродинамическая муфта и как она устроена?

11. Что называется скольжением гидромуфты?

12. Чему равны мощ­ность и моменты на ведущем и ведомом валах гидромуфты?

13. Начертите внеш­нюю характеристику гидромуфты и расскажите о ней.

14. Что такое гидродинамический трансформатор и как он устроен?

15. Объясните, как происходит авто­матическое увеличение крутящего момента ведомого вала гидротрансформатора.

16. Начертите внешнюю характеристику гидротрансформатора и расскажите о ней.

17. Что называется непрозрачностью внешней характеристики гидротрансформатора?

18. Что такое комплексная гидропередача и как она устроена?

19. Назовите примерные значения КПД гидромуфты, гидротрансформатора и комплексной пе­редачи.

Дата добавления: 2015-11-26