Читайте также:
|
|
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; iх.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; iх.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 = Мmах; 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; просмотров: 206 | Нарушение авторских прав