ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ТРАНСФОРМАТОРА
ВВЕДЕНИЕ
Гидромеханическими силовыми передачами в общем случае называются такие передачи, которые состоят из гидравлического и механического агрегатов, установленных последовательно или параллельно относительно друг друга. Гидравлический агрегат может быть гидрообъемным или гидродинамическим.
На автомобилях получили преимущественное распространение гидромеханические силовые передачи с гидродинамическим агрегатом, за которым последовательно установлен механический редуктор.
Гидродинамические агрегаты, входящие в состав трансмиссии, бывают трех видов: гидромуфты, гидротрансформаторы и комплексные передачи. Комплексная гидродинамическая передача сочетает в одном агрегате свойства гидромуфты и гидротрансформатора.
Механический редуктор может быть планетарным и не планетарным. Он обеспечивает не менее двух скоростей для движения, вперед и задний ход.
Гидродинамический трансформатор (ГДТ) является саморегулируемой бесступенчатой передачей, т.е. обладает внутренней автоматичностью. Он обеспечивает непрерывное изменение передаточного числа в зависимости от сопротивления движению трактора. При этом отсутствует жесткая кинематическая связь между валами.
Все это обеспечивает гидродинамической трансмиссии следующие основные преимущества:
1. Улучшается динамика разгона трактора при трогании с места
2. Снижаются динамические нагрузки на движитель, что улучшает проходимость трактора по слабым грунтам и увеличивает моторесурс всего тракторного агрегата.
3. Улучшаются условия работы тракториста, т.к. повышается плавность движения и уменьшается количество переключений в трансмиссии.
В результате, по данным КубНИИТиМ, производительность пахотного агрегата с гусеничным трактором с гидродинамическим трансформатором повышается до 20%.
Основными недостатками гидродинамической трансмиссии по сравнению с обычной механической является снижение КПД, некоторое повышение веса и стоимости трансмиссии.
Отечественная промышленность освоила технологию производства комплексных четырехколесных гидродинамических трансформаторов серии ЛГ (литой, гидравлический) с различными диаметрами насосного колеса (300; 350; 400; 420; 490 мм и т.д.).
В частности, на гусеничном тракторе ВТ-200 устанавливается гидротрансформатор ЛГ-400-3А, на колесном тракторе К-702 – ЛГ-490 и т.д.
Целью предлагаемой работы является изучение принципа действия гидродинамических агрегатов, устройства и работы трансмиссий автобусов ЛиАЗ и тракторов ВТ – 200.
Проведение лабораторных работ способствует развитию следующих компонентов профессиональных компетенций:
· способность разрабатывать и использовать графическую техническую документацию;
· способность решать инженерные задачи с использованием основных законов механики, гидравлики; знанием устройства и правил эксплуатации гидравлических машин;
· готовность к профессиональной эксплуатации машин и технологического оборудования для производства, хранения и первичной переработки сельскохозяйственной продукции;
· готовность изучать и использовать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследований.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ТРАНСФОРМАТОРА
На рисунке 1, а изображена дистанционная гидродинамическая передача, состоящая из центробежного насоса, направляющего аппараты и турбины.
Передача энергии от вала насоса к валу турбины производится три помощи рабочей жидкости (воды или масла). При вращении вала насоса в его направляющем аппарате под действием центробежной силы создается напор жидкости. Под влиянием этого напора жидкость перемещается по верхней соединительной трубе, ускоряется в направляющем аппарате турбины и ударяется в ее лопатки.
На рисунке 1, в показана упрощенная схема взаимодействия жидкости с подвижной лопаткой турбины. Поток жидкости, движущийся со скоростью V, воздействует с силой Р на среднюю часть лопатки, отстоящую от оси вращения на расстоянии R. Турбина вращается с угловой скоростью ω, поэтому линейная скорость средней части ее лопатки равна u. Из теории гидромашин известно, что сила взаимодействия потока жидкости с подвижной плоскостью пропорциональна квадрату относительной скорости:
,
где ρ — плотность жидкости (масса в единице объема);
F — площадь поперечного сечения потока.
Таким образом, при постоянной абсолютной скорости V жидкости увеличение скорости движения лопатки турбины приведет к уменьшению величины силы Р. При этом крутящий момент на валу лопатки турбины, численно равный произведению силы Р на радиус R, также уменьшится. И наоборот: уменьшение скорости вращения лопатки турбины приведет к увеличению крутящего момента на ее валу.
Рассмотренный процесс позволяет понять важнейшее свойство дистанционной гидродинамической передачи: трансформацию (изменение при передаче) крутящего момента в ней. В зависимости от угловой скорости вращения турбины, крутящий момент на ее валу может быть больше, равен или меньше крутящего момента на валу насоса. Причем преобразование крутящего момента происходит плавно и без применения каких либо дополнительных регулирующих устройств (саморегулируемая передача).
Однако КПД такой передачи очень низкий из-за больших потерь энергии в сложных направляющих аппаратах и соединительных трубопроводах.
Как увеличить КПД передачи, сохранив способность трансформировать крутящий момент? Решение было найдено в 1902 г. немецким инженером Феттингером.
На рисунке 1, б приведена принципиальная схема одного из вариантов гидродинамических агрегатов Феттингера. В одном корпусе в непосредственной близости друг от друга соосно расположены два рабочих колеса: насосное и турбинное. Между ними находится неподвижный направляющий аппарат. Все полости внутри корпуса заполнены рабочей жидкостью. Такие агрегаты стали называться гидротрансформаторами. Следует помнить, что направляющий аппарат у них неподвижен.
Жидкость в гидротрансформаторе совершает сложное движение: она вращается вместе с лопатками насоса и турбины и перемещается по кругу циркуляции (указано стрелками) между лопатками.
Рисунок 1 - Принцип действия гидродинамического трансформатора:
а — дистанционная гидродинамическая передача; б — гидротрансформатор; в — взаимодействие струи жидкости с подвижной лопаткой; г — распределение крутящих моментов между колесами гидротрансформатора.
1 — насос; 2 — направляющий аппарат; 3 — турбина
Упрощенная схема взаимодействия жидкости с лопатками гидротрансформатора показана на рисунках б и г.
При вращении лопатки насоса с угловой скоростью ω жидкость давит на ее стенку с силой, создающей на валу насоса момент М. Перемещаясь в лопатки направляющего аппарата, она воздействует на них моментом М3. Направляющий аппарат ускоряет поток жидкости на выходе и подает его на лопатки турбины так, что жидкость создает на валу турбины момент М2. Вся система (насосное и турбинное колеса и направляющий аппарат с корпусом) находится в равновесии: колеса равномерно вращаются, корпус неподвижно установлен на какой-то станине. Следовательно, сумма моментов равна нулю. Отсюда для гидротрансформатора
М2 = М1 + М3
Момент М3 передается на корпус и уравновешивается реакциями опор корпуса о станину. Поэтому его называют реактивным, а направляющий аппарат гидротрансформатора — реактором.
Рабочий процесс гидротрансформатора оценивается внутренними и внешними параметрами. Внутренними параметрами являются расход и напор жидкости, внешними — крутящие моменты и угловые скорости ведущего и ведомого валов. Отношения моментов и угловых скоростей называются передаточными числами:
= — кинематическое передаточное число;
K = — силовое передаточное число
(коэффициент трансформации).
Значения передаточных чисел взаимосвязаны через величину КПД:
η = = = к .
Графическое изображение зависимости внешних параметров (крутящих моментов и КПД) от величины, обратной кинематическому передаточному числу, называется внешней характеристикой гидротрансформатора.
Характеристика может быть получена экспериментально на тормозном стенде при постоянной частоте вращения вала насоса. Общий вид характеристики, построенной по абсолютным и относительным значениям параметров, показан на рисунке 2. Здесь:
= 1/i
Величина момента насоса на рис. 2, б оценивается безразмерным коэффициентом момента.
Из характеристики видно, что уменьшение угловой скорости турбины вызывает интенсивное увеличение момента на ее валу. При этом крутящий момент насоса увеличивается, но незначительно. В результате коэффициент трансформации увеличивается и достигает максимального значения при i' = 0 (турбина неподвижна, а вал насоса вращается с прежней скоростью).
Рисунок 2 - Внешняя характеристика гидротрансформатора:
а — по абсолютным значениям параметров;
б—безразмерная.
Вид кривой или характеризует «прозрачность» гидротрансформатора. Если с увеличением момент нарастает, гидротрансформатор называется «прозрачным» (двигатель «видит», что нагрузка на ведомом валу увеличивается). Можно создать, соответствующим образом профилируя лопатки, совершенно «непрозрачный» гидротрансформатор, у которого график и будет изображаться горизонтальной линией.
КПД гидротрансформатора имеет наибольшее значение только при каких-то средних (их называют номинальными) оборотах турбины, интенсивно уменьшаясь как при снижении, так и при увеличении угловой скорости турбины.
Дата добавления: 2015-11-28 | Просмотры: 1032 | Нарушение авторских прав
|