Сделай Сам Свою Работу на 5

Устройство и принцип действия гидропередач. Классификация

 

Гидропередача представляет собой устройство, включающее в себя насос и гидродвигатель, и предназначена для передачи энергии от двигателя к приводимой машине потоком жидкости.

Гидропередачи передают мощность при отсутствии жесткого соединения ведущего и ведомого валов. Благодаря этому, двигатель и приводимая машина оказываются защищенными от вредного влияния пульсаций нагрузки. При передаче мощности гидропередачи способны плавно изменять величину, а иногда и знак приводимого крутящего момента.

В зависимости от применяемых машин, гидропередачи делятся на: гидродинамические (лопастной насос + лопастной гидродвигатель) и объемные (объемный насос + объемный гидродвигатель).

 

14.2. Рабочий процесс и основные свойства гидродинамических
передач. Характеристики гидромуфты и гидротрансформатора

Гидродинамическая передача состоит из насосного 1 и турбинного 2 колес (рис 14.1). Колесо центробежного насоса насажено на ведущий вал 5, соединенный с валом двигателя, турбинное колесо закреплено на ведомом валу 3. Цифрой 4 обозначен корпус. Между насосным и турбинным колесами оставляется небольшой зазор (3 – 6 мм.). При такой схеме отпадает необходимость в промежуточных устройствах – трубопроводах, спиральных камерах, диффузорах, служащих для подвода и отвода жидкости. Устраняются и весьма существенные потери в этих устройствах. Поэтому КПД гидродинамических передач определяется в основном потерями в рабочих колесах и достигает достаточно высоких значений 0,85 ÷ 0,98.

Принцип работы гидропередачи (на рис. 14.1 изображена принципиальная схема гидродинамической муфты) заключается в следующем: приводной двигатель вращает насосное колесо и в нем под воздействием центробежных сил жидкость отбрасывается на периферию и происходит увеличение ее энергии. Жидкость под образовавшимся напором через незначительный зазор попадает на колесо турбины, где происходит преобразование гидравлической энергии в механическую. Ведомый вал приходит в движение.



Отработавшая в турбинном колесе жидкость вновь поступает в насосное колесо и цикл замыкается. Таким образом связь ведущего 5 и ведомого 3 валов осуществляется с помощью жидкости.

Гидромуфта представляет собой изолированную систему. На нее действуют внешние моменты со стороны валов, а также момент, трения об окружающий воздух. Если пренебречь моментом трения о воздух, то у гидромуфты момент на насосном колесе равен моменту турбинного колеса.

Гидротрансформатор отличается от гидромуфты тем, что кроме насосного 1 и турбинного 2 колес в его рабочей полости установлен жестко соединенный с неподвижным корпусом 6 реактор 3. Обычно реактор устанавливают между выходом из турбинного колеса и входом в насосное колесо (рис. 14.2). Реактор, отклоняя жидкость своими лопатками, изменяет момент количества движения потока. Следовательно, в гидротрансформаторе моменты количества движения за турбинным колесом и перед входом в насосное колесо не равны друг другу, а это в свою очередь приводит к возрастанию крутящего момента на выходном валу по сравнению с крутящим моментом на входном. Число насосных, турбинных колес и реакторов может быть различным и определяется величиной передаваемых мощностей и крутящего момента.

Рассмотрим основные закономерности гидродинамических передач. Воспользуемся уравнением Эйлера для лопастных машин и запишем

  для насоса (14.1)
  для турбины
  для реактора .

Здесь индексы 1, 3, 5 относятся ко входу в насос, турбину, реактор;

индексы 2, 4, 6 соответственно к выходу;

сu – проекция абсолютной скорости на направлении окружной (с×cosa).

Подводимый крутящий момент считается положительным, а отводимый и реактивный – отрицательными, т.е. М1 > 0; М2 < 0; М3 < 0.

Составим сумму моментов

  . (14.2)

Ввиду того, что зазоры между колесами малы, можно полагать, что

  . (14.3)

Тогда многочлен, стоящий в скобках (14.2), оказывается равным нулю, т.е алгебраическая сумма всех крутящих моментов гидродинамической передачи равна нулю

  . (14.4)

Запишем баланс мощности в гидропередаче. Мощность N1 подведенная к гидропередаче, равна сумме отводимой N2 и потерянной Nп мощностей

  (14.5)

Выразим мощности через расход Q и напоры Н

  (14.6)

здесь Н1, Н2 и hп – напоры, развиваемый насосом, потребляемый турбиной, теряемый на преодоление гидравлических сопротивлений.

Очевидно из (14.6)

  или . (14.7)

Напор, потребляемый турбиной, меньше напора насоса на величину, расходуемую на преодоление гидравлических сопротивлений.

Полный КПД гидродинамической передачи

  , (14.8)

где – коэффициент трансформации крутящего момента;

– передаточное отношение.

тогда

  . (14.9)

У гидромуфты к = 1 (крутящий момент передается без изменений) поэтому

  . (14.10)

При нормальной работе гидромуфты частоты вращения ведущего и ведомого валов отличаются на 3 – 5 %, т.е. i = 0,95 ÷ 0,97 и, следовательно, КПД гидромуфты hгм = 0,95 ÷ 0,97.

Гидротрансформаторы, как правило, строят для увеличения крутящего момента,
т.е. к > 1. Обычно при максимальном КПД у гидротрансформаторов к = 1,1 ÷ 1,75, i = 0,5 ÷ 0,8 и hгт = 0,85 ÷ 0,9.

Полный КПД гидропередачи

  , (14.11)

где η1 – КПД насосного колеса;

η2 – КПД турбинного колеса;

η3 – КПД реактора.

Зависимость момента от передаточного отношения при n1 = const называется моментной (внешней) характеристикой гидропередачи. Естественно, что у гидромуфты и гидротрансформатора характеристики разные. Расчет характеристик теоретически затруднен. Поэтому характеристики получают опытным путем. На (рис. 14.3) изображена характеристика гидромуфты. Характеристика М = f(i) имеет вид падающей кривой. Следовательно, если момент сопротивления, приложенный к ведомому валу, увеличивается, то число оборотов n1 этого вала снижается. При отсутствии момента сопротивления n2 → n1, т.е. i → 1. При достаточно высоком М2 ведомый вал может быть остановлен и гидромуфта выполняет роль гидротормоза.

 
 

Гидромуфты выбирают так, чтобы на режимах, соответствующих длительной эксплуатации, они работали при оптимальном расчетном передаточном отношении ip, т.е. с максимальным КПД. Крутящий момент, соответствующий ip, а следовательно максимальному КПД называется расчетным Мр.

Относительная разница числа оборотов ведущего и ведомого валов гидромуфты называется скольжением

  (14.12)

и выражает собой долю потерь в балансе энергии гидромуфты.

Энергия потерь в гидромуфте преобразуется в тепло. Поэтому рабочая жидкость и детали во время работы нагреваются. В некоторых случаях приходится устраивать специальную систему охлаждения.

Рассмотрим характеристику гидротрансформатора. Характеристикой гидротрансформатора также является зависимость величины моментов от n2 или от передаточного отношения (рис. 14.4). На ее поле откладываются абсолютные величины моментов
М1 = f(i) и М2 = f(i), полученные при n1 = const. Часто для удобства сравнения характеристик гидротрансформаторов разных типов вместо зависимости М2 = f(i) наносят зависимость К = М2 / М1 = f(i).

Кроме моментных кривых, характеристика содержит вычисленную на их основании зависимость КПД – η = ki. Максимальное значение КПД гидротрансформаторов колеблется в пределах 0,8 £ η < 0,92.

Рассмотрим главные свойства характеристики гидротрансформатора. Основная зона, в которой гидротрансформатор выполняет функции редуктора (|М2| > |М1|; М3 > 0; К > 1) обозначена буквой А. В ней КПД гидротрансформатора всегда меньше КПД гидромуфты. Если момент сопротивления М2, нагружающий ведомый вал снижается, то, согласно общим энергетическим закономерностями, число оборотов n2 этого вала возрастает. При этом поток в рабочей полости перестраивается соответственно новым условиям нагрузки, но за реактором, где поток направлен его неподвижными лопатками, структура потока меняется мало. Поэтому момент М1 насосного колеса изменяется незначительно при сильном изменении М2. Такая характеристика называется непрозрачной, в отличие от гидромуфты у которой характеристика прозрачная.

В зоне Б |М2| < |М1| или К < 1, а КПД гидротрансформатора меньше КПД гидромуфты. На границе зон А и Б реактор не воздействует на поток, здесь К = 1 и такой режим можно назвать режимом гидромуфты.

Характеристика гидротрансформатора может содержать и участок зоны В, где гидротрансформатор выполняет функции ускоряющей передачи.

Характеристики гидротрансфоматора получают опытным путем.

Рассмотрим основные свойства и возможности гидропередач. Одним из основных достоинств является полное отсутствие жесткой связи между валами при передаче мощности. Поток жидкости между насосным и турбинным колесами эффективно гасит пульсации момента вследствие изменения сопротивления на рабочих органах приводимой машины. Причиной этого является инерционность потока, перестраивающегося с запаздыванием по отношению к изменению внешних нагрузочных параметров.

Особенностью рабочего процесса является то, что даже при заклинивании ведомого вала (i = 0) момент, нагружающий двигатель, не превосходит определенной предельной величины, а это значит, что двигатель не может быть перегружен. Это свойство важно для двигателей внутреннего сгорания и асинхронных электродвигателей.

Гидропередача защищает также двигатель от перегрузок во время разгона машины до эксплуатационного числа оборотов. При наличии гидропередачи двигатель разгоняет только насосное колесо, момент инерции которого мал, и рабочую жидкость, инерцией которой можно пренебречь.

Гидропередачи позволяют изменять число оборотов ведомого вала при неизменном числе оборотов двигателя. Таким образом, можно получить бесступенчатую трансмиссию.

Указанные свойства гидропередач особенно ценны для транспортных машин, строительных, дорожных, горных машин и т.д.

 

 


14.3 Объемный гидропривод. Принцип действия и назначение.
Принципиальные схемы

 

Объемный гидропривод – это совокупность устройств для передачи механической энергии и преобразования движения с помощью жидкости.

В состав объемного гидропривода входят объемные насос и гидродвигатель, регулирующая и предохранительная аппаратура, вспомогательные устройства.

По виду источника энергии, гидроприводы делятся на три типа

а) насосный, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от объемного насоса;

б) аккумуляторный, в котором рабочая жидкость в гидродвигатель подается от предварительно заряженного гидроаккумулятора;

в) магистральный, в котором рабочая жидкость в гидродвигатель подается от магистрали, получающий питание от насосной станции.

В зависимости от наличия устройств для изменения скорости движения выходного звена гидроприводы подразделяются на нерегулируемые и регулируемые.

В отличие от гидродинамических передач, в объемных источник и потребитель энергии соединены друг с другом трубопроводами. Отделение источника энергии (насоса) от исполнительного органа (гидродвигателя) позволяет заменить сложную механическую трансмиссию. Гидропривод легко управляется и автоматизируется, дает возможность бесступенчато регулировать скорость исполнительного органа; создавать следящие системы. Благодаря своему малому удельному весу гидропривод во многих областях вытесняет электропривод и тем более механические передачи. Гидропередачи позволяют получать усилия, в сотни раз превосходящие усилия, развиваемые электрическими устройствами.

В объемных гидропередачах обычно применяются роторные насосы – аксиальные, радиальные, пластинчатые, шестеренные. В качестве двигателей применяются поршневые силовые цилиндры и роторные гидромоторы.

Принципиальная схема объемного гидропривода представлена на рис. 14.5.

В указанной схеме насос 1 забирает жидкость из гидробака и через дроссель 4 и распределитель 2 подает ее в гидродвигатель 3. Предохранительный клапан 5 сбрасывает часть жидкости в бак, когда давление окажется больше, чем отрегулированное заранее.

Объемная гидропередача может быть выполнена и в виде единого агрегата нераздельного исполнения.

Регулирование числа оборотов выходного вала гидравлической передачи осуществляется изменением количества жидкости, поступающей к гидромотору при постоянном рабочем объеме его, либо изменением этого объема при постоянном расходе жидкости. Расход насоса можно изменять отводом части потока жидкости в бак при постоянном рабочем объеме насоса (дроссельное регулирование), либо изменением рабочего объема насоса (объемное регулирование).

Теоретическое число оборотов гидромотора вычисляют из условия равенства объемов, описываемых рабочими элементами насоса и мотора в единицу времени Qн = Qм или qн nн = qм nм. Отсюда теоретическое число оборотов гидромотора

  (14.13)

где nн – число оборотов насоса;

qн и qм – рабочие объемы насоса и гидромотора – расчетная производительность за один оборотов.

Из (14.13) видно, что осуществить регулирование скорости выходного вала передачи можно в том случае, если один из агрегатов, (насос или гидромотор) регулируемый. При регулировании выходной скорости гидромотора изменением рабочего объема qн насоса получим при постоянном рабочем объеме qм и давлении жидкости переменную мощность Nт и постоянный крутящий момент Мт на валу гидромотора, а при регулировании рабочего объема гидромотора при постоянном рабочем объеме насоса – постоянную мощность и переменный крутящий момент на валу гидромотора.

Рассмотрим потери мощности и КПД гидропередачи. Потери состоят из объемных и механических (включая гидравлические). В передачах нераздельного исполнения гидравлический КПД не рассчитывается. В этом случае гидравлические потери на пути от точек, в которых измерены давления, до рабочих камер насоса и гидромотора войдут соответственно в механические потери насоса и гидромотора. Для передачи раздельного исполнения потери мощности, обусловленные сопротивлением магистралей, по которым циркулирует жидкость в системе, выражаются гидравлическим КПД передачи hг. пер.

  , (14.14)

где рн – давление на выходе из насоса;

тр =Dрн + Dрсл – суммарные потери давления в нагнетательной (Dрн) и сливной (Dрсл) магистралях.

Полный КПД передачи равен произведению полных КПД насоса и гидромотора, а также (для передач раздельного исполнения) гидравлического КПД передачи

  . (14.15)

Величина полного КПД нераздельной передачи

  , (14.16)

где Nэф. м, Nпр. н – мощности эффективная на валу гидромотора, и приводная насоса;

Мтор. м и Мпр. н – фактический крутящий момент на валу гидромотора (тормозной момент) и насоса (приводной момент);

nэф. м и nн эффективное число оборотов гидромотора и приводное число оборотов насоса.

Объемный КПД передачи

  . (14.17)

Эффективная мощность на валу передачи (гидромотора)

  . (14.18)

Полный КПД гидропередачи средний мощности обычно равен 80 – 94 %.

 



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.