Способи регулювання режиму роботи гідромуфти та основні її характеристики

Режим роботи гідромуфти регулюється різними способами:

- шляхом зміни числа обертів ведучого вала;

- зміною форми проточної частини гідромуфти;

- зміною ступеня наповнення рідиною робочої порожнини;

- гальмуванням веденого вала.

Регулювання шляхом зміни числа обертів ведучого вала двигуна застосовують головним чином на транспортних і вантажопідіймальних машинах. При цьому регулюванні залишкового моменту на валу гідромуфти дуже невеличка величина, що дуже важливо для транспортних машин (автомобілів, тракторів). Наприклад, якщо залишковий момент на валу гідромуфти менше, ніж опір автомобіля при його русі, то водій може зупинити машину, не вимикаючи двигунів, а тільки знижуючи частоту обертання його вала. Якщо ж залишковий момент у гідромуфти великий, то для зупинки автомобіля застосовують гальма для провідних осей або буде потрібно роз’єднувальний пристрій.

Регулювання шляхом зміни форми проточної частини гідромуфти при незмінній ступеня заповнення, а також механічне регулювання до останнього часу практично не застосовувалися, головним чином – за малої глибини регулювання по моменту. Глибину регулювання розрізняють по обертального моменту і по швидкості.

Глибина регулювання по моменту – це відношення крутного моменту при основному робочому режимі веденого вала до мінімального моменту на тому ж валу при зупиненій турбіні.

Глибина регулювання по швидкості – це відношення номінальної частоти обертання веденого вала до мінімально можливій частоті обертання того ж валу.

Найпоширенішим способом регулювання гідромуфт є зміна ступеня наповнення рідиною робочої порожнини. Його часто називають рідинним регулюванням.

Розглянемо цей вид регулювання (управління) гідромуфти більш докладно.

Рідинне регулювання гідромуфт можна виконувати трьома способами:

- на вході в гідромуфту;

- на виході з гідромуфти;

- на вході і на виході з гідромуфти.

Кожен із способів рідинного регулювання має кілька конструктивних рішень окремих вузлів гідромуфт.

Регулювання роботи гідромуфти вимагає гнучкості, щоб гідромуфта могла швидко міняти частоту обертання вторинного валу, а час переходу з одного режиму на інший було мінімальним. Крім того, робота гідромуфти при різних режимах повинна бути стійкою.

Якщо робочу порожнину гідромуфти заповнювати рідиною в різного ступеня, то тим самим ми будемо змінювати частоту обертання веденого вала. Проте в роботі гідромуфт можуть спостерігатися нестійкі зони та регулювання забезпечується недостатньо.

Так, гідромуфта з регулюванням потоку рідини на вході здійснює зміну режимів за 2-3 хв, що недостатньо. До таких гідромуфтою відносяться гідромуфти з верхнім баком, гідромуфти з вільним викидом робочої рідини в нерухомий кожух.

Найбільш зручною в цьому відношенні є гідромуфта з обертовим резервуаром і з поворотною черпательною трубкою. Конструкція цієї гідромуфти найбільш проста і забезпечує швидке зміна частоти обертання веденого вала в бік збільшення, але і ця гідромуфта не може швидко зменшити частоту обертання веденого вала. Таким чином, гідромуфта збільшує у наведеній машині частоту обертання, але зменшення ж частоти обертання і в цій гідромуфті обмежується витратою рідини через отвори ніпелів.

Далеко не всі конструкції гідромуфт з регулюванням потоку рідини на виході відповідають основним вимогам, що пред’являються до роботи гідромуфти.

Наприклад, гідромуфта з клапанним управлінням має складну конструкцію і не забезпечує необхідну плавність переходу з однієї швидкості на іншу зважаючи стрибкоподібного зміни вихідних перетинів.

Найбільш прийнятною в даний час є гідромуфта з додатковим об’ємом і з порогом (рис. 2.9, а).

Ця гідромуфта має такі основні складальні одиниці: колесо 8, насоса, яке становить єдине ціле з обертовим внутрішнім кожухом 9, сполученим з зовнішнім кожухом 11 і з циліндричною частиною 7, фланець 3, пружний диск 4, колесо турбіни 6, ведений вал 14, кульковий підшипник 2, роликовий підшипник 1, дворядний роликовий підшипник 15, черпательна трубку 13, додатковий обсяг 10 і ковзаюча черпательна трубка 12. Колесо насоса виконано без тора, а турбіна з тором. Присутній поріг 5, встановлений на виході з турбіни.

Таку конструкцію гідромуфти застосовують з метою усунення стрибкоподібного зміни форми потоку в колі циркуляції і пов'язаних з цим коливань системи. Гідромуфту монтують на жорсткій плиті, яка є одночасно і зливним баком. Плита має живильний насос, що працює від свого електромотора.

Сучасні муфти роблять без тора або з тором незначної величини.

Найбільш надійним засобом усунення раптового переходу потоку з малого кола циркуляції на великій і назад є установка порогу на виході з турбіни.

Поріг – це тонка шайба, яка перекриває міжлопаточні канали на виході з турбіни до певної висоти. При невеликому заповненні гідромуфти, коли ковзання велике, а число обертів турбіни незначне, поріг перешкоджає утворенню циркуляції потоку по більшому колу (рис. 2.9, б). Циркуляція тонкого шару рідини з великою швидкістю по великому колу є нестійкою. Внаслідок великої різниці діаметрів при великому колі, на якому проходить обмін моментами кількості руху між насосом і турбіною, передавальний момент значно підвищується. Вал турбіни обертається з прискореної швидкістю протягом незначного часу, так як плівка рідини легко рветься і циркуляція перетвориться в мале коло, в результаті чого момент і швидкість на турбіні різко падають і цикл повторюється. Поріг (рис. 2.9, б) змушує потік формуватися весь час по малому колу, перешкоджаючи формуванню великого кола. На рис. 2.9, б показані: насос 1, турбіна 2, поріг 3, мале коло циркуляції 4.

Рисунок 2.9 – Гідромуфта з додатковим об’ємом і з порогом

Для того щоб краще зрозуміти властивості гідромуфти, розглянемо зовнішню характеристику, побудовану для гідромуфти, частота обертання веденого вала якої змінюється за допомогою навантаження крутного моменту або зняттям його.

Зовнішня характеристика гідромуфти дає залежність крутного моменту М, потужності N і ККД η гідромуфти від частоти обертання турбінного колеса η_т при постійній частоті обертання насосного колеса. Зазвичай графічно наносять криві залежностей крутного моменту і ККД, так як крива потужності для насосного колеса від кривої моментів при n_н=const відрізнятиметься тільки масштабом зображення.

Потужність турбінного колеса залежить від n_т і n_н. Якщо ми маємо n_т=0 і n_т= n_н, потужність турбінного колеса в цих двох випадках дорівнює нулю, а між зазначеними значеннями потужностей будемо мати максимум.

ККД гідромуфти при постійній частоті обертання насосного колеса n_н=const змінюється за законом прямої лінії, так як η=і=n_т/n_н. Як правило, зовнішню характеристику будують за результатами її випробувань (рис. 2.10).

Зовнішню характеристику гідромуфти (рис. 2.10, а) будують таким чином. На осі абсцис відкладають частоту обертання турбінного колеса n_т, або відносну частоту обертання турбіни і=n_т/n_н, а на осі ординат відкладають зміна обертального моменту, значення ККД і потужності.

Рисунок 2.10 – Характеристика гідромуфти

За зовнішній характеристиці можна побудувати так звану універсальну характеристику гідромуфти, яка дає залежність обертаючих моментів від числа обертів турбінного колеса при різних частотах обертання насосного колеса.

Крім того, універсальна характеристика дає криві залежностей крутних моментів гідромуфти при однакових значеннях ККД, тобто М_к=f(n_нn_т) при η=const для ряду значень η=0,1; 0,2; 0,3 і т. д.

Для побудови універсальної характеристики треба знати зовнішні характеристики гідромуфти, отримані в результаті випробувань останньої при кількох постійних частотах обертання насосного колеса, починаючи з n_н=100 %, потім n’_н=90, 80, 70 % і т. д.

Універсальну характеристику будують по зовнішній характеристиці такий спосіб (рис. 2.10, б). Припустимо, що насосне колесо гідромуфти має частоту обертання n_1н, а турбінне колесо n_1т, при цих частотах обертання створюється крутний момент М_1к і ККД гідромуфти η_1гм. Тоді крутний момент М_2к, буде дорівнювати М_2к=М_1к(n_2н/ n_1н)². Знайдемо частоту обертання n_2т, якому відповідає крутний момент М_2к, з рівності ККД при n_2т і n_1т, тоді

(2.37)

Відомо, що

, (2.38)

тоді

(2.39)

звідки

(2.40)

Відкладаючи знайдені моменти М_1к і М_2к на кривих при числах обертів n_1н і n_2н, ми отримаємо відповідно точку А₁ і точку А₂, при з'єднанні яких отримаємо частину кривої при η_2гм=const.

Побудована таким чином універсальна характеристика гідромуфти показана на рис. 2.10, в. За універсальною характеристиці будують тягову характеристику гідромуфти.

На рис. 2.11 показано побудова тягової характеристики гідромуфти по її універсальною характеристиці, де криві крутних моментів при частоті обертання насосного колеса відповідно n_1н=1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 200 в хвилину.

На універсальну характеристику гідромуфти наносять криву моменту двигуна залежно від частоти обертання насосного колеса (рис. 2.11, а). Побудова тягової характеристики здійснюється наступним чином. На універсальної характеристиці (рис. 2.11, а) будують лінію моменту М, що відповідає моменту двигуна, якщо вал його з’єднаний безпосередньо з валом насосного колеса. Якщо момент двигуна передається на насосне колесо через підвищувальну механічну передачу, то значення моменту наносять з урахуванням передавального відношення підвищувальної передачі. Точки перетину кривої моменту двигуна М з кривими моменту гідромуфти a, b, c, d, e, f, k, q переносимо на тягову характеристику гідромуфти (рис. 2.11, б). Потім будуємо криву частоти обертання насосного колеса по частоті обертання турбінного колеса n_н=f(n_т). Далі за частотою обертання насосного та турбінного коліс визначаємо ККД гідромуфти η_гм=n_т/n_н і будуємо криву на тяговій характеристиці η_гм=f(і).

Рисунок 2.11 – Побудова тягової характеристики гідромуфти

Гідромуфта здатна із зменшенням числа обертів ведучого вала передавати крутний момент М на ведений вал значно більшої величини. Розглянемо, чому так відбувається. З рівняння (2.5) крутний момент турбіни дорівнює:

(2.41)

Швидкість υ_2т при вході в турбіну дорівнює швидкості υ_2н при виході з насоса, тобто υ_2т=υ_2н тоді рівняння прийме вигляд:

(2.42)

Як правило, в гідромуфтах встановлено радіальні лопатки з робочими кутами β=90°. Тоді можна прийняти вигляд:

, (2.43)

У свою чергу

(2.44)

звідки

(2.45)

Беручи до уваги сказане і підставляючи наведені вирази в рівняння (2.42), отримаємо:

(2.46)

Як видно з рівняння (2.46), що крутний момент турбіни збільшується в двох випадках.

При збільшенні витрати Q, якщо частота обертання вала турбіни падає, швидкість по каналах гідромуфти збільшується, в результаті зростає Q, а зі збільшенням витрати передається гідромуфтою крутний момент на ведений вал також збільшується, що видно з рівняння (2.46).

Якщо і – частота обертання турбіни – зменшується, отже, зменшується другий член в дужках рівняння (2.46), що збільшує передаточний момент гідромуфти. При і=0, коли вал турбіни зупинився, збільшення переданого моменту за рахунок зменшення і буде максимальним, так як при цьому другий член в дужках рівняння (2.46) дорівнюватиме нулю.

Слід сказати, що гідромуфта здатна до роботи з великими перевантаженнями, але це можливо за умови, що збільшені крутні моменти, що передаються веденому валу, забезпечуються віддачею таких же збільшених крутних моментів від двигуна, що підтверджується рівністю М_н = М_т.

Поиск по сайту: