Лекция 14[1]. Гидродинамические передачи. Часть..


Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:

* Лекция 14 * Гидродинамические передачи * Лекция 14 * Введение Гидродинамические передачи представляют сочетание в одном агрегате двух лопастных машин – центробежного насоса и гидротурбины. С их помощью энергия от двигателя переносится к приводной машине потоком жидкости, т.е. гидродинамические передачи являются трансмиссиями * Лекция 14 * Повестка дня Часть 1Общие сведенияМоделирование гидродинамических передачГидродинамические муфтыГидродинамические трансформаторыЧасть 2Совместная работа ДВС с гидромуфтойСовместная работа гидротрансформатора и ДВС Система питания гидродинамической передачи * Лекция 14 * Гидродинамические передачи способны ограничивать величину передаваемого момента и сглаживать его пульсации при внезапном изменении сопротивления движению машины. Этим они защищают двигатель и механическую часть трансмиссии от перегрузок и ударных нагрузок, увеличивая их долговечность. Они также устраняют перегрузку двигателей во время пуска, при разгоне машин, обладающих большой инерцией. При этом отпадает необходимость завышения установленной мощности двигателей. * Лекция 14 * Словарь Однопоточными называют гидродинамические передачи которые передают всю мощность посредством жидкости.Двухпоточными называют гидродинамические передачи которые только часть мощности передают посредством жидкости, другую часть они передают механическим путем, минуя гидравлические колеса. Гидродинамические передачи могут быть однопоточными и двухпоточными. * Лекция 14 * Общие сведения Гидродинамические передачи в зависимости от конструктивного исполнения и назначения подразделяются на:гидромуфты – гидродинамические сцепления и гидротрансформаторы – преобразователи крутящего момента. * Лекция 14 * Коэффициент полезного действия любой трансмиссии равен отношению мощности на выходном валу N2 к мощности, подведенной к входному валу N1 * Лекция 14 * Используя уравнение, связывающее мощность с крутящим моментом M и частотой вращения вала w где n – число оборотов вала за минуту, получим * Лекция 14 * Отношение крутящих моментов на ведомом и ведущем валахназывают коэффициентом трансформации крутящего момента.Отношение частоты вращения ведомого вала к частоте вращения ведущего валаназывают передаточным отношением. * Лекция 14 * В установившемся режиме работы условие равновесия представляет собой равенство нулю суммы моментов, действующих в гидропередачегде М1 – момент на ведущем валу; М2 – момент на ведомом валу; М3 – момент, воспринимаемый внешними опорами. * Лекция 14 * Трансмиссия, у которой отсутствует внешняя опора (М3 = 0), называется муфтой (в случае гидродинамической передачи – гидромуфтой). Для муфт, вне зависимости от принципа действия, выполняются следующие соотношения: * Лекция 14 * Гидромуфта передает крутящий момент без изменения.Для трансформации крутящего момента наличие внешней опоры обязательно! * Лекция 14 * Моделирование гидродинамических передач Сложный характер движения жидкости в гидродинамических передачах не поддается аналитическому описанию. Поэтому при создании новых устройств приходится выполнять большой объем экспериментальных исследований. Научной основой обобщения опытных данных является теория подобия. * Лекция 14 * Условием подобия рабочих режимов гидропередач с геометрически подобными лопастными системами является кинематическое подобие, которое выражается в подобии треугольников скоростей на границах рабочих колес. Внешним проявлением подобия режимов работы сравниваемых гидропередач является равенство у них передаточного отношения. Мощность, передаваемую гидродинамической передачей можно описать следующей функциональной зависимостьюp-теорема подобия утверждает, что физическое уравнение, содержащее размерных величин, из которых величин имеют независимую размерность, после приведения к безразмерному виду будет содержать безразмерных величин. * Лекция 14 * Согласно p – теореме теории подобия из вышеприведенной зависимости можно составить пять безразмерных комплексов: * Лекция 14 * В результате многочисленных экспериментов было показано, что реальные гидравлические передачи работают в автомодельной области относительно критерия Рейнольдса. * Лекция 14 * При проектировании гидравлических передач в качестве основных используют следующие уравнения: * Лекция 14 * Значения коэффициентов мощности и момента находят экспериментально. Они зависят от конструкции проточной части передачи и ее размеров. При соблюдении геометрического подобия и равенства передаточных отношений данные коэффициенты имеют одинаковые значения у модели и гидропередачи, выполненной в натуральную величину. * Лекция 14 * Графики зависимостей коэффициентов мощности и момента от передаточного отношения называют обобщенными характеристиками. У модели и натуры они одинаковы, т.е. имеют универсальный вид, что позволяет использовать данные модельных исследований при расчете полномасштабных объектов. * Лекция 14 * Гидродинамические муфты Гидромуфта была создана в Германии в 1909 – 1910 годах профессором Фиттингером и впервые была применена в качестве эластичной связи двух валов на судне.В настоящее время гидромуфты используются для передачи мощности от 0,5 до 35000 кВт в одном агрегате и более. Гидромуфты состоят из расположенных в общем корпусе 3 лопастных колес: насосного 1, соединенного с валом двигателя; и турбинного 2, связанного с ведомым валом. * Лекция 14 * Лопасти рабочих колес, как правило, плоские радиальные. Они крепятся к торообразным направляющим поверхностям. В образованной ими рабочей полости гидропередачи движется поток жидкости, обтекающий лопасти колес (жидкость движется по замкнутому кругу, образуя гидродинамическую цепь с поворотом потока на 360о). * Лекция 14 * Поскольку направление движения жидкости в полости турбинного колеса противоположно действию центробежной силы, то возникновение циркуляции жидкости возможно лишь в случае, когда на частицу жидкости массой m, находящуюся на радиусе r, в насосном колесе будет действовать большая центробежная сила, чем на аналогичную частицу в турбинном колесе, т.е. * Лекция 14 * Так как и , то для реализации указанного условия необходимо, чтобы скорость вращения насосного колеса превышала скорость вращения турбинного. Словарь Отставание частоты вращения колеса турбины по отношению к частоте вращения колеса насоса называют скольжением гидромуфты. Численное значение скольжения определяют по формуле * Лекция 14 * В установившемся режиме сумма моментов, приложенных к гидромуфте извне, равна нулю. * Лекция 14 * Внешними моментами являются: М1 – момент, приложенный со стороны двигателя к входному (ведущему) валу; М2 – момент сопротивления потребителя, приложенный к выходному валу; М3 – момент трения вращающегося корпуса об окружающую гидромуфту среду (обычно его численное значение невелико, и в приближенных расчетах им пренебрегают). * Лекция 14 * Следовательно, * Лекция 14 * Момент М передается турбинному колесу потоком жидкости, обтекающим рабочие лопатки, за счет: изменения момента количества движения и трением через жидкость, находящуюся между корпусом и поверхностью турбинного колеса. Вторая составляющая момента существенно меньше по величине первой. В промежутках между выходным сечением насоса 2Н и входным сечением турбины 1Т, выходным сечением турбины 2Т и входным сечением насоса 1Н моменты количества движения потока неизменны, поэтому уменьшение момента количества движения в турбинном колесе всегда равно приращению его в насосном колесе. * Лекция 14 * Согласно теореме об изменении момента количества движения, момент, требуемый от двигателя для увеличения момента количества движения потока в насосном колесе равен Из уравнения видно, что момент, приложенный к двигателю, пропорционален расходу жидкости Q и изменению момента скорости потока Vur в рабочем колесе насоса.При отсутствии скольжения расход Q и момент М равны нулю. При низкой частоте вращения ведомого вала (nт) и, следовательно, слабом поле центробежных сил в межлопастных каналах, турбинное колесо оказывает малое противодействие протеканию потока жидкости. При этом и передаваемый момент также максимален. * Лекция 14 * Словарь Внешней характеристикой гидромуфты называют зависимость момента, мощности и КПД гидромуфты от числа оборотов ведомого вала, при постоянной частоте вращения ведущего вала, или от передаточного отношения. * Лекция 14 * Внешняя характеристика гидромуфты * Лекция 14 * Так как гидромуфта не производит изменения крутящего момента, т.е. коэффициент трансформации крутящего момента у нее равен единице, то справедливы следующие выражения: * Лекция 14 * В основной зоне эксплуатационных режимов (0 < i < ip), зависимость коэффициента полезного действия от передаточного отношения линейная. При , КПД падает. Момент, передаваемый гидромуфтой, в этой зоне быстро убывает, и его значение становится соизмеримым с моментом М3 трения корпуса об окружающую среду. Область отрицательного значения передаточного отношения на характеристике гидромуфты соответствует режиму противоположного вращения насосного и турбинного колеса. В этой области гидромуфта выполняет функцию тормоза, КПД при этом равен нулю. Теряемая энергия, затрачиваемая на преодоление трения потока о лопасти и стенки рабочей полости, а также на вихреобразование, превращается в теплоту. В гидромуфтах, длительно работающих при больших скольжениях и, особенно в области противоположного вращения насосного и турбинного колес, необходимо предусматривать системы охлаждения. При малых скольжениях достаточно естественного обдува корпуса потоком воздуха. * Лекция 14 * Регулирование гидромуфты производят с целью изменения частоты вращения ведомого вала при неизменной частоте ведущего. Его осуществляют путем воздействия на форму проточной части, либо изменением степени наполнения муфты жидкостью. * Лекция 14 * Поскольку момент, передаваемый гидромуфтой, зависит от расхода циркулирующей жидкости, то, изменяя ее количество, можно изменять и величину передаваемого момента при той же величине скольжения. С другой стороны, если момент остается неизменным, то происходит изменение скольжения и, следовательно, изменяется передаточное отношение. Результатом этого будет изменение частоты вращения ведомого вала. * Лекция 14 * Реализация этого способа регулирования осуществляется путем установки "черпальных" трубок, позволяющих выводить, при необходимости, часть жидкости из контура циркуляции. * Лекция 14 * Область применения Гидромуфты целесообразно применять на машинах, работающих при переменных режимах, когда требуется часто переключать передачи при резком изменении сопротивления движению, а также при частом изменении направления движения. * Лекция 14 * Достоинства гидромуфты Установка гидромуфты в механическую трансмиссию обеспечивает устойчивую работу двигателя независимо от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала, создает условия для плавного трогания с места и интенсивного разгона машины. Плавное трогание машины способствует также повышению ее проходимости.Кроме того, агрегаты трансмиссии с гидромуфтой предохраняются от возникающих динамических нагрузок, что способствует увеличению их долговечности. * Лекция 14 * Прежде всего, гидромуфта не обеспечивает чистоту выключения передач и вынуждает вводить дополнительную фрикционную муфту, что усложняет и удорожает трансмиссию. Вторым недостатком является постоянная потеря мощности в пределах (2,5…3)% от передаваемой эффективной мощности двигателя. Недостатки гидромуфты * Лекция 14 * Гидродинамические трансформаторы Гидродинамические передачи, обладающие свойством автоматического и бесступенчатого изменения в определенных пределах крутящего момента, называются гидротрансформаторами. * Лекция 14 * Установка гидротрансформатора в трансмиссию тяговой машины позволяет существенно облегчить управление машиной, обеспечивает плавное трогание ее с места, плавный разгон, а также более полное использование мощности двигателя на резко переменных нагрузках. Достоинства гидротрансформаторов * Лекция 14 * Вследствие плавного возрастания тягового усилия на ведущих органах у машины с гидротрансформатором уменьшается возможность буксования, что способствует повышению ее проходимости на слабых грунтах. Наличие гидротрансформатора в трансмиссии способствует увеличению долговечности двигателя и агрегатов трансмиссии за счет уменьшения возникновения крутильных колебаний и динамических нагрузок. * Лекция 14 * При работе машины в тяжелых дорожных условиях гидродинамическая передача позволяет улучшить важнейшие эксплуатационные показатели тяговой машины – производительность и топливную экономичность. * Лекция 14 * более низкий коэффициент полезного действия по сравнению с механической коробкой передач; более высокая стоимость; затрудненный запуск двигателя буксировкой машины;неэффективное торможение машины двигателем. Недостатки гидротрансформаторов Схема гидротрансформатора Гидротрансформатор состоит из трех соосных рабочих колес лопастного типа: насосного 1 (ведущего), турбинного 2 (ведомого) и неподвижного колеса реактора 3, расположенных в общем корпусе, заполненном рабочей жидкостью. * Лекция 14 * Насосное колесо приводится во вращение непосредственно от вала двигателя тяговой машины или через редуктор, а турбинное колесо соединено через механическую передачу трансмиссии с ведущими органами машины. Колесо реактора (реактивное колесо) соединено с неподвижным корпусом гидротрансформатора и служит для автоматического преобразования крутящего момента. * Лекция 14 * В гидротрансформаторах используют лопасти с криволинейным профилем. Это необходимо для получения высокого коэффициента полезного действия в широком диапазоне изменения передаточных отношений. Схема движения жидкости в гидротрансформаторе * Лекция 14 * При анализе движения жидкости в гидротрансформаторе принимают Насосное колесо, используя момент двигателя, увеличивает момент количества движения потока. Это проявляется в увеличении момента скорости потока от значения на выходе из реактора ( ) до значения на выходе из насосного колеса (). * Лекция 14 * Согласно турбинному уравнению ЭйлераТак как лопасти реактора также изменяют момент скорости потока, то общее приращение момента количества движения, как в реакторе, так и в насосном колесе, будет равным * Лекция 14 * В турбинном колесе момент скорости потока уменьшается от значения на входе до значения на выходе из него за счет чего возникает момент, позволяющий преодолевать сопротивление, приложенное к выходному валу гидротрансформатора * Лекция 14 * Из формул видно, что гидротрансформатор развивает на выходном валу момент M2 больший, чем момент, которым он сам нагружает двигатель M1. При этом частота вращения выходного вала ниже, чем у двигателя, т.е. n2 < n1 или i < 1.Небольшая часть момента передается за счет дискового трения и трения в подшипниках и уплотнениях. По этой причине гидротрансформаторы с вращающимся корпусом имеют более высокий КПД. * Лекция 14 * Словарь Внешней характеристикой гидротрансформатора называют графическое изображение зависимости крутящих моментов на насосном и турбинном колесах, а также КПД гидротрансформатора от частоты вращения турбинного колеса при постоянной частоте вращения насосного колеса (или от передаточного отношения). * Лекция 14 * Внешняя характеристика ГТ * Лекция 14 * Падение момента сопротивления с повышением передаточного отношения объясняется изменением треугольников скоростей в связи со значительным изменением оборотов ведомого вала n2. Режим работы насосного колеса при изменении частоты вращения ведомого вала меняется незначительно (обороты ведущего вала постоянны, направление и величина скорости потока на входе в насос определены неподвижной лопастной системой реактора и слабо меняющимся расходом жидкости). Следовательно, незначительно меняется скорость и на выходе из насосного колеса. * Лекция 14 * На выходе из турбинного колеса скорость потока изменяется в соответствии с оборотами выходного вала. Снижение частоты вращения последнего приводит к уменьшению переносной скорости. Это ведет к уменьшению окружной составляющей выходной скорости потока, которая может стать даже отрицательной, т.е. направленной против вращения колеса. В этих условиях момент на ведомом валу будет превышать момент на ведущем (М2>М1). * Лекция 14 * * Лекция 14 * На характеристике такой режим соответствует области А. * Лекция 14 * При увеличении частоты вращения ведомого вала, окружная составляющая скорости потока на выходе из турбинного колеса растет, что приводит к уменьшению момента, создаваемого турбинным колесом. При этом уменьшается и воздействие реактора на поток. * Лекция 14 * Границей зоны А является точка, соответствующая режиму, при котором реактор не воздействует на поток Этот режим называют режимом гидромуфты (точка Г). В режиме гидромуфты выполняются следующие соотношения: * Лекция 14 * При дальнейшем повышении оборотов ведомого вала (зона Б характеристики), момент, развиваемый турбинным колесом станет меньше момента двигателя (k<1). Реактор в этой зоне раскручивает поток и направление действия момента M3, приложенного к лопастям реактора, меняется на противоположное. * Лекция 14 * Характеристика может включать и зону В, в которой при очень малых значениях М2 гидротрансформатор выполняет роль ускоряющей передачи (i>1), а также зону Д – режим противоположного вращения турбинного и насосного колеса, в которой гидротрансформатор выполняет функцию тормоза.В зоне А, где k>1, КПД гидротрансформатора всегда больше КПД гидромуфты. * Лекция 14 * Величина потерь энергии в гидротрансформаторе оценивается коэффициентом полезного действия:Максимальное значение коэффициента полезного действия гидротрансформатора находится в пределах 0,85…0,92. * Лекция 14 * При отсоединении реактора от неподвижного корпуса в точке Г гидротрансформатор превращается в гидромуфту. Гидравлические трансформаторы, которые могут работать и как гидромуфты, называются комплексными. * Лекция 14 * В комплексном гидротрансформаторе колесо реактора (может быть и два реактивных колеса) установлено на механизме свободного хода 4 и в зависимости от степени преобразования крутящего момента оно может быть во время работы неподвижным или вращаться совместно с турбинным колесом. * Лекция 14 * Комплексные гидротрансформаторы позволяют повысить КПД передачи, когда не требуется преобразования крутящего момента. На высоких скоростях движения машины по хорошим дорогам комплексные гидротрансформаторы обеспечивают более высокую топливную экономичность автомобиля, поэтому они получили преимущественное распространение на автотранспорте. * Лекция 14 * Колесо реактора может быть установлено на выходе рабочей жидкости из насосного колеса или на выходе из турбинного колеса.При размещении реактора в зоне максимальных скоростей потока на выходе жидкости из колеса насоса можно получить более высокие значения коэффициента трансформации, но вследствие значительных потерь энергии работа гидротрансформатора по этой схеме имеет более низкий КПД.При размещении колеса реактора на выходе жидкости из турбинного колеса (в зоне низких скоростей жидкости) КПД гидропередачи имеет более высокое значение, и такие гидротрансформаторы получили наибольшее распространение в автотракторостроении. О возможностях гидротрансформатора можно судить по его внешней характеристике. a– некомплексного ГТ b – комплексного ГТ * Лекция 14 * Способность гидротрансформатора автоматически изменять нагрузку на валу двигателя в зависимости от нагрузки на турбинном колесе называют прозрачностью гидротрансформатора. По степени воздействия внешней нагрузки на работу двигателя гидротрансформаторы подразделяют на прозрачные, непрозрачные и с переменной прозрачностью. * Лекция 14 * Прозрачными называют гидротрансформаторы, у которых внешняя нагрузка оказывает влияние на работу двигателя. Возрастание нагрузки на турбинном колесе без изменения подачи топлива вызывает снижение скорости движения машины, а вместе с этим и снижение частоты вращения коленчатого вала двигателя и наоборот. Благодаря этому работа двигателя при больших сопротивлениях движению машины протекает в области высоких крутящих моментов, а по мере уменьшения внешних сопротивлений переходит в область повышенной частоты вращения коленчатого вала с использованием соответственно большей мощности. * Лекция 14 * Непрозрачный гидротрансформатор как бы изолирует двигатель от влияния внешней нагрузки, действующей на машину.Для оценки степени прозрачности гидротрансформатора используют коэффициент прозрачности, который равен отношению максимального значения момента на насосном колесе к моменту на насосном колесе в точке, где он равен моменту на турбинном колесе (или где lн = lт), т.е. при коэффициенте трансформации равном единице. * Лекция 14 * В соответствии с этим определением коэффициент прозрачности П находят по формуле * Лекция 14 * Безразмерная (обобщенная) характеристика гидротрансформатора представляет собой зависимости коэффициента трансформации, коэффициентов крутящих моментов на ведущем и ведомых валах и КПД от передаточного отношения. Ее получают посредством пересчета внешней характеристики гидротрансформатора. * Лекция 14 * Значения коэффициентов моментов насосного и турбинного колес определяют по формулам: * Лекция 14 * Безразмерные характеристики гидротрансформаторов а – непрозрачного b – прозрачного * Лекция 14 * При коэффициенте прозрачности от 1,3 до 2,5 гидротрансформаторы принято считать прозрачными, а при коэффициенте прозрачности ниже 1,3 – непрозрачными.В машинах, работающих в тяжелых условиях, применяются обычно гидротрансформаторы с меньшим значением коэффициента прозрачности. Прозрачная характеристика гидротрансформатора обеспечивает большее нагружение двигателя при трогании машины с места и лучшую топливную экономичность по сравнению с непрозрачной характеристикой. * Лекция 14 * Недостатком прозрачного гидротрансформатора по сравнению с непрозрачным является получение меньших значений коэффициента трансформации с увеличением коэффициента прозрачности. Следует отметить, что для совместной работы с карбюраторным двигателем наиболее целесообразно применять гидротрансформатор прозрачный, а с дизельным двигателем – непрозрачный или с меньшим коэффициентом прозрачности. * Лекция 14 * Прозрачность гидротрансформатора достигается за счет соответствующего конструктивного исполнения лопаток насосного колеса.

Приложенные файлы

  • ppt 23654119
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий