Файл: Гидродинамические передачи.pdf

18

вилась идея переводить гидротрансформатор на режимы работы гидромуфты при больших i. Это можно осуществить, используя естественное свойство гидротрансформатора - изменение направления действия крутящего момента на реакторе Мр. При малых значениях i (левее точки А на рис. 7, б) крутящий момент на реакторе положительный (+Мр). В точке А реактор не воздействует на поток (Мр= 0), а правее точки А реактор мешает потоку (-Мр). Поэтому в последнем случае желательно убрать реактор, т.е. исключить воздействие реактора на поток путем обеспечения его свободного вращения в потоке жидкости. В комплексных гидротрансформаторах это осуществляется автоматически путем установки реактора на муфту свободного хода (МСХ на рис. 9).

Неподвижная ось реактора 1 охватывается обоймой 2, жестко связанной с самим реактором. В обойме 2 имеются клинообразные пазы, в которых размещены ролики 3 и пружины 4.

Рис. 9. Конструктивная схема (а) и внешняя характеристика (б) комплексного трёхколёсного гидротрансформатора

При действии на реактор положительного момента +Мр он с обоймой 2 стремится вращаться по часовой стрелки (см. сечения Б – Б на рис. 9, а), и наклонные плоскости обоймы надвигаются на ролики 3. В результате происходит заклинивание ролика между обоймой 2 и осью 1 и реактор не вращается. Имеем обычный режим работы гидротрансформатора (k>1). При действии на реактор отрицательного момента (-Мр) он с обоймой стремится вращаться против часовой стрелки и это-

19

му ничто не препятствует, т.к. наклонные плоскости пазов в обойме стремятся отойти от роликов, и реактор вместе с обоймой может свободно вращаться. При этом гидротрансформатор работает без трансформации крутящего момента ( k = l), т.е. как гидромуфта.

Внешняя характеристика такого гидротрансформатора показана на рис. 9, б. Она представляет собой совокупность внешних характеристик обычного гидротрансформатора (пунктирные линии) и гидромуфты, гидромеханически подобной данному гидротрансформатору (штрихпунктирные линии). Результирующие характеристики показаны сплошными линиями.

Анализ полученных характеристик показывает, что область режимов работы с высоким КПД существенно расширилась. Вместе с тем, в момент перехода гидротрансформатора на работу в режиме гидромуфты (точка А) на графике КПД имеется "провал". Снижение КПД в этом режиме обусловлено тем, что скорость вращения турбины еще существенно отличается от скорости вращения насосного колеса (i = 0,7 - 0,8) и происходит так называемое перерезание потока жидкости при его переходах из турбины в реактор и из реактора в насос. Из-за разности скоростей вращения рабочих колес в местах перехода происходит деформация потока, сопровождающаяся значительными потерями энергии.

Наиболее универсальным и часто применяемым способом, позволяющим уменьшить "провал" КПД, является вариант разделения реактора на две части, каждую из которых устанавливают на отдельную муфту свободного хода (рис.10, а).

Разделение реактора на два самостоятельных колеса позволяет иметь суммарную их кривизну большую, чем у однореакторного гидротрансформатора, без уменьшения области рабочих режимов работы гидротрансформатора, когда коэффициент трансформации k>l. Действительно, чем больше кривизна профиля реактора, тем быстрее он станет мешать потоку, т.е. точка A ( k = l) будет смещаться влево в область с меньшими передаточными отношениями. Хотя в этом случае коэффициент трансформации будет увеличиваться.

Внешняя характеристика четырехколесного комплексного гидротрансформатора (рис.10,б) представляет собой совокупность внешних характеристик двух гидротрансформаторов и гидромуфты.

При пуске и разгоне турбины до скорости вращения ω с (участок о – с) оба реактора неподвижны, т.е. имеем первый гидротрансформатор, характеризующийся большим коэффициентом трансформации (характе-

21

В точке с внешней характеристики реактор Р1 перестает взаимодействовать с потоком жидкости, т.е. Mp1= 0 (рис.11, б). При увеличении скорости вращения турбины более ω с крутящий момент на этом реакторе меняет направление и благодаря муфте свободного хода (MCX1 на рис.10,а) реактор Р1 начинает вращаться. Теперь направляет поток только реактор Р2 (рис.11, в), т.е. имеем второй гидротрансформатор, характеризующийся малыми преобразующими свойствами (характеристики с индексом 2). Данный режим работы гидротрансформатора представляется участком С - А внешней характеристики на рис.10, б.

В точке А становится бесполезным также и реактор Р2 (рис.11, г). При ω Т > ω А этот реактор начинает вращаться благодаря муфте МСХ2.

Таким образом, на участке А - Д внешней характеристики гидротрансформатор работает как гидромуфта (рис. 11, д). В точке Д гидротрансформатор работает в режиме холостого хода. График КПД показывает, что такой комплексный гидротрансформатор имеет высокий КПД почти во всем диапазоне тягового режима работы от i = 0,35 до

i = 1.

Плавная моментная характеристика (О – С – А – Д) данного гидротрансформатора является почти идеальной для тяговых режимов работы многих мобильных машин.

Очевидно, что приведенные внешние характеристики трех- (рис.9, б) и четырехколесного (рис.10, б) гидротрансформаторов являются теоретическими, т.к. вращающиеся реакторы все же оказывают небольшое сопротивление потоку, и на само их вращение надо затрачивать энергию. Поэтому реальный КПД несколько ниже теоретического.

В приводах с гидротрансформатором получить в заданном режиме КПД, практически равный КПД обычной механической передачи (η = 0,9-0,95), удается, если этот гидротрансформатор блокируемый.

Блокируемым называют гидротрансформатор, у которого на заданном режиме работы можно осуществить жесткое соединение насосного и турбинного колес.

Как показывают исследования, особенно целесообразно делать блокируемыми гидротрансформаторы с осевой и центробежной турбинами при их работе на режимах, когда коэффициент трансформации становится меньше единицы.

На рис.12, а приведена конструктивная схема блокируемого гидротрансформатора, в основе конструкции которого использован обыч-

22

ный гидротрансформатор с осевой турбиной и имеющий режим холостого хода при i > l (рис.12, б).

Рис. 12. Конструктивная схема (а) и внешняя характеристика (б) гидротрансформатора, блокируемого при помощи муфты свободного хода

В данной конструкции гидротрансформатора между кожухом, жестко связанным с насосным колесом, и турбиной установлена муфта свободного хода МСХ.

На всех режимах работы, когда ω т < ω н, трансформатор работает как обычный. Муфта свободного хода срабатывает (заклинивает насосное и турбинное колёса) автоматически при i =1 (когда ω т= ω н), не позволяя турбинному колесу обогнать насосное. При этом на характеристике как бы отсекается зона с низкими значениями Мт и η .

На рис.13 приведена схема и внешняя характеристика комплексного гидротрансформатора, блокируемого с помощью фрикционной муфты ФМ.

Из характеристики (рис. 13, б) видно, что при 0< ω т< ω А гидротрансформатор работает с трансформацией момента (k>1). При ω т ≥ ω А происходит переход на режим работы гидромуфты (k= 1). Блокировка рабочих колес гидротрансформатора осуществляется оператором машины или каким-либо автоматическим устройством при достижении требуемой скорости вращения турбины.

23

Рис. 13. Конструктивная схема (а) и внешняя характеристика (б) комплексного блокируемого гидротрансформатора

На рис.13, б показана блокировка при ω т= ω Б. Блокировку желательно производить при скоростях вращения турбины, близких к скорости вращения насосного колеса, чтобы избежать резкого рывка турбины при включении фрикционной муфты.

В блокируемых гидротрансформаторах на режиме блокировки мощность приводного двигателя расходуется не только на выполнение полезной работы по преодолению нагрузки и преодоление механических сопротивлений в подшипниках, уплотнениях и т.п., но и на дисковое трение, на циркуляцию рабочей жидкости в лопастной системе, которая состоит как бы из одного двухступенчатого насосного колеса (насосное плюс турбинное колеса) и неподвижного реактора, который тормозит движение сблокированных колес. Поэтому для уменьшения потерь на режимах блокировки из рабочей полости удаляют жидкость, исключая дисковые и циркуляционные потери.

Комплексные и блокируемые гидротрансформаторы находят применение в приводах с тяжелыми режимами работы, к которым относят приводы автомобилей, тракторов, тепловозов, судов, строительных, дорожных, буровых, горных и других машин и механизмов.

25

Через жидкость, находящуюся в рабочей полости гидротрансформатора, приводится во вращение турбинное колесо и связанный с ним ведущий вал 22.

Вместе с насосным колесом сразу начинает работать передний шестерённый насос 4 (с внутренним зацеплением шестерён), обеспечивающий питание гидравлической системы управления (на схеме не показано).

Внейтральном положении фрикционы 2, 6 и 7 выключены, и крутящий момент на выходной вал 14 не передаётся.

Для трогания с места на первой (понижающей) передаче системой управления включается фрикцион 6. Вращение и крутящий момент передаются через гидротрансформатор, фрикцион 6, шестерни 5, 19, 18 и зубчатую муфту 9 выходному валу 14. Переход на вторую (прямую) передачу происходит автоматически при достижении определённой заданной скорости движения. Это осуществляется при помощи центробежного регулятора 16, который даёт сигнал системе управления на выключение фрикциона 6 и одновременное включение фрикциона 7. В этом случае входной вал 22 и выходной вал 14 связаны фрикционом 7 напрямую. При больших скоростях движения автомобиля, когда начинает снижаться КПД гидротрансформатора (правее точки А на рис. 13), центробежный регулятор 16 включит ещё и фрикцион 2, соединяя насосное и турбинное колёса гидротрансформатора, т.е. блокирует его.

Для движения задним ходом зубчатая муфта 9 перемещается с помощью поводка 10 в правое по рисунку положение при подаче сжатого воздуха в пневмоцилиндр 12. Возврат в исходное (левое) положение зубчатой муфты 9 осуществляется пружиной 11.

Смещение зубчатой муфты 9 в правое положение обеспечивает соединение шестерни 13 с выходным валом 14. Включение фрикциона 6 осуществит передачу вращения от ведущего вала 22 через шестерни 5, 19, 17,15, 13 и зубчатую муфту 9 выходному валу 14. Наличие промежуточной шестерни 15 обеспечит обратное вращение выходного вала 14.

Впоследние годы вместо двухступенчатой гидромеханической коробки передач применяются более совершенные трёх-, четырёх- и даже пятиступенчатые коробки передач.

1.7. Гидромеханическая коробка передач автомобиля – самосвала БелАЗ – 540

Большегрузные автомобили БелАЗ в зависимости от модели оснащаются трёх – или пятиступенчатыми гидромеханическими коробками