Методичні вказівки. Багато виконавчих механізмів та машин працюють при змінних навантаженнях

Багато виконавчих механізмів та машин працюють при змінних навантаженнях. Наприклад, трактор тягне вантаж по нерівній дорозі: навантаження на двигун буде діяти ривками з великою зміною моментів. Значно завантажений автомобіль рушає з місця вгору: для цього на колеса треба передати великий момент при малих обертах.

Однак характеристика двигунів не пристосована до змінних навантажень. Двигун розрахований на сполучення певних моментів та частоти обертання вала, у діапазоні яких він працює найефективніше. При зміні зовнішнього навантаження і швидкості обертання вала двигуна умови його роботи погіршуються і він може заглохнути, або вийти з ладу.

Двигун пристосовують до змінних умов роботи за допомогою трансмісій, які дають змогу змінювати крутний момент та частоту обертання вихідного вала. Серед багатьох засобів трансформування моменту і частоти обертання вала широко використовують гідродинамічні передачі, які складаються з лопатевих насоса і турбіни, пов’язаних замкненим колом циркуляції. Лопатеві колеса розташовані співвісно і дуже наближені одне до одного. Вал насоса є ведучим, первинним валом передачі, а вал турбіни – веденим, вторинним.

Гідропередача з насосом і турбіною називається гідромуфтою. Якщо в гідропередачі встановлений нерухомий напрямний аппарат – реактор, то це буде гідротрансформатор. Гідромуфта призначена для зміни частоти обертання вихідного вала, а гідротрансформатор змінює як частоту обертання, так і крутний момент.

До гідропередачі, як і до будь-якої трансмісії прикладені три крутні моменти: момент насоса Мн, що дорівнює моменту двигуна; момент турбіни Мт, що дорівнює моменту навантаження; момент нерухомого реактора Мр. Для трансмісії алгебраїчна сума прикладених моментів дорівнює нулю:

Мн+Мт+Мр=0

Параметри гідродинамічних передач:

- внутрішні подача насоса Q; напір насоса Н; геометричні розміри (головний з них активний діаметр D);

- зовнішні кінематичні (частота обертання насоса n₁, турбіни n₂, передавальне відношення і=n₂/n₁); силові (момент насоса Мн, турбіни Мт, коефіцієнт трансформації К=Мт/Мн); енергетичні (потужність насоса Nн, турбіни Nт); економічний (коефіцієнт корисної дії h):

Гідропередача являє собою механізм, який складається з двох максимально зближених в одному корпусі робочих коліс центробіжного насоса і лопатної турбіни (гідродинамічна муфта) або центробіжного насоса, лопатної турбіни і додаткового нерухомого лопатного колеса, так названого реактора, або напрямного апарата (гідродинамічний трансформатор).

При обертанні насосного колеса, завдяки силовому впливу лопатей на рідину, збільшується момент кількості руху рідини, а на турбінному колесі – зменшується. За рахунок цього на валу турбінного колеса виникає крутний момент. Оскільки у гідромуфти прцес проходить між двома колесами, крутний момент на ведучому валу (валу насосного колеса) рівний, не звертаючи увагу на втрати в зазорі між колесами, крутному моменту на ведомому валу (валу турбіни). В гідротрансформаторі, внаслідок наявності реактора, лопатки якого відхиляючи потік, змінюють момент кількості руху рідини, крутний момент на ведучому валу (валу насосного колеса) може бути і менше і більше крутного моменту на ведомому валу (валу турбіни), тобто при передачі з ведучого на ведомий вал крутного моменту проходить його трансформація.

В комплексних гідропередачах (гідротрансформаторах) реактор розміщується на муфті вільного ходу і на деяких режимах може обертатись разом з робочими колесами.

Оцінка енергетичних і експлуатаційних якостей гідродинамічних передач проводиться по їх характеристикам, отриманим на експерементальних стендах.

Гідропередачі використовуються в машинобудуванні і на транспорті: на тепловозах, дорожніх і землерийних машинах, автомобілях, приводах потужних вентиляторів, на буровому та судовому устаткуванні.

Питання для самоперевірки.

1. Призначення, принцип дії і область застосування гідродинамічних передач?

2. Які два види гідродинамічних передач ви знаєте і чим вони відрізняються один від одного?

3. Переваги і недоліки гідродинамічних передач в порівнянні з іншими трансмісіями.

4. Які вимоги пред’являються до робочих рідин гідродинамічних передач?

5. Із яких головних елементів складається гідромуфта?

6. Поясніть принцип дії гідромуфти.

7. Поясніть принцип дії гідротрансформатора.

8. Зовнішні характеристики гідротрансформатора.

9. Що таке комплексний гідротрансформатор?