Гидромуфта принцип работы: Гидромуфта и все,что необходимо о ней знать. – 403 — Доступ запрещён

Принцип работы гидромуфты видео

🎥 Добавил интересное видео к посту:

— Гидравлическая муфта (она же гидромуфта), а также впоследствии вытеснивший ее гидротрансформатор представляют собой закрытые механизмы полуавтоматических и автоматических коробок передач.

— Оба устройства используются для передачи крутящего момента от ведущего вала двигателя к АКПП. В обоих механизмах между ведущим и ведомым валами нет жесткой связи, поэтому они передают вращение от одной оси к другой плавно и равномерно, без каких-либо рывков и толчков.

— Своим рождением гидротрансформатор и гидромуфта обязаны развитию судостроения в конце XIX века. С появлением на кораблях морского флота паровых машин возникла острая необходимость в новом дополнительном механизме, который позволял бы плавно передавать крутящий момент от паровых двигателей к большим и тяжелым гребным винтам, погруженным в воду. Такими устройствами стали гидромуфта и гидротрансформатор, которые запатентовал в 1905 году немецкий инженер и изобретатель Герман Феттингер. Позже эти механизмы адаптировали для установки на лондонские автобусы, а затем на автомобили и первые дизельные локомотивы для более плавного начала движения.

• Устройство и принцип работы гидромуфты:

— Внутри гидромуфты очень близко друг к другу соосно размещены два вращающихся колеса с лопастями. Одно соединено с ведущим валом (насосное), а второе с ведомым (турбинное). Все пространство вокруг них в гидромуфте заполнено рабочей жидкостью (масло).

— Принцип работы гидромуфты очень прост. Её ведущий вал вращается двигателем. Вместе с валом в корпусе гидромуфты циркулирует и масло. vk.com/v_korche За счет своей вязкости оно постепенно все больше и больше вовлекает за собой в это вращение ведомый вал. Таким образом, крутящий момент от двигателя плавно нарастая постепенно через жидкость передается на ведомый вал.

• Устройство и принцип работы гидротрансформатора:

— По сути, гидротрансформатор это та же гидромуфта в которой между вращающимися колёсами добавлено третье лопастное колесо – реактор (статор). Посредством муфты свободного хода оно может вращаться на ведущем валу, образуя единое целое с насосным колесом. Это происходит до тех пор, пока обороты вращения насоса и турбины различаются. Как только они уравниваются, реактор начинает вращаться независимо от насоса, превращая гидротрансформатор в гидромуфту.

— Главным достоинством гидромуфты и гидротрансформатора является возможность плавного изменения крутящего момента, передаваемого на трансмиссию от двигателя. Еще одним важным плюсом этих устройств является ограничение максимального передаваемого крутящего момента. Иными словами, эти механизмы никогда не смогут передать слишком большое вращение, способное повредить трансмиссию. Они предохранят от перегрузок приводной двигатель (особенно в момент пуска).

— Самый большой недостаток гидротрансформатора и гидромуфты, в свою очередь, является низкий КПД в сравнении с механическими муфтами, имеющими жесткую связь ведущего и ведомого вала. Часть крутящего момента в них попросту тратится на перемешивание масла. Вместо того чтобы превратиться в полезный крутящий момент на выходном валу энергия вращения трансформируется в тепло, нагревая корпус муфты. Соответственно, это приводит к увеличению расхода топлива. Чтобы избежать этого, у современных автомобилей с АКПП для гидротрансформаторов предусмотрен механизм блокировки, который жестко связывает насос и турбину при достижении определенной скорости.

В преддверии начала установки АКПП на автомобили УАЗ давайте разберемся как же она устроена.

Есть разные виды АКПП подразделяющиеся по внутреннему устройству: классика — гидравлический автомат (AT), вариатор (CVT), роботизированная коробка передач (MTA)

Самый распространенный и самый «изученный» тип АКПП это гидравлический автомат. Из названия следует, что в нем работу выполняет жидкость. Рассмотрим устройство такой АКПП более подробно:

Смотрится страшно, но если разложить всё по отдельным частям, то будет более понятно.

Автоматическая коробка передач состоит из двух частей: Гидротрансформатора и механической КПП с устройством управления.

Вместо обычных шестеренок в такой КПП используются планетарные редукторы.

Гидротрансформатор – выполняет роль, аналогичную механизму сцепления в механической коробке передач. Он передает крутящий момент от двигателя к автоматической трансмиссии. Но в отличии от механического аналога здесь нет жесткой связи ДВИГАТЕЛЬ-КПП.

Планетарный ряд — собранные вместе несколько планетарных редукторов. Их задача состоит в изменении передаточного отношения в автоматической трансмиссии при переключении передач. Выполняет те же функции, что и блок шестерен в механической коробке передач.

Фрикционный тормоз (фрикционная муфта) — отвечает непосредственно за переключение передач.

Система управления.
На старых АКПП она была полностью гидравлическая. Команды на переключение передач вырабатывались за счет изменения давления в гидравлических датчиках.
На всех современных АКПП используется электронная система управления. Вместо гидравлических датчиков стоят электрические. Вместо клапанов переключения скоростей используются соленоиды.
Но объединяет две системы то, что для включения фрикционных муфт, которые определяют какая скорость задействована, используется гидравлика.

Гидротрансформатор

В начале будет проще понять принцип работы гидротрансформатора на примере гидромуфты.

Гидромуфта по конструкции очень на него похожа, но не умеет изменять передаточное число, а только передает крутящий момент.

Гидромуфта состоит из двух колес с лопатками (как у вентилятора) которые вращаются друг напротив друга.
Одно колесо, насосное, соединено с двигателем, второе колесо, турбинное, соединено с КПП. Оба колеса находятся в герметичном кожухе внутрь которого залито масло.

При вращении двигателем насосного колеса вязкое масло захватывается его лопатками, выбрасывается на лопатки турбинного колеса приводя его в движение. Таким образом кинетическая энергия от вращения вала двигателя передается валу КПП хотя при этом отсутствует жесткая связь между ними.

Наиболее наглядно демонстрирует этот механизм опыт с двумя вентиляторами расположенными друг напротив друга. Один из них выключен, второй включен. Воздух ударяясь о неподвижные лопатки выключенного вентилятора заставляет их вращаться.

Однако в замкнутом пространстве в котором работает гидромуфта обратный поток масла идущий от турбинного колеса попадает на лопатки насосного колеса в обратном направлении и замедляет его ход. Чтобы уменьшить этот эффект, на пути движения масла устанавливают третье колесо —

реакторное. Это колесо может свободно вращаться или блокироваться на валу.
Таким образом получается гидротрансформатор.

Схема гидротрансформатора:
1 — блокировочная муфта; 2 — турбинное колесо; 3 — насосное колесо; 4 — реакторное колесо; 5 — механизм свободного хода

Если третье колесо (реактор) свободно вращается, то гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты.

Если же реакторное колесо фиксируется неподвижно, то за счет своих лопастей он изменяет направление потока жидкости, выходящей из турбинного колеса и направляет его под определенным углом на лопасти насосного колеса. Это позволяет значительно увеличить передаваемый от двигателя в трансмиссию крутящий момент. Таким образом происходит

трансформация крутящего момента.

*Коэффициент трансформации момента Kt (или силовое передаточное отношение) определяется отношением крутящего момента турбинного колеса к крутящему моменту насосного колеса гидропередачи Kt = MT / MH.

В автомобильных гидротрансформаторах коэффициент трансформации равен 2-3,5, а КПД 0,9

Схема потока жидкости в гидротрансформаторе:

Недостатком гидропередачи является рассогласование частот вращения насосного и турбинного колес, так называемое — скольжение гидропередачи, имеющее место при любом режиме работы трансмиссии. Минимальная величина скольжения составляет примерно 3% и приводит к снижению КПД гидропередачи. Так как, при движении автомобиля с постоянной скоростью наличие гидротрансформатора в трансмиссии не является необходимым, как это требуется на режимах разгона и торможения, в современных коробках применяют механизм блокировки гидротрансформатора.
Для блокировки гидротрансформатора чаще всего используется блокировочная муфта, которая позволяет жёстко соединить между собой насосное и турбинное колесо. Это приводит к тому, что гидротрансформатор выключается из силового протока, а двигатель напрямую соединяется с ведущим валом коробки передач.

Основные детали гидротрансформатора:

Детали гидротрансформатора:
1 — насосное колесо; 2 — турбинное колесо; 3 — крышки муфты свободного хода; 4 — часть корпуса гидротрансформатора; 5 — остатки рабочей жидкости с продуктами механического износа деталей; 6 — колесо реактора; 7 — муфта свободного хода реактора; 8 — упорная шайба турбинного колеса; 9 — упорный подшипник реактора; 10 — поршень блокировки гидротрансформатора

Компоновка деталей гидротрансформатора:

В качестве рабочей жидкости в современных гидротрансформаторах используется ATF

Насос

Насос создает давление жидкости во всей гидросистеме.
Как правило насос располагается между гидротрансформатором и коробкой передач. Насос приводится в движение коленчатым валом двигателя.

В настоящее время в АКПП наиболее часто используют несколько видов насосов: шестерёнчатые, трохоидные и лопастные.

Разборка шестеренчатого насоса и его принцип действия можно посмотреть на видео:

Планетарная коробка передач

Хотя гидротрансформатор может сам изменять крутящий момент, но это происходит в очень узком диапазоне, что явно недостаточно для нормального движения автомобиля. Поэтому к гидротрансформатору подсоединяют коробку перемены передач в основе которой находятся планетарные редукторы.

Все пары шестерен редуктора находятся в постоянном зацеплении.

Лучше всего работу планетарного редуктора демонстрирует видеоролик:

Механизмы переключения

Чтобы включать или выключать ту или иную группу планетарных редукторов в АКПП используются ленточные и дисковые фрикционные элементы, а так же муфты свободного хода (обгонные муфты).

Ленточный тормоз

Ленточный тормоз используется для остановки одного из звеньев АКПП и состоит из тормозной ленты и тормозного барабана.
Тормозная лента охватывает тормозной барабан, один её конец жёстко прикреплен к картеру коробки, а второй соединен с устройством управления (с поршнем).

Тормозные ленты изготавливаются из листовой стали. Для увеличения коэффициента трения между тормозной лентой и барабаном к внутренней поверхности тормозной ленты прикрепляется фрикционная накладка. В АКПП наиболее часто используются фрикционные накладки, изготовленные на бумажно-целлюлозной основе. Такие накладки обладают хорошими износостойкими свойствами, не вызывают большого износа поверхности тормозного барабана и не сильно загрязняют рабочую жидкость.

Дисковый тормоз и блокировочная муфта

Дисковый тормоз ничем не отличается от блокировочной муфты. Разница заключается только лишь в том, что дисковый тормоз соединяет звено коробки передач с картером, а блокировочная муфта соединяет между собой два звена АКПП.

Дисковый тормоз состоит из: дисков с фрикционными накладками (они с внутренними шлицами), дисков без накладок (шлицы снаружи), поршня, возвратной пружины, барабана.

При выключенной муфте фрикционные накладки внешнего диска и фрикционные накладки внутреннего диска свободно вращаются относительно друг друга. При включении муфты, рабочая жидкость давит на поршень, он сжимает пакет фрикционов и они «склеиваются» между собой. Таким образом внешний диск и внутренний становятся жестко связанными.

Для выключения муфты достаточно убрать давление жидкости через клапан.

Обгонная муфта

Обгонная муфта (также муфта свободного хода) — деталь механической трансмиссии, которая предотвращает передачу крутящего момента от ведомого вала обратно к ведущему в случае, если по какой-либо причине ведомый начинает вращаться быстрее.

Обгонная муфта не требует управления, она работает за счет разницы в скорости оборотов. Примером обгонной муфты является велосипедная «трещётка».

Система охлаждения

Главная причина из-за которой АКПП выходит из строя явялется её перегрев. Чтобы охлаждать рабочую жидкость (ATF) используют радиаторы и теплообменники.

АКПП с внешним радиатором охлаждения

АКПП с радиатором охлаждения встроенным в радиатор охлаждения двигателя

АКПП с теплообменником

Системы управления

В первых поколениях АКПП были распространены полностью гидравлические системы управления. В них команды на управление элементами системы формировались за счет разницы давлений клапана-дросселя и скоростного регулятора. Поток рабочей жидкости через систему каналов воздействовал на нужный гидроцилиндр, который в свою очередь через фрикционы или ленточный тормоз включал или выключал нужную передачу.
Как и все гидросистемы такая конструкция была очень чувствительна к параметрам рабочей жидкости (масла).

Сейчас используются электрогидравлические системы. В них гидравлика оставлена только на последнем этапе — на исполнительном. Измерительные функции и функции анализа переданы полностью электронике.
Выделяют следующие основные части электрогидравлической системы: измерительную (датчики), аналитическую (блок управления) и исполнительную (соленоиды).

Вид на гидроблок снизу. Справа виден ряд электромагнитных клапанов.

Разобранный гидроблок очень похож на лабиринт.

В электронный блок управления (он же — ЭБУ, контроллер, компьютер, «мозги») поступают сигналы от датчиков. Сигналы обрабатываются и анализируются в соответствии с программой блока. На основании результатов сравнительного анализа сигналов, поступивших от датчиков с данными, хранящимися в памяти устройства, блок формирует управляющие сигналы, которые поступают к исполнительным элементам системы (соленоидам). Соленоиды преобразовывают поступающие к ним электрические сигналы в механическое перемещение гидравлического клапана. Рабочая жидкость воздействует на нужный гидроцилиндр и включает/выключает нужную передачу.

Общепринятые обозначения режимов АКПП

«P» — parking. Режим стоянки. Все передачи выключены, выходной вал КПП и ведущие колёса заторможены блокирующим механизмом.

«R» — reverse, задний ход.

«N» — нейтраль. В этом режиме двигатель и ведущие колёса рассоединены. Автомобиль может двигаться накатом, его можно буксировать.

«D» или «Drive» основной режим для движения вперед. Смена передач осуществляется автоматически.

«S», «Sport», «PWR», «Power» или «Shift» — спортивный режим. Самый динамичный и самый неэкономичный. При разгонах двигатель в все время находится в режиме максимальной мощности. Переключение передач производится позднее, на больших оборотах, чем в обычном режиме.

«Kick-down» — режим, в котором осуществляется переход на пониженную передачу для осуществления интенсивного ускорения, например, при обгоне. Для включения режима надо резко нажать на педаль газа.

«Overdrive» или «O/D» — режим, при котором повышающая передача будет включаться чаще, переводя двигатель на более низкие обороты. «Овердрайв» обеспечивает экономичное передвижение, но с потерей в динамике.

«Norm» реализует самый сбалансированный режим движения. Переключения на повышающие передачи, как правило, происходят по достижении средних оборотов и на оборотах несколько выше средних.

«1» (L, Low), «2» или «3» — выбор фиксированной скорости в АКПП. Эти режимы пригодятся в тяжёлых дорожных условиях, например, при движении по горным дорогам, при буксировке прицепа.

«W», «Winter», «Snow» — «зимний» режим работы АКПП. В целях предотвращения пробуксовки ведущих колёс трогание с места осуществляется со второй передачи. Чтобы не спровоцировать проскальзывания колес, переход с одной передачи на другую производится более мягко и при более низких оборотах.

«+» и «-» — возможность ручного переключения передач в сторону повышения и в сторону понижения.

Вязкостная муфта в системе охлаждения двигателя автомобиля применяется в качестве альтернативы электрическому вентилятору. Рассмотрим, как работает вискомуфта вентилятора, ее устройство, возможные неисправности, преимущества и недостатки.

Роль в системе охлаждения ДВС

Вентилятор с вискомуфтой устанавливается на автомобили с продольным расположением двигателя (обычно это полноприводные и заднеприводные модели). При такой компоновке шкив вентилятора радиатора целесообразней всего соединить со шкивом водяной помпы. Как известно, вращение водяной помпе передается сервисным ремнем от шкива коленчатого вала.

Недостаток такой конструкции в том, что скорость вращения крыльчатки вентилятора всегда будет пропорциональна оборотам коленчатого вала. Подобное устройство приведет к тому, что на высоких оборотах в условиях холодного воздуха двигатель будет чрезмерно охлаждаться, что снизит его КПД. К тому же постоянное соединение крыльчатки и шкива коленчатого вала увеличит механические потери на трение, что будет отнимать мощность и повышать расход топлива.

Вискомуфта вентилятора позволяет регулировать скорость вращения крыльчатки в зависимости от температуры двигателя.

Устройство

Разница в конструкции вискомуфт вентилятора Toyota, BMW, Mercedes, Audi. минимальна, так как все они устроены и работают по единому принципу.

Вал с соединительным фланцем крепится к приводу помпы охлаждения, поэтому его скорость вращения всегда пропорциональна оборотам коленчатого вала. К валу, в свою очередь, крепится приводной шкив, который вращается в рабочей камере. Рабочая и резервная камеры разделены пластинами. Переход между камерами возможен только через впускные клапаны и возвратные каналы. Изначально резервная камера заполнена специальным силиконовым маслом. Приводной шкив, или диск, как его еще называют, имеет по окружности косые зубья, которые при вращении позволяют выгонять масло обратно в резервную камеру. Поверхность приводных дисков, как и делительных пластин, имеет специальные ребра, которые превращают рабочую камеру в своеобразную сеть лабиринтов, по которым циркулирует силиконовое масло.

Корпус муфты, к которому и крепится крыльчатка вентилятора, соединяется с валом (ротором вискомуфты) посредством обычного шарикового подшипника. Впускные клапаны соединены с биметаллической пластиной, которая располагается в передней части корпуса вискомуфты. При нагреве пластина расширяется, что приводит к увеличению пропускного сечения клапанов.

Свойства силиконового масла

Основная особенность силиконовой жидкости, использующейся в вискомуфтах вентиляторов, – термостойкость и вязкостная стабильность. С изменением температуры масло лишь незначительно изменяет свою вязкость.

В работе вискомуфты силиконовое масло исполняет роль связывающего вещества, позволяющего создать между приводным диском и разделительными пластинами, соединенными с корпусом, трение. Несмотря на то что между корпусом и приводным шкивом всегда будет некоторая степень проскальзывания, созданного коэффициента сцепления достаточно для зацепления корпуса муфты с приводным валом.

В некоторых источниках указывается, что с повышением температуры масло расширяется, что и провоцирует вязкостное зацепление приводного диска с корпусом вискомуфты. Подобное понимание принципа работы вискомуфты вентилятора охлаждения является ложным и возникло, скорее всего, из-за сравнения вискомуфты вентилятора с вязкостными муфтами раздаточных коробок полноприводных автомобилей. В вискомуфтах дифференциалов используется дилатантная жидкость, вязкость которой сильно зависит от скорости деформации сдвига.

Принцип работы

Когда рабочая камера не заполнена маслом, приводной диск свободно вращается в рабочей камере. Небольшое количество масла все же присутствует, но коэффициент сцепления приводного шкива с корпусом вискомуфты минимален, поэтому с повышением оборотов двигателя скорость вращения крыльчатки не увеличивается.

Процесс прогрева двигателя и увеличения температуры тосола в радиаторе сопровождается нагревом биметаллической пластины. Нагреваясь, пластина расширяется, что приводит к открытию впускного клапана и увеличению количества рабочей жидкости, проникающей из резервной в рабочую камеру. Возникающее между приводным диском и разделительными пластинами трение приводит к увеличению скорости вращения корпуса и крыльчатки вентилятора.

Когда двигатель нуждается в максимальном охлаждении, биметаллическая пластина изогнута настолько, чтобы обеспечить максимальное проходное сечение впускных клапанов. В таком случае разница частоты вращения вала и корпуса вискомуфты минимальна, поэтому повышение оборотов коленчатого вала приводит к практически равнозначному увеличению скорости вращения крыльчатки вентилятора.

Снижение температуры набегающего воздуха приводит к постепенному возврату биметаллической пластины в исходное положение. Соответственно, уменьшается проходное сечение впускных клапанов, жидкость перегоняется в резервную полость. Уменьшение коэффициента сцепления приводит к увеличению разницы частоты вращения приводного вала вискомуфты и корпуса – крыльчатка вентилятора замедляется.

Работа вискомуфты Toyota на примере конкретных температурных режимов

Устройство вискомуфт вентиляторов Toyota предполагает наличие двух рабочих камер (в первых вариантах конструкции была только одна камера).

• Биметаллическая пластина в «холодном» состоянии.
• Пластина разогрета теплым воздухом, открыт впускной клапан передней камеры.
• Коэффициент температурного расширения соответствует максимальному режиму охлаждения. Открыт клапан задней камеры.

Почему вискомуфта вращается на холодную

Многие владельцы автомобилей с механическим приводом вентилятора системы охлаждения, скорее всего, замечали, что после запуска холодного двигателя вентилятор крутится с большой скоростью. Спустя некоторое время после прогрева двигателя, количество оборотов крыльчатки уменьшается, поэтому может показаться, что подобное явление идет в разрез с описанным выше принципом работы вискомуфты вентилятора. Такой эффект возникает из-за того, что во время простоя масло самотеком стекает в нижнюю рабочую камеру, поэтому сразу после запуска крыльчатка и корпус вискомуфты будут вращаться до того времени, пока масло перекачается обратно в резервную секцию.

Преимущества

Обороты крыльчатки подстраиваются под фактический температурный режим двигателя, что позволяет:

• уменьшить расход топлива;
• снизить уровень шума;
• уменьшить потери мощности.

Установка вискомуфты в системе охлаждения позволяет уменьшить нагрузку на генератор и снизить себестоимость авто, исключив затраты на электропривод крыльчатки, проводку.

Недостатки

Многие сетуют на ненадежность вискомуфты, забывая, что система с электровентилятором также периодически нуждается в ремонте. Наиболее распространенная поломка – утечка рабочей жидкости. Несмотря на то что большинство муфт вязкостного типа неразборные, существуют проверенные технологии восстановления работоспособности системы. В случае износа поддается восстановлению и подшипник. Именно поэтому важно знать способы проверки и ремонта вискумуфты вентилятора радиатора.

Гидравлическая муфта принцип работы

Гидравлические передачи в зависимости от принципа работы подразделяются на гидростатические и гидродинамические.

Гидростатические передачи работают на использовании принципа вытеснения или замещения небольших объемов жидкости при больших рабочих давлениях. В этих передачах скорость движения жидкости сравнительно невелика (не превышает 10 м/с), поэтому в них величина потенциальной энергии (энергии статического давления) значительно больше, чем величина кинетической энергии (энергии скоростного напора), что показано на рис. 15.1.

Гидростатические передачи применяются на ряде отечественных тепловозов в качестве привода вентилятора холодильника. Создать такие передачи большой мощности в настоящее время невозможно из-за технологических и конструктивных трудностей, связанных с обеспечением больших давлений при длительной эксплуатации, а также с изготовлением надежных гибких соединений трубопроводов, рассчитанных на высокие давления.

Гидродинамические передачи основаны на принципе использования кинетической энергии потока жидкости, циркулирующей по замкнутому контуру. Эти передачи получили преимуществен-

Рис. 15.1. Схема гидростатической передачи: 1 — ведущий вал; 2 — гидронасос; 3 — вспомогательный насос; 4 — клапан ограничителя давления; 5 — гидромотор; 6 — ведомый вал

ное распространение в качестве звена энергетической цепи тепловозов различной мощности, и их принято называть просто гидравлическими.

Конструктивно гидравлические передачи состоят из ряда узлов, основными из которых являются гидравлическая муфта и гидравлический трансформатор. Технические характеристики этих гидравлических элементов определяют все показатели и свойства гидравлической передачи.

Гидравлическая муфта. Гидравлической муфтой (рис. 15.2) называется устройство, обеспечивающее гибкое соединение ведущего и ведомого валов и передачу вращающего момента без изменения его по величине. По конструкции она представляет собой двухлопастную гидравлическую машину, состоящую из двух основных частей: насосного колеса, жестко связанного посредством ведущего вала с валом двигателя, и турбинного колеса, соединяемого с помощью ведомого вала и механических звеньев с движущими осями. Одно из рабочих колес, чаще всего турбинное, обхватывается кожухом, предназначенным для компоновки приборов питания (трубопроводов, клапанов) и уплотнения. Отличительной конструктивной особенностью обоих рабочих колес является наличие плоских радиальных лопаток. Лопатки сложного профиля применяются редко и только в муфтах специального назначения.

Рис. 15.2. Гидравлическая муфта: а — схема: 1 — турбинное колесо; 2 — кожух; 3 — ведомый вал, 4 — насосное колесо; 5 — ведущий вал; б — внешняя характеристика: лн, лт — частота вращения насосного и турбинного колес; Мн, Мт — момент вращения насосного и турбинного колес; 5″ — коэффициент проскальзывания турбинного колеса относительно насосного; Чм — КПД гидромуфты

Кромки лопаток рабочих колес насоса и турбины располагаются в непосредственной близости друг от друга с зазором, необходимым для обеспечения их свободного вращения и теплового расширения. Лопатки с примыкающими к ним частями корпуса колес образуют в совокупности пространство, называемое кругом циркуляции. В рабочем режиме круг циркуляции заполняется рабочей жидкостью.

При вращении насосного колеса жидкость, находящаяся в круге циркуляции, перемещается под действием центробежной силы от центра колеса к периферии, благодаря чему в потоке накапливается кинетическая энергия. Пройдя по каналам между лопатками, жидкость выбрасывается из насосного колеса, перемещается в осевом направлении, попадает на лопатки турбинного колеса и давит на них, заставляя колесо вращаться в сторону вращения насосного колеса. По мере перемещения по лопаткам турбины кинетическая энергия потока жидкости убывает, превращаясь в механическую энергию ведомого вала и частично в потери.

Круговое движение жидкости по лопаткам рабочих колес гидромуфты (циркуляция) становится возможным из-за разности давлений. Действительно, давление жидкости на выходе из насосного колеса больше, чем на входе в турбинное колесо, так как скорость вращения турбинного колеса всегда меньше скорости вращения насосного колеса.

Скорость циркуляции, т.е. скорость относительного движения потока жидкости по лопаткам, зависит от соотношения угловых скоростей вращения насосного и турбинного колес. Разность чисел оборотов насосного и турбинного колес называется скольжением.

Скольжение рабочих колес находится в обратной зависимости от их передаточного отношения, т.е. от отношения частоты вращения турбины к частоте вращения насоса. При отсутствии скольжения колес исчезнет перепад давлений и циркуляция жидкости прекратится, что прекратит передачу кинетической энергии с насосного колеса на турбинное, следовательно, вращающий момент будет равен нулю. Иная картина будет в случае, если турбинное колесо неподвижно, а насосное колесо вращается с нормальной скоростью (скольжение 100 %). Перепад давлений будет наибольший, также наибольшими будут скорость циркуляции жидкости и ее воздействие на лопатки турбинного колеса. Передаваемый вращающий момент будет иметь максимальное значение. При промежуточных значениях передаточного отношения гидромуфты скорость циркуляции жидкости и вращающий момент приобретают соответствующие промежуточные значения.

Из характеристик гидромуфты видно, что по своим энергетическим свойствам гидромуфта, отдельно взятая, не отвечает целям тяги. Это объясняется перегружающим воздействием на дизель и низким КПД ее в диапазоне невысоких частот вращения турбинного колеса. Гидромуфта рассчитывается на передачу нормального момента Мнорм и работу при высоких передаточных отношениях с КПД 0,95. 0,98. В этот режим она включается в качестве ступени скорости гидравлической передачи.

Гидравлические преобразователи (гидротрансформаторы). Гидротрансформатором называется устройство, обеспечивающее гибкое соединение валов и передачу мощности с ведущего вала на ведомый с преобразованием вращающего момента и изменением частоты вращения ведомого вала по сравнению с частотой вращения ведущего вала (рис. 15.3).

Гидротрансформатор отличается от гидромуфты наличием третьего неподвижного лопастного колеса, называемого направляющим аппаратом. Насосное колесо, закрепленное на валу, приводится во вращение от дизеля. Частота вращения насосного колеса и вращающий момент на нем равны или, в случае наличия входного редуктора между дизелем и гидротрансформатором, пропорциональны частоте вращения коленчатого вала дизеля и вращающему моменту на нем. Турбинное колесо соединяется с движущими колесами тепловоза посредством механических элементов — системы зубчатых колес и карданных валов. Следовательно, скорость движения и сила тяги тепловоза пропорциональны частоте вращения турбинного колеса и вращающему моменту на нем. Все три рабочих колеса имеют профилированные лопатки, т.е. лопатки, сечение которых имеет сложную гидродинамическую форму.

Лопатки рабочих колес размещаются так, что выходные кромки одних лопаток располагаются в непосредственной близости от

Рис. 15.3. Гидротрансформатор: а — схема: 1 — насосное колесо; 2 — турбинное колесо; 3 — кожух, 4 — направляющий аппарат; 5 — ведущий вал, 6 — внешняя характеристика: пк, пт — частота вращения насосного и турбинного колес; МИ, Мт — момент вращения насосного и турбинного колес; МИ0б — момент вращения насосного колеса с обгонной муфтой, т)„ — КПД насосного колеса, т)^ — КПД гидротрансформатора

входных кромок других лопаток. Между кромками лопаток смежных колес предусматриваются зазоры, необходимые для обеспечения свободного вращения и теплового расширения.

Принцип действия гидротрансформатора аналогичен принципу действия гидромуфты. Насосное колесо закручивает жидкость, создавая в ней запас кинетической энергии вращательного движения. Турбинное колесо, благодаря соответствующему профилю его лопаток, раскручивает жидкость. Запас кинетической энергии потока жидкости используется для преодоления внешних сил сопротивления, приложенных к ведомому валу, а значит и к движущим осям тепловоза.

Наличие в круге циркуляции неподвижных лопаток направляющего аппарата придает гидротрансформатору свойство автоматически изменять вращающий момент на турбинном колесе в зависимости от частоты вращения последнего, т. е. от скорости движения тепловоза. Преобразующее свойство гидротрансформатора оценивается коэффициентом трансформации момента К= Мт/Мн. Для тепловозных трансформаторов значение Л» составляет 3 и более.

По конструктивным особенностям гидротрансформаторы подразделяются:

на одноступенчатые и многоступенчатые, если в круге циркуляции имеется соответственно один или несколько рядов (ступеней) лопаток турбинного колеса;

одноциркуляционные и многоциркуляционные, если в их состав входит соответственно один или несколько кругов циркуляции;

простые и комплексные, если они не обладают или, наоборот, обладают свойством гидромуфты.

В отечественном тепловозостроении имеются примеры выполнения и применения всех названных выше конструктивных видов гидротрансформаторов. Наряду с разделением гидротрансформаторов по конструктивным особенностям существует разделение их по так называемому свойству прозрачности: непрозрачные и прозрачные. Под прозрачностью гидротрансформатора понимается его свойство оказывать влияние на режим нагрузки дизеля при изменении внешнего сопротивления движению поезда.

В непрозрачном гидротрансформаторе момент насосного колеса при постоянной частоте вращения не изменяется при всех значениях момента турбинного колеса и его частоте вращения. Это свидетельствует о том, что изменение внешней нагрузки не оказывает влияния на нагрузку дизеля. Если же момент насосного колеса изменяется с изменением момента турбинного колеса, то характеристика гидротрансформатора называется прозрачной.

В тепловозных гидропередачах применяют непрозрачные или близкие к ним гидротрансформаторы, так как они обеспечивают постоянный режим работы дизеля при изменении сопротивления движению поезда.

Из характеристики гидротрансформатора видно, что отдельно взятый гидротрансформатор не отвечает требованиям, предъявляемым к тепловозной передаче. Если при трогании и разгоне турбинного колеса КПД гидротрансформатора низкий, то этот недостаток окупается реализацией необходимых тяговых свойств. Такой режим составляет относительно небольшой период времени работы гидротрансформатора.

Режим высокой частоты вращения турбинного колеса, характеризуемый также низким КПД, неприемлем для длительной работы тепловоза, поэтому гидротрансформаторы применяются в качестве ступеней скорости гидропередачи. Скоростной диапазон работы каждой ступени определяется по передаточным отношениям гидротрансформатора, при которых его КПД не ниже 80%.

Комплексные гидротрансформаторы. Стремление реализовать положительные свойства гидротрансформатора и гидромуфты в одном гидроаппарате привело к созданию комплексных гидротрансформаторов. Комплексный гидротрансформатор представляет собой устройство, обеспечивающее автоматический переход с режима гидротрансформатора на режим гидромуфты и наоборот в зависимости от условий работы.

Особенностью конструкции комплексного гидротрансформатора (рис. 15.4) является то, что его направляющий аппарат, выполненный в виде одного или двух рядом стоящих лопастных колес, укрепляется на неподвижном валу с помощью муфт свободного хода, называемых автологами. Муфты свободного хода представляют собой различного рода храповой механизм. В тепловозных гидротрансформаторах применены роликовые муфты свободного хода. Неподвижная, жестко закрепленная внутренняя обойма охватывается наружной обоймой, которая жестко связана с направляющим аппаратом. Наружная обойма имеет пазы с наклонными плоскостями; между внутренней обоймой и наклонными плоскостями обоймы установлены ролики, которые поджимаются пружинами. В зависимости от изменения направления потока масла, прошедшего через турбинное колесо, и, следовательно, от того, с какой стороны лопатки направляющего аппарата давит поток масла, направляющий аппарат либо вращается, либо стоит на месте.

Полное заклинивание обеих ступеней направляющего аппарата происходит при работе гидротрансформатора с малыми передаточными отношениями (ят/ян, здесь пг и пИ — соответственно частота вращения турбинного и насосного колес), когда направление абсолютной скорости выхода жидкости из турбинного колеса таково, что обе ступени направляющего аппарата отжимаются потоком в сторону, противоположную направлению вращения турбинного колеса. Колеса направляющего аппарата заклиниваются роликами муфты свободного хода, тем самым обеспечивая режим работы гидротрансформатора.

Рис. 15.4. Комплексный гидротрансформатор: а — схема гидротрансформатора: 1 — насосное колесо; 2, 3 — ступени направляющего аппарата; 4 — неподвижный вал; 5- автологи; 6 — турбинное колесо; 6 — схема автолога: 1 — внутренняя обойма; 2 — наружная обойма; 3 — лопатки направляющего аппарата; 4 — пружина; 5 — ролик

По мере увеличения передаточного отношения, что соответствует разгону тепловоза, изменяется направление абсолютной скорости выхода жидкости из турбинного колеса. При определенном передаточном отношении воздействие потока на лопатки направляющего аппарата совпадет с направлением его возможного вращения на муфтах свободного хода.

При дальнейшем увеличении передаточного отношения колесо направляющего аппарата первой ступени начинает вращаться в одну сторону вместе с турбиной, а гидротрансформатор переходит на работу с одной неподвижной ступенью направляющего аппарата. Этому режиму соответствует участок его характеристики, на котором КПД возрастает, а момент Мт изменяется более плавно.

При большом значении передаточного отношения направление скорости выхода жидкости из турбинного колеса совпадает с направлением выходных кромок лопаток второй ступени направляющего аппарата, муфта свободного хода расклинивается давлением потока, а колесо направляющего аппарата начинает вращаться вместе с турбинным колесом. Гидротрансформатор переходит на режим гидромуфты. На этом участке характеристики происходит дальнейшее увеличение КПД и снижение моментов Мт = = Мн с ростом передаточного отношения.

Таким образом, последовательное автоматическое расклинивание двух ступеней направляющего аппарата, установленных на муфтах свободного хода, позволяет реализовать в одном гидроаппарате три режима: два режима гидротрансформатора и режим гидромуфты. Каждому режиму соответствует определенный участок характеристики. Как видно на характеристике, диапазон работы гидротрансформатора с высоким КПД за счет этого расширяется.

Комплексные гидротрансформаторы по сравнению с простыми имеют более сложную конструкцию. Надежность их в длительной эксплуатации снижается за счет трущихся элементов муфты свободного хода. В тепловозных гидропередачах комплексные гидротрансформаторы находят ограниченное применение.

Рабочие жидкости. Надежность и экономичность работы гидропередачи зависят от сорта и качества рабочей жидкости. Объемная масса жидкости влияет на размеры гидропередачи. Жидкости большей объемной массы позволяют создавать гидропередачи меньшего размера и массы. В гидравлических передачах в качестве рабочей жидкости может служить турбинное, веретенное масло или их смесь, которая одновременно является смазкой для трущихся частей. Минеральное масло, применяемое в качестве рабочей жидкости для тепловозных гидропередач, должно удовлетворять следующим требованиям.

1. Масло должно иметь определенную вязкость, при которой достигаются наименьшие потери и необходимые смазочные свойства. В градусах по шкале условной вязкости при температуре 50 «С масло должно иметь 2. 3 °ВУ. Вязкость масла характеризуется также кинематическим коэффициентом вязкости, измеряемым в сто-ксах (1 см2/с). В качестве основной характеристики в ГОСТах его обычно указывают в сантистоксах (сотая доля стокса или 10

2 см2/с). Вязкость зависит от температуры. Существуют формулы и таблицы для пересчета градусов условной вязкости (°ВУ,) в единицы кинематической вязкости при различной температуре.

2. Температура замерзания масла должна быть возможно более низкой, а температура вспышки ее паров — возможно более высокой. Для тепловозных гидропередач рекомендуется масло с температурой вспышки не ниже +160 ° С. Вязкость масла в интервалах крайних состояний не должна резко изменяться.

3. Масло должно быть химически чистым и однородным. Не допускается наличие в масле кислот и щелочей, так как они способствуют его разложению и вызывают коррозию деталей. В масле не должно содержаться мылообразующих жиров, которые служат причиной устойчивого пенообразования, а значит и снижения передаваемой мощности. Для борьбы с пенообразованием в масло вводят специальные жидкости, точно так же для предотвращения кислотности к маслу добавляют антиокислители.

4. Масло должно быть механически чистым и однородным. Содержание асфальтовых и смолистых веществ в масле нежелательно, так как они при высоких температурах выделяются и оседают на стенках трубопроводов, тем самым нарушая нормальную работу гидравлических элементов автоматики. Механические примеси в масле вызывают засорение отверстий в органах управления и интенсивное изнашивание подшипников. Поэтому в гидропередачу подают масло, прошедшее через фильтры.

Гидравлические машины и передачи

4.1. Гидродинамические передачи

4.1.1. Гидравлические муфты

4.1.1.1. Устройство и рабочий процесс гидромуфты

4.1.1.2. Характеристики гидромуфты

Гидравлические трансформаторы

Устройство и рабочий процесс гидравлического трансформатора

Гидродинамические передачи

Гидропередача – это устройство для передачи механической энергии посредством потока жидкости. В состав гидропередачи входят насос, гидравлический двигатель и соединительные трубопроводы с рабочей жидкостью. Гидропередачи, использующие динамические гидромашииы, называются гидродинамическими.

В гидродинамических передачах применяют лопастные насосы и, в качестве гидравлических двигателей, лопастные турбины. В реальных конструкциях лопастный насос и гидравлическая турбина предельно сближены и располагаются соосно в общем корпусе. Так как эти две гидромашины имеют общий корпус, то в дальнейшем насос будем называть насосным колесом, а турбину – турбинньм колесом. В такой конструкции отсутствуют трубопроводы, поэтому жидкость из насосного колеса сразу попадает на лопатки турбинного колеса, а из турбинного – вновь на лопатки насосного колеса.

Гидродинамические передачи, применяемые в машиностроении, подразделяют на гидравлические муфты (гидромуфты) и гидравлические трансформаторы (гидротрансформаторы).

Гидромуфты, состоящие из насосного и турбинного колес, служат для передачи энергии без изменения крутящего момента, т. е. моменты на входном и выходном валах гидромуфты практически одинаковы.

Гидротрансформаторы, кроме насосного и турбинного колес, имеют хотя бы одно дополнительное колесо. Оно на большинстве режимов работы неподвижно, т.е. является неактивным (реактивным), и поэтому его принято называть реактором. Включение в состав гидротрансформатора реактора позволяет ему изменять (трансформировать) передаваемый крутящий момент. Таким образом, моменты на входном и выходном валах гидротрансформатора на большинстве режимов работы различны.

На современных транспортных и самоходных машинах получили широкое применение комплексные гидротрансформаторы. Комплексным называют гидротрансформатор, который в широком диапазоне изменения своих передаточных отношений работает как гидротрансформатор, а при больших значениях передаточных отношений переходит в режим гидромуфты и работает как гидромуфта. Это позволяет существенно повысить его коэффициент полезного действия.

Гидравлические муфты

Устройство и рабочий процесс гидромуфты

Основными элементами гидравлической муфты являются два соосно установленных лопастных колеса: насосное и турбинное, а также корпус, подшипники и другие детали. На рис. 4.1 приведена схема одной из возможных конструкций гидромуфт. На осевом разрезе гидромуфты (рис. 4.1,а) показаны насосное колесо Н, турбинное колесо Т и корпус гидромуфты К. У большинства муфт конструкция лопастных колес однотипна и представляет собой половину торообразной полости с плоскими радиально расположенными лопатками

Рис. 4.1. Конструктивная схема гидромуфты: а) осевой разрез; б) развертка лопастной системы

Насосное колесо Н приводится во вращение двигателем с угловой скоростью w₁. Жидкость, находящаяся в межлопастном пространстве насосного колеса, раскручивается вместе с ним и центробежными силами отбрасывается от оси вращения к периферии колеса (от точки 1 к точке 2 на рис. 4.1, а). Участвуя во вращательном движении вместе с насосным колесом, частицы жидкости приобретает кинетическую энергию и скорость в направлении движения этого колеса. Далее в окрестностях точки 2 жидкость перемещается с насосного колеса Н на турбинное колесо Т.

В межлопаточном пространстве турбинного колеса Т частицы жидкости оказывают воздействие на его лопатки и заставляют его вращаться с угловой скоростью w₂. Вращаясь вместе с турбинным колесом, частицы жидкости постепенно отдают ему кинетическую энергию, полученную в насосном колесе. При этом они перемещаются от периферии колеса к его оси вращения (от точки 2 к точке 1 на рис. 4.1, а). В окрестностях точки 1 жидкость переходит с турбинного колеса Т на насосное колесо Н. Далее рабочий процесс повторяется, т.е. жидкость циркулирует в межлопаточном пространстве колес по замкнутому контуру с массовым расходом Q’_m,

Учитывая, что описанный рабочий процесс имеет сложную пространственную траекторию движения частиц жидкости, для его пояснения на рис. 4.1, б приведена условная развертка колес гидромуфты. На этой развертке показана траектория движения одной частицы жидкости. На рис. 4.1, б видно, как эта частица перемещается вдоль плоской лопатки насосного колеса от точки 1 к точке 2. В точке 2 она «срывается» с насосного колеса, имея абсолютную скорость V₂, и с такой же скоростью V₂ «ударяет» в точке 2′ по лопатке турбинного колеса. Далее частица жидкости перемещается вдоль лопатки турбинного колеса от точки 2′ до точки 1′ и в точке 1′ уходит с турбинного колеса, имея абсолютную скорость V₁. В точке 1 эта частица попадает в межлопаточное пространство насосного колеса с такой же абсолютной скоростью V₁. Далее рабочий процесс повторяется.

Характеристики гидромуфты

Для анализа характеристик гидромуфты рассмотрим ее работу на установившемся режиме. В этом случае сумма моментов, приложенных к гидромуфте извне, должна равняться нулю, т.е.

где M₁ – момент на валу насосного колеса; М₂ – момент на валу турбинного колеса; М_с – момент сопротивления.

Момент сопротивления М_с вызван трением в узлах гидромуфты. Наибольшее влияние на него оказывает трение вращающихся колес о воздух (в ряде конструкций вращающимся является также корпус). В большинстве эксплуатационных режимов момент M_c мал, и им можно пренебречь. Тогда

Зависимость (4.1) подтверждает равенство моментов на насосном и турбинном колесах.

Передаваемый гидромуфтой момент M₁, изменяется в зависимости от соотношения угловых скоростей насосного w₁ и турбинного w₂ колес. На рис. 4.2 приведены два варианта (I и II) зависимости передаваемого момента M от передаточного отношения i гидромуфты

. (4.2)

Рис. 4.2. Характеристика гидромуфты

Из анализа графиков M = f (i) на рис. 4.2 следует, что при больших передаточных отношениях i величина передаваемого момента M уменьшается, а при i ® 1 резко падает до нулевой величины.

Приведённая зависимость M = f(i) при w₁ =const называется характеристикой гидромуфты.

Характеристика гидромуфты, кроме М = f(i), включает также зависимость ее КПД от передаточного отношения h =f(i). КПД найдем из отношения выходной мощности на турбинном колесе N₂ к входной – на насосном колесеN₁. Тогда с учетом зависимостей (4.1) и (4.2) получим

. (4.3)

Таким образом, пренебрегая величиной момента сопротивления M_с, можно считать, что КПД гидромуфты равен ее передаточному отношению. Зависимость h =f(i) нанесена на рис. 4.2.

Формула (4.3) получена при допущении, что момент сопротивления M_с мал, и поэтому им можно пренебречь. Это является целесообразным в широком диапазоне изменения передаточного отношения i (участок ОЕ зависимости h= f (i) на рис. 4.2). Но при i 1 это недопустимо, так как в области больших i резко падает передаваемый момент, а при i = i_P он становится соизмеримым с моментом сопротивления М_с. В этом случае формула (4.3) становится неприемлемой, а КПД гидромуфты из-за момента сопротивления M_с резко падает – участок EF на зависимости h = f (i).

Режим максимального КПД гидромуфты (95 – 98 % – точка Е на рис. 4.2) принято считать расчетным. Момент М_P и передаточное отношение i_р, соответствующие этому режиму, также считают расчетными.

Гидромуфты.

Гидродинамические муфты (гидромуфты) нашли широкое применение в качестве составной части привода различных машин. Трудно назвать какую-либо отрасль промышленности и техники, в которых не использовались бы гидромуфты. В первую очередь это относится к горнорудной, химической, металлургической, нефтедобывающей и лесотехнической промышленности. Гидромуфты используются также в приводах широкого класса машин строительной, строительно-дорожной и транспортной техники.

Гидромуфты составляют неотъемлемую часть таких машин как ленточные, цепные скребковые и пластинчатые конвейеры, элеваторы, осевые вентиляторы и дымососы, питательные насосы и газовые турбины, дробилки и мельницы различных типов, роторные экскаваторы, дорожные катки, бетоносмесители, барабанные сушилки и центрифуги. Нельзя не упомянуть автомобили, трактора и железнодорожные локомотивы, в которых гидромуфты входят в состав гидромеханических коробок.

В 1910г. профессор Феттингер (Германия) предложил изъять направляющий аппарат из им же созданного гидротрансформатора. Таким образом, был сделан шаг от более сложной гидродинамической передачи к более простой, что и явилось началом создания гидромуфт. Несмотря на многообразие появившихся позднее конструкций гидромуфт, принципиально их рабочая часть сохранилась в том виде, в каком предложил ее Феттингер.

На рис.1 схематично в меридиональном сечении показана гидромуфта , имеющая ведущее лопастное насосное колесо центробежного типа 1(насос) и ведомое лопастное колесо, выполняющее функцию реактивной турбины 2(турбина). Оба колеса имеют, как правило, плоские радиальные лопатки 3 и 4. К насосу 1 присоединен вращающийся при работе корпус 5. Диски 6 и 7 насоса и турбины выполнены в виде чаш с криволинейными образующими. В сововокупности с межлопастными каналами торообразная часть полости гидромуфты, заключенная между чашами насоса и турбины, является рабочей полостью. Между торцами колес имеется небольшой осевой зазор, благодаря чему возможно вращение одного колеса относительно другого. Замкнутая полость гидромуфты заполняется рабочей жидкостью (РЖ), в качестве которой используются чаще всего минеральные маловязкие масла. В пожароопасных условиях применяются вода и водные эмульсии, а также трудновоспламеняемые синтетические масла.

В приводном блоке насос соединяется валом 8 с двигателем, а турбина валом 9 с механической передачей. При включении двигателя насос своей лопастной системой увлекает во вращение РЖ и, отбрасывая к периферии рабочей полости, направляет ее на лопатки турбины. В турбине кинетическая энергия РЖ, запасенная в насосе, преобразуется в механическую энергию вращения, необходимую для преодоления сил сопротивления движению и инерции маховых масс машины. РЖ, протекая в направлении оси вращения вдоль лопаток, воздействует на них и, отдав энергию, всасывается насосом на его наименьшем радиусе. И вновь РЖ «заряжается» в насосе новой порцией энергии. Процесс передачи и преобразования энергии от насоса к турбине происходит при работе гидромуфты непрерывно, и замкнутая циркуляция РЖ постоянно обеспечивает при этом силовую связь между колесами.

В гидромуфте (гидропередача без внешней опоры) момент на турбине всегда равен моменту на насосе, но передача энергии в ней происходит с определенными потерями, характеризуемыми в рабочем режиме значением К.П.Д. Поскольку моменты колес раны, то К.П.Д. численно равен отношению частоты вращения турбины n₂ к частоте вращения насоса n_1, т.е. передаточному отношению i ( i= n₂/n₁). Крутящий момент гидромуфты передается всегда при некотором отставании скорости турбины от скорости насоса. Это значит, что гидромуфта работает со скольжением Sг = (n₁—n₂)/ n₁₌ 1-i. Скольжение отображает долю потерь мощности, идущих на нагрев РЖ и деталей гидромуфты.

Основные функциональные особенности гидромуфт.

При использовании гидромуфт привод машин приобретает целый ряд положительных свойств, из которых наиболее важными являются:
— страгивание с места с нулевыми значениями начального момента и ускорения, а также плавный разгон машин до рабочей скорости,
— предохранение приводного двигателя и механической трансмиссии от недопустимых перегрузок при резком торможении и пуске,
— возможность замены сложных электродвигателей с фазным ротором на простые и более надежные короткозамкнутые двигатели с обеспечением благоприятных условий их пуска под нагрузкой, в том числе и при большом моменте инерции машины,
— суммирование мощности нескольких двигателей, работающих на общий исполнительный орган при равномерном распределении нагрузки на эти двигатели, и возможность их поочередного запуска,
— стабильность и автоматичность срабатывания при заданном значении предельного момента и самовосстанавливаемость рабочего режима при устранении перегрузки,
— возможность гидродинамического и генераторного торможения машины, а также ее торможения противовращением при реверсировании двигателя,
— демпфирование и гашение крутильных колебаний крутящего момента и скорости вращения широкого спектра частот, имеющих место при работе многих машин.

К этому целесообразно добавить также такие особенности как высокий К.П.Д. гидромуфты (0,96-0,98), простота конструкции и настройки, отсутствие силовых пар трения, передающих крутящий момент. Изменение наполнения РЖ и введение в полость гидромуфты простого дросселирующего диска позволяют расширить диапазон передаваемой мощности.

Гидромуфты подразделяются на регулируемые и замкнутые.

Регулируемые гидромуфты предназначены, как правило, для относительно неглубокого (до 30-40%) регулирования частоты вращения ведомого вала привода. Наиболее экономичным такое регулирование является лишь для машин, у которых мощность нагрузки в процессе работы изменяется пропорционально кубу частоты вращения турбины, т.е. N₂=(i 3 ) Nн (Nн- номинальная мощность при полной скорости и n₁=const.). К таким машинам относятся мощные (до15тыс.квт) центробежные насосы, турбогенераторы, вентиляторы. Менее экономичным регулирование с помощью гидромуфт является в случае, когда мощность изменяется пропорционально квадрату частоты вращения ,т.е. N₂=(i 2 ) Nн. Максимальные потери мощности Nпот. в первом случае составляют Nпот.= 0,148 Nн при i=0,666, а во втором случае 0,25 Nн- при i=0,5. Для многих лопастных машин регулирование гидромуфтой имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами регулирования скорости.

Гидротрансформатор

Гидродинамический трансформатор (гидротрансформатор, ГДТ) является частью гидромеханической трансмиссии, которая на современных автомобилях имеет электронное управление гидравликой и в обиходе называется автоматической.

Первый гидротрансформатор был запатентован в 1902 году Г. Феттингером и установлен через пять лет на быстроходном судне. В автомобилестроении это устройство первой применила в 1928 году шведская фирма «Лисхольм-Смит» для городских автобусов. В 1940 году гидротрансформатором стали оснащаться Oldsmobile, а затем и Cadillac.

Buick Roadmaster в 1947 году стал первым серийным легковым автомобилем с гидротрансформатором.
ГДТ находится между двигателем и автоматической коробкой перемены передач (АКПП), которая принципиально отличается устройством от простых механических. Он выполняет без вмешательства водителя две функции. Первая — функция сцепления, т. е. обеспечение передачи крутящего момента двигателя на АКПП. Вторую можно назвать функцией «дополнительной бесступенчатой коробки передач». Это образное выражение можно применить, исходя из особенностей работы гидротрансформатора, который, изменяя передаваемый им крутящий момент, позволяет увеличивать передаточные числа АКПП (см. «Работа ГДТ на автомобиле»).

Устройство ГДТ

Схематично ГДТ (см. рисунок) можно представить в виде трех лопастных колес (насосное, турбинное и колесо реактора), вращающихся соосно и находящихся в одном корпусе (фото 1), заполненном рабочей жидкостью.
Насосное колесо (насос) жестко соединено с корпусом ГДТ, который приводится во вращение коленчатым валом двигателя.
Турбинное колесо (турбина) имеет шлицевое соединение с первичным валом коробки передач.
Колесо реактора (реактор) соединено с корпусом коробки передач через муфту свободного хода, что позволяет ему быть неподвижным или вращаться относительно насоса и турбины в зависимости от режима работы ГДТ.
Рабочая жидкость — жидкость для гидромеханических трансмиссий, нагнетаемая специальным насосом (не путать с насосным колесом) во внутреннюю полость корпуса ГДТ.

Принцип работы ГДТ

Коленчатый вал двигателя вращает корпус гидротрансформатора, который жестко связан с маховиком. Насосное колесо, конструктивно объединено с его корпусом и всегда имеет число оборотов, равное оборотам двигателя.
При вращении коленчатого вала насосное колесо начинает вращаться вместе с жидкостью, полностью заполняющей корпус ГДТ. Лопасти насосного колеса устремляют рабочую жидкость на лопасти турбины. Вслед за движением насосного колеса, под действием жидкости начинает двигаться турбинное. При малом числе оборотов происходит отставание вращения турбинного колеса от насосного. По мере увеличения числа оборотов проскальзывание уменьшается, к.п.д. ГДТ возрастает.
Между насосным и турбинным колесами расположен реактор. На современных моделях ГДТ он устанавливается на обгонной муфте, которая позволяет расклинивать его (см. устройство) и тем самым еще больше увеличивать к.п.д ГДТ.
Жидкость, от насосного колеса попадая через лопасти турбины на реактор, может передать больший момент, чем развивает двигатель. Этот эффект и определил название гидротрансформатора, т.е. он трансформирует (передает, усиливает) крутящий момент. Неподвижный реактор нужен только до тех пор, пока скорость вращения турбины отстает от скорости вращения насосного колеса на 15-25%. При выравнивании скоростей колес реактор становится помехой и снижает к.п.д. ГДТ, поэтому муфта свободного хода разблокирует его и он будет вращаться.

Гидромуфта flender принцип работы. Принцип работы гидромуфты вентилятора. Как работает и из чего состоит гидравлическая муфта

В некоторых видах двигателей устанавливается привод вентилятора с охлаждающей функцией от коленвала. Соединение осуществляется через специальную деталь, называемой гидромуфтой. В чём суть действия этого прибора, строение и процесс его функционирования, пойдёт речь в данной статье. Также немаловажным фактором является правильное использование данного узла, технические особенности и, в случае необходимости, проведение ремонта.

Свойства

Отметим основные свойства, которыми обладают гидромуфты:

• Ведомые и ведущие валы действуют вне зависимости друг от друга. К примеру, когда ведомый вал находится в покое, то в это время ведущий вал может функционировать или соответствовать промежуточному значению угловой скорости. Но отметим, что значение последней не может равняться скорости вращения ведущего вала. Обычно её значения меньше на 2 – 3%.
• Именно гидравлические муфты смогут обеспечить плавное начало движения транспорта и плавный набор разгона.
• Строение организовано таким образом, что в ней отсутствуют детали, которые тесно соприкасаются между собой. Другими словами отсутствует процесс трения деталей, а следовательно, их износ сводится к минимуму.
• Гидромуфта сдерживает крутильные колебания.
• С её помощью обеспечивается бесшумное функционирование передач.
• Обеспечивается высокие показатели коэффициента полезного действия, до 0,96 – 0,98.
• Высокая степень надёжности при эксплуатации.С их помощью можно организовать управление, как на дистанционном, так и на автоматическом уровне.

История

Своим рождением гидротрансформатор и гидромуфта обязаны развитию судостроения в конце XIX века. С появлением на кораблях морского флота паровых машин возникла острая необходимость в новом дополнительном механизме, который позволял бы плавно передавать крутящий момент от паровых двигателей к большим и тяжелым гребным винтам, погруженным в воду. Такими устройствами стали гидромуфта и гидротрансформатор, которые запатентовал в 1905 году немецкий инженер и изобретатель Герман Феттингер. Позже эти механизмы адаптировали для установки на лондонские автобусы, а затем на автомобили и первые дизельные локомотивы для более плавного начала движения.

Устройство и принцип работы гидромуфты

Внутри гидромуфты очень близко друг к другу соосно размещены два вращающихся колеса с лопастями. Одно соединено с ведущим валом (насосное), а второе с ведомым (турбинное). Все пространство вокруг них в гидромуфте заполнено рабочей жидкостью (масло).

Принцип работы гидромуфты очень прост. Её ведущий вал вращается двигателем. Вместе с валом в корпусе гидромуфты циркулирует и масло. За счет своей вязкости оно постепенно все больше и больше вовлекает за собой в это вращение ведомый вал. Таким образом, крутящий момент от двигателя плавно нарастая постепенно через жидкость передается на ведомый вал.

Устройство и принцип работы гидротрансформатора

По сути, гидротрансформатор это та же гидромуфта в которой между вращающимися колёсами добавлено третье лопастное колесо – реактор (статор). Посредством муфты свободного хода оно может вращаться на ведущем валу, образуя единое целое с насосным колесом. Это происходит до тех пор, пока обороты вращения насоса и турбины различаются. Как только они уравниваются, реактор начинает вращаться независимо от насоса, превращая гидротрансформатор в гидромуфту.

Достоинства и недостатки гидромуфты

В настоящее время гидромуфты устанавливаются на автомобили с полуавтоматическими коробками передач (грузовые, автобусы, реже легковые), на тракторы, в авиационные турбины, применяются в металлообрабатывающих станках. К достоинствам гидромуфты можно отнести простоту конструкции, обеспечение плавности изменения крутящего момента, передаваемого от двигателя на механизмы трансмиссии, снижение ударных нагрузок на шестеренчатые пары коробок передач.
Недостатком гидромуфты является меньший по сравнению с гидротрансформатором коэффициент полезного действия из-за больших потерь при высоких оборотах ведущего вала двигателя. По этой причине на современные легковые автомобили гидромуфты практически не устанавливаются.

Гидромуфты подразделяются на регулируемые и замкнутые.

Регулируемые гидромуфты предназначены, как правило, для относительно неглубокого (до 30-40%) регулирования частоты вращения ведомого вала привода. Наиболее экономичным такое регулирование является лишь для машин, у которых мощность нагрузки в процессе работы изменяется пропорционально кубу частоты вращения турбины, т.е. N 2 =(i 3) Nн (Nн- номинальная мощность при полной скорости и n 1 =const.). К таким машинам относятся мощные (до15тыс.квт) центробежные насосы, турбогенераторы, вентиляторы. Менее экономичн

Гидроподжимная муфта — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Гидроподжимная муфта (сокр. ГПМ) — фрикционная муфта сцепления, использующая в качестве нажимного устройства гидравлический цилиндр. Нашли широкое применение в автоматических коробках передач автомобилей и гидравлически управляемых коробках передач тракторов, самоходных машин, бронетехники.

Гидроподжимные муфты могут иметь различное конструктивное решение.

В коробках передач служат для включения передач за счёт сжатия дисков давлением масла.

Основные части гидроподжимной муфты трактора Т-150К:

• Ведущий внутренний барабан с шестерней.
• Ведомый внешний барабан.
• Ведущие диски.
• Ведомые диски.
• Нажимной диск (поршень).
• Отжимные пружины.

Принцип действия гидроподжимной муфты основан на передаче крутящего момента за счёт сил трения, которые возникают при сжатии пакета ведущих (связаны с ведущим барабаном) и ведомых (жёстко связаны с шестернёй или валом) дисков, входящих в состав любой гидроподжимной муфты. Простая гидроподжимная муфта представляет собой вал, связанный с помощью шлицев с ведущим барабаном, в расточенной полости которого свободно перемещается поршень. В барабане имеются вырезы, в которые входят своими выступами ведущие диски. Обычно дисков несколько, и их принято называть «пакет дисков». Между ведущими дисками, жёстко связанными с барабаном, расположены ведомые диски, которые, в свою очередь, связаны с ведомой шестернёй, которая свободно вращается на том же валу, что и барабан, и входит в зацепление с шестернёй вторичного вала, которому передаётся крутящий момент. В выключенном состоянии поршень не воздействует на пакет дисков, поэтому крутящий момент не передаётся на ведомую шестерню. Когда в полость поступает масло, поршень перемещается, сжимая ведущие и ведомые диски с большой силой. За счёт возникающих сил трения между ведущими и ведомыми дисками вращение передаётся ведомой шестерне. Для выключения гидроподжимной муфты достаточно соединить канал нагнетания масла с каналом слива. Под воздействием возвратных пружин поршень перемещается в исходное положение, выдавливая рабочую жидкость в канал слива, пакет дисков разжимается, и передача крутящего момента прекращается. Коробка передач с гидроподжимными муфтами (на примере Т-150К) имеет довольно сложное устройство. Так, коробка имеет собственную гидросистему, которая приводится насосом, напрямую связанным с двигателем, посредством горизонтального и вертикального валов, систему перебросных клапанов, распределитель, гидроаккумулятор, радиатор охлаждения масла. Горизонтальный вал проходит внутри полости первичного вала коробки передач, и с помощью шлицев жестко связан с маховиком двигателя. Горизонтальный вал выходит в раздаточной коробке, и с помощью шестерён с угловым расположением зубьев передаёт вращение вертикальному валу, который приводит во вращение гидронасос, расположенный в нижней части корпуса раздаточной коробки.

Гидромуфта и гидротрансформатор

Гидравлическая муфта (она же гидромуфта), а также впоследствии вытеснивший ее гидротрансформатор представляют собой закрытые механизмы полуавтоматических и автоматических коробок передач.

Трансмиссия

Оба устройства  используются для передачи крутящего момента от ведущего вала двигателя к АКПП. В обоих механизмах между ведущим и ведомым валами нет жесткой связи, поэтому они передают вращение от одной оси к другой плавно и равномерно, без каких-либо рывков и толчков.

История

Своим рождением гидротрансформатор и гидромуфта обязаны развитию судостроения в конце XIX века. С появлением на кораблях морского флота паровых машин возникла острая необходимость в новом дополнительном механизме, который позволял бы плавно передавать крутящий момент от паровых двигателей к большим и тяжелым гребным винтам, погруженным в воду. Такими устройствами стали гидромуфта и гидротрансформатор, которые запатентовал в 1905 году немецкий инженер и изобретатель Герман Феттингер. Позже эти механизмы адаптировали для установки на лондонские автобусы, а затем на автомобили и первые дизельные локомотивы для более плавного начала движения.

Гидротрансформатор

Устройство и принцип работы гидромуфты

Внутри гидромуфты очень близко друг к другу соосно размещены два вращающихся колеса с лопастями. Одно соединено с ведущим валом (насосное), а второе с ведомым (турбинное). Все пространство вокруг них в гидромуфте заполнено рабочей жидкостью (масло).

Принцип работы гидромуфты очень прост. Её ведущий вал вращается двигателем. Вместе с валом в корпусе гидромуфты циркулирует и масло. За счет своей вязкости оно постепенно все больше и больше вовлекает за собой в это вращение ведомый вал. Таким образом, крутящий момент от двигателя плавно нарастая постепенно через жидкость передается на ведомый вал.

Гидромуфта Источник: web-mechanic.ru

Устройство и принцип работы гидротрансформатора

По сути, гидротрансформатор это та же гидромуфта в которой между вращающимися колёсами добавлено третье лопастное колесо – реактор (статор). Посредством муфты свободного хода оно может вращаться на ведущем валу, образуя единое целое с насосным колесом. Это происходит  до тех пор, пока обороты вращения насоса и турбины различаются. Как только они уравниваются, реактор начинает вращаться независимо от насоса, превращая гидротрансформатор в гидромуфту.

Гидротрансформатор. С ростом скорости автомобиля (а значит, и частоты вращения турбинного колеса) колесо реактора растормаживается, и гидротрансформатор переходит в режим гидромуфты. Соотношение крутящих моментов на входе и на выходе в обоих режимах на рисунке отражено весом гирек, «подвешенных» к насосному и к турбинному колесам. Источник: autoreview.ru

Плюсы и минусы

Главным достоинством гидромуфты и гидротрансформатора является возможность плавного изменения крутящего момента, передаваемого на трансмиссию от двигателя. Еще одним важным плюсом этих устройств является ограничение максимального передаваемого крутящего  момента. Иными словами, эти механизмы никогда не смогут передать слишком большое вращение, способное повредить трансмиссию. Они предохранят от перегрузок приводной двигатель (особенно в момент пуска).

Самый большой недостаток гидротрансформатора и гидромуфты, в свою очередь, является низкий КПД в сравнении с механическими муфтами, имеющими жесткую связь ведущего и ведомого вала. Часть крутящего момента в них попросту тратится на перемешивание масла. Вместо того чтобы превратиться в полезный крутящий момент на выходном валу энергия вращения трансформируется в тепло, нагревая корпус муфты. Соответственно, это приводит к увеличению расхода топлива. Чтобы избежать этого, у современных автомобилей с АКПП для гидротрансформаторов предусмотрен механизм блокировки, который жестко связывает насос и турбину при достижении определенной скорости.

Вязкостная муфта — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 декабря 2014; проверки требуют 13 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 декабря 2014; проверки требуют 13 правок. Вязкостная муфта с открытым корпусом. Рабочая жидкость вязкостной муфты В полностью разобранном состоянии Внутренние пластины

Вязкостная муфта (или вискомуфта от лат. viscosus – вязкий) — это механическое устройство, которое передаёт вращающий момент посредством вязкой жидкости. Конструктивно она состоит из множества круглых пластин, имеющих выступы и отверстия. Эти пластины расположены очень близко друг к другу в герметичном корпусе. В муфте имеются две группы пластин: ведущие, соединённые с ведущим валом, и ведомые — с ведомым. Ведущие и ведомые пластины расположены чередуясь и соосно. Корпус заполнен дилатантной жидкостью, часто созданной на силиконовой основе. Когда пластины вращаются с одинаковой частотой, частицы жидкости почти не перемешиваются, и вязкость её невелика — через муфту передаётся крутящий момент. Когда один из валов начинает вращаться быстрее (или медленнее), чем другой, жидкость начинает перемешиваться, её вязкость, в силу дилатантных свойств, начинает прогрессивно возрастать. Жидкость может стать почти твёрдой и эффективно склеить пластины. В результате муфта может передавать больший крутящий момент. Величина момента определяется типом используемой жидкости, размером и количеством пластин, размером и формой отверстий и выступов в пластинах.

В некоторых вязкостных муфтах жидкость аккумулирует тепло, образующееся при вязком трении. Как следствие, жидкость расширяется, и расширение муфты приводит к прижатию пластин друг к другу, что увеличивает трение (не вязкое) между ними.

Эти устройства принципиально отличаются от гидромуфт и гидротрансформаторов тем, что используют вязкость жидкости для передачи момента, в то время как в гидромуфтах для передачи момента используются динамические свойства потока жидкости. Как следствие, вязкостные муфты менее требовательны к охлаждению. Величина передаваемого момента чувствительна к разнице скоростей вращения входного и выходного вала, но почти не зависит от абсолютных значений этих скоростей.

Основное применение — полноприводные трансмиссии легковых автомобилей, где вискомуфта выполняет либо непосредственно роль эрзац-дифференциала, либо роль блокировочной муфты в дополнение к обычному дифференциалу.

В случае использования вискомуфты для обеспечения дифференциального вращения осей всегда следует понимать, что вискомуфта ни в коем случае дифференциалом не является: она не делит крутящие моменты и не разветвляет потоки мощности. В конструкциях таких трансмиссий всегда одна ось жёстко связана с мотором, а другая связана через вискомуфту, которая здесь располагается в разрезе вала привода своей оси до её межколёсного дифференциала. В штатных режимах движения ось, подключённая через вискомуфту, обеспечивает порядка 5-10% вклада в общую силу тяги. В относительно краткосрочных экстра-режимах пробуксовки основной ведущей оси вискомуфта теоретически позволяет перебросить на подключаемую ось до 100% эффективно используемой мощности, хотя зачастую обычно хватает и некоего переходного режима распределения тяги между осями. Время работы вискомуфты в заблокированном режиме обычно не слишком велико, и длительная её блокировка ведёт к перегреву и падению тягового усилия подключённой оси вплоть до нуля. Несмотря на этот недостаток, конструкция с подключаемой осью активно используется до сих пор на паркетных внедорожниках (обычно подключается задняя ось). Первой машиной с вискомуфтой в трансмиссии стал AMC Eagle 1980 года (подключалась передняя ось). Помимо внедорожников вискомуфта применялась на четвёртом-шестом поколении Porsche 911 (тип-993, тип-996, тип-997) на его полноприводных модификациях, в том числе 911-Турбо (подключалась передняя ось).

В случае использования вискомуфты для блокировки дифференциала, таковая связывает два любых его звена – либо корпус (водило) дифференциала и одно ведомое звено, либо оба ведомых звена, причём, оба варианта исполнения по своим возможностям идентичны. При взаимной пробуксовке звеньев вискомуфта выравнивает их угловые скорости вплоть до полной блокировки дифференциала. Такая конструкция использовалась например на межосевых дифферециалах Toyota Celica GT4 ST205, Subaru Impreza WRX GC8A и Alfa-Romeo 155Q4.

Кроме производителей оригинальных вязкостных муфт существует несколько международных производителей, специализирующихся на вторичном рынке автокомплектующих, например:

«Visco» является товарным знаком Behr GmbH, Штутгарт. DPMA Registernummer 1130963 <ref> Текст ссылки,; Nizza-Klasse 12, 7: Flüssigkeitsreibungskupplungen für Maschinen und Landfahrzeuge </ ref>

Гидромуфта, гидротрансформатор, вариатор. Назначение, принцип действия

Гидромуфты.

Гидродинамические муфты (гидромуфты) нашли широкое применение в качестве составной части привода различных машин. Трудно назвать какую-либо отрасль промышленности и техники, в которых не использовались бы гидромуфты. В первую очередь это относится к горнорудной, химической, металлургической, нефтедобывающей и лесотехнической промышленности. Гидромуфты используются также в приводах широкого класса машин строительной, строительно-дорожной и транспортной техники.

Гидромуфты составляют неотъемлемую часть таких машин как ленточные, цепные скребковые и пластинчатые конвейеры, элеваторы, осевые вентиляторы и дымососы, питательные насосы и газовые турбины, дробилки и мельницы различных типов, роторные экскаваторы, дорожные катки, бетоносмесители, барабанные сушилки и центрифуги. Нельзя не упомянуть автомобили, трактора и железнодорожные локомотивы, в которых гидромуфты входят в состав гидромеханических коробок.

В 1910г. профессор Феттингер (Германия) предложил изъять направляющий аппарат из им же созданного гидротрансформатора. Таким образом, был сделан шаг от более сложной гидродинамической передачи к более простой, что и явилось началом создания гидромуфт. Несмотря на многообразие появившихся позднее конструкций гидромуфт, принципиально их рабочая часть сохранилась в том виде, в каком предложил ее Феттингер.

На рис.1 схематично в меридиональном сечении показана гидромуфта , имеющая ведущее лопастное насосное колесо центробежного типа 1(насос) и ведомое лопастное колесо, выполняющее функцию реактивной турбины 2(турбина). Оба колеса имеют, как правило, плоские радиальные лопатки 3 и 4. К насосу 1 присоединен вращающийся при работе корпус 5. Диски 6 и 7 насоса и турбины выполнены в виде чаш с криволинейными образующими. В сововокупности с межлопастными каналами торообразная часть полости гидромуфты, заключенная между чашами насоса и турбины, является рабочей полостью. Между торцами колес имеется небольшой осевой зазор, благодаря чему возможно вращение одного колеса относительно другого. Замкнутая полость гидромуфты заполняется рабочей жидкостью (РЖ), в качестве которой используются чаще всего минеральные маловязкие масла. В пожароопасных условиях применяются вода и водные эмульсии, а также трудновоспламеняемые синтетические масла.

В приводном блоке насос соединяется валом 8 с двигателем, а турбина валом 9 с механической передачей. При включении двигателя насос своей лопастной системой увлекает во вращение РЖ и, отбрасывая к периферии рабочей полости, направляет ее на лопатки турбины. В турбине кинетическая энергия РЖ, запасенная в насосе, преобразуется в механическую энергию вращения, необходимую для преодоления сил сопротивления движению и инерции маховых масс машины. РЖ, протекая в направлении оси вращения вдоль лопаток, воздействует на них и, отдав энергию, всасывается насосом на его наименьшем радиусе. И вновь РЖ «заряжается» в насосе новой порцией энергии. Процесс передачи и преобразования энергии от насоса к турбине происходит при работе гидромуфты непрерывно, и замкнутая циркуляция РЖ постоянно обеспечивает при этом силовую связь между колесами.

В гидромуфте (гидропередача без внешней опоры) момент на турбине всегда равен моменту на насосе, но передача энергии в ней происходит с определенными потерями, характеризуемыми в рабочем режиме значением К.П.Д. Поскольку моменты колес раны, то К.П.Д. численно равен отношению частоты вращения турбины n₂ к частоте вращения насоса n_1, т.е. передаточному отношению i ( i= n₂/n₁). Крутящий момент гидромуфты передается всегда при некотором отставании скорости турбины от скорости насоса. Это значит, что гидромуфта работает со скольжением Sг = (n₁—n₂)/ n₁₌ 1-i. Скольжение отображает долю потерь мощности, идущих на нагрев РЖ и деталей гидромуфты.

Основные функциональные особенности гидромуфт.

При использовании гидромуфт привод машин приобретает целый ряд положительных свойств, из которых наиболее важными являются:
— страгивание с места с нулевыми значениями начального момента и ускорения, а также плавный разгон машин до рабочей скорости,
— предохранение приводного двигателя и механической трансмиссии от недопустимых перегрузок при резком торможении и пуске,
— возможность замены сложных электродвигателей с фазным ротором на простые и более надежные короткозамкнутые двигатели с обеспечением благоприятных условий их пуска под нагрузкой, в том числе и при большом моменте инерции машины,
— суммирование мощности нескольких двигателей, работающих на общий исполнительный орган при равномерном распределении нагрузки на эти двигатели, и возможность их поочередного запуска,
— стабильность и автоматичность срабатывания при заданном значении предельного момента и самовосстанавливаемость рабочего режима при устранении перегрузки,
— возможность гидродинамического и генераторного торможения машины, а также ее торможения противовращением при реверсировании двигателя,
— демпфирование и гашение крутильных колебаний крутящего момента и скорости вращения широкого спектра частот, имеющих место при работе многих машин.

К этому целесообразно добавить также такие особенности как высокий К.П.Д. гидромуфты (0,96-0,98), простота конструкции и настройки, отсутствие силовых пар трения, передающих крутящий момент. Изменение наполнения РЖ и введение в полость гидромуфты простого дросселирующего диска позволяют расширить диапазон передаваемой мощности.

Гидромуфты подразделяются на регулируемые и замкнутые.

Регулируемые гидромуфты предназначены, как правило, для относительно неглубокого (до 30-40%) регулирования частоты вращения ведомого вала привода. Наиболее экономичным такое регулирование является лишь для машин, у которых мощность нагрузки в процессе работы изменяется пропорционально кубу частоты вращения турбины, т.е. N₂=(i³) Nн (Nн- номинальная мощность при полной скорости и n₁=const.). К таким машинам относятся мощные (до15тыс.квт) центробежные насосы, турбогенераторы, вентиляторы. Менее экономичным регулирование с помощью гидромуфт является в случае, когда мощность изменяется пропорционально квадрату частоты вращения ,т.е. N₂=(i²) Nн. Максимальные потери мощности Nпот. в первом случае составляют Nпот.= 0,148 Nн при i=0,666, а во втором случае 0,25 Nн- при i=0,5. Для многих лопастных машин регулирование гидромуфтой имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами регулирования скорости.

Гидротрансформатор

Гидродинамический трансформатор (гидротрансформатор, ГДТ) является частью гидромеханической трансмиссии, которая на современных автомобилях имеет электронное управление гидравликой и в обиходе называется автоматической.

Первый гидротрансформатор был запатентован в 1902 году Г. Феттингером и установлен через пять лет на быстроходном судне. В автомобилестроении это устройство первой применила в 1928 году шведская фирма «Лисхольм-Смит» для городских автобусов. В 1940 году гидротрансформатором стали оснащаться Oldsmobile, а затем и Cadillac.

Buick Roadmaster в 1947 году стал первым серийным легковым автомобилем с гидротрансформатором.
ГДТ находится между двигателем и автоматической коробкой перемены передач (АКПП), которая принципиально отличается устройством от простых механических. Он выполняет без вмешательства водителя две функции. Первая — функция сцепления, т. е. обеспечение передачи крутящего момента двигателя на АКПП. Вторую можно назвать функцией «дополнительной бесступенчатой коробки передач». Это образное выражение можно применить, исходя из особенностей работы гидротрансформатора, который, изменяя передаваемый им крутящий момент, позволяет увеличивать передаточные числа АКПП (см. «Работа ГДТ на автомобиле»).

Устройство ГДТ

Схематично ГДТ (см. рисунок) можно представить в виде трех лопастных колес (насосное, турбинное и колесо реактора), вращающихся соосно и находящихся в одном корпусе (фото 1), заполненном рабочей жидкостью.
Насосное колесо (насос) жестко соединено с корпусом ГДТ, который приводится во вращение коленчатым валом двигателя.
Турбинное колесо (турбина) имеет шлицевое соединение с первичным валом коробки передач.
Колесо реактора (реактор) соединено с корпусом коробки передач через муфту свободного хода, что позволяет ему быть неподвижным или вращаться относительно насоса и турбины в зависимости от режима работы ГДТ.
Рабочая жидкость — жидкость для гидромеханических трансмиссий, нагнетаемая специальным насосом (не путать с насосным колесом) во внутреннюю полость корпуса ГДТ.

Принцип работы ГДТ

Коленчатый вал двигателя вращает корпус гидротрансформатора, который жестко связан с маховиком. Насосное колесо, конструктивно объединено с его корпусом и всегда имеет число оборотов, равное оборотам двигателя.
При вращении коленчатого вала насосное колесо начинает вращаться вместе с жидкостью, полностью заполняющей корпус ГДТ. Лопасти насосного колеса устремляют рабочую жидкость на лопасти турбины. Вслед за движением насосного колеса, под действием жидкости начинает двигаться турбинное. При малом числе оборотов происходит отставание вращения турбинного колеса от насосного. По мере увеличения числа оборотов проскальзывание уменьшается, к.п.д. ГДТ возрастает.
Между насосным и турбинным колесами расположен реактор. На современных моделях ГДТ он устанавливается на обгонной муфте, которая позволяет расклинивать его (см. устройство) и тем самым еще больше увеличивать к.п.д ГДТ.
Жидкость, от насосного колеса попадая через лопасти турбины на реактор, может передать больший момент, чем развивает двигатель. Этот эффект и определил название гидротрансформатора, т.е. он трансформирует (передает, усиливает) крутящий момент. Неподвижный реактор нужен только до тех пор, пока скорость вращения турбины отстает от скорости вращения насосного колеса на 15-25%. При выравнивании скоростей колес реактор становится помехой и снижает к.п.д. ГДТ, поэтому муфта свободного хода разблокирует его и он будет вращаться.