Лекция 14. Гидротрансформаторы

Гидротрансформаторы.

Основной особенностью гидротрансформаторов является, то что они могут создавать на турбине и отдавать потребителю больший момент, чем развивает сам двигатель.

Это свойство характеризуется термином – трансформация, который входит в самое название гидротрансформатора. Коэф. трансформации К=М_т/М_д может достигать 4…5 единиц. Это главное свойство гидротрансформатора создается путем установки дополнительного колеса – реактора, который жестко связан с корпусом двигателя, но может и нейтрализоваться – блокироваться и тогда гидротрансформатор переходит в режим работы гидромуфты. Это автоматически выполняется на больших оборотах, там где КПД гидротрансформатора мал, а КПД гидромуфт, наоборот – высок (см. характеристики гидромуфт и гидротрансформаторов).

Гидротрансформатор (рис. 17.2) состоит из насосного 1 и турбинного 2 колес, снабженных лопатками сложной конфигурации.

Между насосным и турбинным колесами установлен реактор 3, также имеющий лопатки. Насосное колесо с кожухом 5 и венцом 4

Рис.. гидротрансформатор и его характеристика:

1- насосное колесо; 2- турбинное колесо; 3- реактор; 4- венец; 5-кожух; 6 и 7-валы; 5- картер коробки передач

закреплено на фланце коленчатого вала 6, турбинное колесо - на ведомом турбинном валу 7, а реактор- на картере 8. Кожух заполнен маслом.

Отношение крутящего момента на турбинном колесе к крутящему моменту на насосном колесе называется коэффициентом трансформации (К)

К= _Мт__

Мн

В связи с интенсивным перемешиванием масла лопатками к.п.д. гидротрансформатора ниже к. п. д. гидромуфты и максимально составляет 0,85-09. Значительные потери мощности приводят к сильному нагреванию масла в гидротрансформаторе. Для охлаждения масло пропускается через масляный радиатор.

Изменение основных показателей гидротрансформатора в зависимости от числа оборотов турбинного колеса представлено на его внешней характеристике (рис. 172). Как видно из характеристики, уменьшение числа оборотов турбинного колеса сопровождается значительным увеличением передаваемого крутящего момента (т. е. К). наибольшего значения Мт и К достигают при неподвижном турбинном колесе и большом числе оборотов насосного колеса. Такой характер изменения передаваемого момента позволяет автомобилю автоматически приспосабливаться к изменению внешних сопротивлений.

Гидротрансформаторы можно классифицировать по следующим признакам:

- по количеству турбинных колес;

- по направлению вращения турбинного и насосного колес;

- по способу установки реактора;

- по количеству реакторов;

- по взаимодействию между крутящими моментами двигателя и турбинного колеса.

В зависимости от количества турбинных колес гидротрансформаторы подразделяются на одноступенчатые, двухступенчатые и трехступенчатые. Так, например, трехступенчатый гидротрансформатор имеет насосное колесо, три турбинных колеса, закрепленных на общем валу, и два реактора. Коэффициент трансформации такого трансформатора достигает 4,5-5, в то время как у одноступенчатого он обычно не превышает 3,5, К. п. д. многоступенчатого гидротрансформатора ниже, конструкция сложнее.

В зависимости от направления вращения колес гидротрансформаторы могут быть прямого хода насосное и турбинное колеса вращаются в одну

сторону, у гидротрансформатора обратного хода – в разные стороны, а у реверсивного гидротрансформатора турбинное колесо может вращаться в том и другом направлении.

В зависимости от способа установки реактора гидротрансформатор может быть простым и комплексным. В первом случае реактор закреплен неподвижно, во втором – установлен на муфте свободного хода, допускающей вращение реактора в сторону вращения колес и удерживающей его в обратном направлении. Подвижная установка реактора обеспечивает гидротрансформатору возможность работы на режиме гидромуфты, что повышает его к. п. д.. дополнительное повышение к. п. д. гидротрансформатора на эксплуатационных режимах может быть достигнуто установкой двух реакторов. В этом случае реакторы начинают вращаться последовательно, а гидротрансформатор получает название полимерического.

По характеру взаимодействия между крутящими моментами двигателя и турбинного колеса гидротрансформаторы подразделяются на прозрачные и непрозрачные. Если изменение внешней нагрузки при неизменном положении дроссельной заслонки сопровождается изменением оборотов и крутящего момента двигателя (рис. 172, сплошные кривые Мн и nн), то гидротрансформатор называется прозрачным. Такие гидротрансформаторы обычно устанавливаются на автомобилях с карбюраторами двигателями, так как они позволяют трогаться автомобилям на малых оборотах и полнее использовать крутящий момент двигателя. Однако коэффициент трансформации прозрачных гидротрансформаторов обычно не превышает 2,7 (при трех колесах). Если на автомобиле установлен непрозрачный гидротрансформатор, то изменение внешних сопротивлений не отражается на режиме работы двигателя (рис. 172, пунктирные кривые М_н и n_н). Такие гидротрансформаторы имеют большой коэффициент трансформации (4-5), строятся только одноступенчатыми и устанавливаются на тяжелые грузовые автомобили с дизельными двигателями.

Одноступенчатый, комплексный, полиметрический, непрозрачный гидротрансформатор прямого хода с коэффициентом трансформации 3,5 установлен на автомобиле МАЗ-535 (рис.169). Насосное 6, турбинное 5 колеса и два реактора 11 отлиты из алюминиевого сплава. Насосное колесо через кожух связано с ведущим валом 7, турбинное колесо – с турбинным валом 8. Реакторы установлены на муфтах свободного хода 9. для блокировки насосного и турбинного колес установлен блокировочный фрикцион с поршнем 10. Циркуляция масла через гидротрансформатор обеспечивается насосом 37 (рис.170), забирающим масло из радиатора 3 гидротрансформатора. Нормальное давление масла в системе (2,5-4 кг/см) обеспечивает клапан 31, находящийся в золотниковой коробке. При движении по хорошей дороге с целью повышения скорости движения и уменьшения расхода топлива гидротрансформатор может быть заблокирован клапаном 33 с электромагнитным приводом. Нажатием на кнопку 28 в кабине включается соленоид 34, клапан перемещается вниз и масло от селекторного клапана 25 поступает к бустеру блокировочного фрикциона с поршнем 10. Блокировка гидротрансформатора возможна только на второй и третьей передачах в коробке. При включении передачи гидротрансформатор автоматически разблокируется вследствие слива масла от поршня через селекторный клапан. При переходе с одной передачи на другую сначала происходит разблокировка, а затем гидротрансформатор снова автоматически блокируется благодаря действию маятникового клапана 29. Так, если вместо третьей передачи будет включена вторая, то масло от селекторного клапана через калиброванное отверстие надавит на поршень клапана 29 справа, переместит его влево и через открывшийся канал и клапан 33 поступит к поршню 10 блокировочного фрикциона.

Наибольший к. п. д. гидротрансформатора на режиме трансформатора составляет 0,83, на режиме муфты-0,92.

На автомобиле МАЗ- 535 гидротрансформатор совместно с планетарной коробкой передач размещается в общем картере гидромеханической передачи.

Рис.5. Гидротрансформатор.

1.- лопатки турбины, 2.- лопатки насоса, 3.- колеса реактора, 4.- маховик с венцом.

Внешне, кроме наличия реактора, гидротрансформатор отличается от гидромуфты тем, что у последней лопасти плоские и радиальные (прямые), а у первого – криволинейные.

Характеристика гидротрансформатора.

Рис. Гидротрансформатор.

Основные точки характеристики гидротрансформатора.

Точка 1. Холостой ход гидротрансформатора и двигателя. КПД гидротрансформатора равен нулю.

Точка 2. Рабочий режим – режим максимального КПД, η=0,95…0,98. Обороты вала турбины на расчетном режиме примерно 60% оборотов вала двигателя.

Точка 3. Вал турбины остановлен. КПД гидротрансформатора равен нулю.

Точка 4. Гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты. Момент на валу двигателя, насоса и турбины одинаковы М_д=М_н=М_т.

Подводя итоги анализа свойств гидродинамического привода необходимо отметить следующие его положительные качества:

- надежная, автоматическая и постоянная защита двигателя от перегрузок, особенно во время запуска, что увеличивает долговечность двигателя-источника энергии;

- автоматическая и плавная подстрока под нагрузку, что увеличивает производительность потребителей энергии, так как не требует частого переключения передач;

- возможность автоматического и плавного увеличения (до 4…5 раз) момента, развиваемого двигателем;

- сокращение времени разгона агрегатов-потребителей энергии, что уменьшает перегрев двигателя на режиме разговора;

- компактность, малые габариты и масса;

- высокий КПД – до 95…98%;

- простота обслуживания и долговечность.

Все эти качество увеличивают долговечность, простоту эксплуатации и эффективность машин-источников и потребителей энергии.

Недостатки гидродинамического привода:

- осуществление только вращательного движения выходного силового звена – вала;

- сложность регулирования и реверсирования оборотов вала;

-неэкономичность работы на малых оборотах и необходимость замены на этих оборотах на шестеренную коробку передач;

- сложность обеспечения герметичность уплотнений вала;

- зависимость эксплуатационных свойств от температуры рабочей жидкости;

- сложность изготовления.

Однако, несмотря на указанные недостатки, гидродинамическая передача широко используется на стационарных и подвижных агрегатах с электрическими и поршневыми ДВС, особенно на дорожно-строительных машинах, транспортном и подъемном оборудовании.