Схема і принцип роботи гідромуфти

Гідромуфта - це сукупність в одній машині коліс відцентрового насоса 1 і реактивної турбіни 2, встановлених в герметичному кожусі 3, що обертається разом з ведучою частиною. Колеса насоса і турбіни встановлені на ведучому та веденому валах відповідно. Кожух ГМ заповнений на 70...80% по об'єму мало в'язкою робочою рідиною. Робочі колеса мають прямі радіальні, іноді – вигнуті або нахилені лопатки. Гідромуфти з прямими лопатками можуть працювати в зворотному режимі, тобто насосне колесо може бути турбінним і навпаки.

Насосне колесо, обертаючись від двигуна, подібно відцентровому насосу, забирає рідину із турбінного колеса, яка під дією відцентрової сили відкидається до периферії, переміщуючись вздовж лопаток і обертаючись одночасно з колесом. Внаслідок цього робоча рідина отримує запас кінетичної енергії і енергії тиску. З насосного колеса рідина попадає на лопатки турбінного колеса, перетворює цей запас енергії в механічну роботу обертання веденого вала. Втративши деяку кількість енергії на подолання опору обертанню турбінного колеса, рідина по його лопатках направляється до центра гідромуфти, де вона знову переходить на насосне колесо, і цикл її руху повторюється.

Таким чином, рідина в гідромуфті циркулює від насосного колеса до турбінного (відносний рух), обертається разом з колесом (переносний рух) і утворює вихрове кільце (абсолютний рух), яке називається колом циркуляції.

Особливістю відносного руху рідини в гідромуфті є збільшення швидкості циркуляції рідини із збільшенням різниці кутових швидкостей обертання насосного і турбінного коліс, в результаті чого рідина із ще більш значною силою вдаряє по лопатках турбінного колеса, що приводить до збільшення значення крутного моменту. При зменшенні швидкості обертання турбінного колеса дія відцентрових сил на рідину зменшується, що приводить до зменшення опору її перетіканню від насосного колеса через турбінне, що, в свою чергу, збільшує швидкість циркуляції рідини. Тобто, при збільшенні швидкості циркуляції для обертання насосного колеса необхідно прикласти більший момент. При цьому на лопатки насосного колеса діє більше значення коріолісової сили, яка створює підвищення тиску на лицевому боці лопатки насосного колеса і на зворотному боці лопатки турбінного колеса.

Лопатки турбіни гальмують рідину, внаслідок чого тиск від дії відцентрових сил стає меншим, ніж на лопатках насосного колеса. За рахунок різниці тиску робоча рідина на лопатках турбіни рухається від периферії до центра обертання.

 

 

Рис. 10.1. Схема гідромуфти (а) і руху потоку (б) в її лопатевій системі:

1 - насосне колесо; 2 - турбінне колесо; 3 – корпус

 

 

Зв'язок ведучого і веденого валів у гідромуфті здійснюється через робочу рідину. Такий спосіб передачі енергії супроводжується певними втратами, які проявляються як відставання веденого вала від ведучого.

Для зміни властивостей гідромуфти застосовують регульоване заповнення її робочою рідиною. Для цього силова установка повинна бути додатково обладнана місткістю для робочої рідини, насосом підживлення для подачі рідини в гідромуфту, подаючими та зливними магістралями, регулятором заповнення гідромуфти.

Характер руху рідини в гідромуфті залежить від ковзання. При відсутності навантаження ковзання S = 0 і рідина під дією відцентрових сил розташовується по периферії робочої порожнини гідромуфти (рис. 10.1.0), при цьому відсутній рух рідини всередині робочої порожнини гідромуфти.

По мірі збільшення навантаження збільшується ковзання, зменшується частота обертання турбіни і відцентрові сили в турбінному колесі, виникає відносний рух рідини, швидкість якого зростає із збільшенням навантаження. Внаслідок цього проходить перерозподіл рідини між насосним і турбінним колесами, частина рідини переходить із насосного в турбінне колесо, при цьому радіус входу рідини в насос збільшується, а різниця радіусів входу і виходу в насоснім колесі зменшується.

 

Рис. 10.1.0. Зміна характеру течії робочої рідини в гідромуфті при збільшенні ковзання S

 

 

В турбінному колесі по мірі збільшення ковзання рідина опускається до осі обертання. При ковзанні S = 45...50% нижня вітка потоку рідини в турбінному колесі досягає мінімального радіусу і так входить в насосне колесо, утворюючи кільце, прижате до чашок насосного і турбінного коліс. При цьому різко зростає різниця радіусів входу і виходу рідини на робочі колеса гідромуфти. Цей перехід проходить нерівномірно, в результаті чого різко зростає передаваємий момент.

До нерегульованих гідромуфт відносяться ті, у яких при постійній швидкості ведучого вала частота обертання веденого вала залежить тільки від навантажувального моменту на веденому валу. Нерегульовані гідромуфти можуть бути як постійного, так і змінного наповнення. Для покращення їх роботи застосовують гідромуфти постійного наповнення з порогом (рис. 10.2.,а), із статичним і динамічним само опорожненням (рис. 10.2.,б) і плоскими нахиленими лопатками (рис. 10.2.,в).

До регульованих відносяться гідромуфти з ковзкою черпаковою трубкою в додатковій камері (рис. 10.2.,г). Їх застосовують для самих важких умов роботи з частими перевантаженнями. Положення черпакової трубки змінюють із-зовні руками або автоматично, висуваючи її з додаткової камери. Трубка вичерпує набігаючу на її кінець рідину з поверхні кільцевого об’єму в камері 1 корпусу гідромуфти 2, тим самим зменшуючи заповнення порожнини 4 і зменшуючи витрати рідини, яка протікає через колеса.

 

Рис. 10.2. Схеми гідромуфт основних типів:

1 — камера; 2,5 — корпус; 3, 12 — отвори; 4 — порожнина: 6 — теплообмінник; 7 — насос; 8—резервуар; 9—отвір черпакової трубки; 10 — черпакова трубка; 11 — порог; 13 — додаткова камера; 14 — щілина, ВЛ — вентиляційні лопатки; П — порог

На тракторах «Fendt Favorit» - 826; - 824 у становлена гідромуфта з додатковою розширювальною камерою (варіофілом).

Варіофіл забезпечує більш швидкий процес набирання частоти обертання двигуна. Крім того, значно підвищується плавність руху трактора з місця, так як з початком руху трактора під дією сили інерції робоча рідина з варіофіла переливається в головну камеру, а кількість рідини і розмір камер підібрані з таким розрахунком, що передача включається тільки після досягнення двигуном повної частоти обертання.

 

10.1.2. Основні корисні якості і особливості ГМ:

- незалежне обертання ведучого і веденого валів;

- плавне рушання з місця і плавний розгін машини;

- відсутність тертя і практично відсутність зносу;

- обмеження крутильних коливань;

- безшумність передачі;

- високий ККД на номінальному режимі;

- надійність в експлуатації;

- простота організації дистанційного керування.

 

10.1.3. Основні функції та області застосування ГМ:

- регулювання частоти обертання веденого вала при постійній частоті обертання двигуна (живильні насоси ТЕЦ, промислові центрифуги, потужні вентилятори та ін.);

- розгін великих мас (підключення та відключення стартера при пуску турбін, розгін маховиків пресів, ножниць, пуск конвеєрних ліній);

- підсумовування потужностей і реверс (привод гвинта на судах);

- використання в якості вимикаючого пристрою та апарата розгону на транспортних машинах (привод вентиляторів системи охолодження ДВЗ, привод генератора бортової електромережі, застосування для автотракторної трансмісії в агрегаті з фрикційним зчепленням).