Общие сведения о гидродинамических передачах

Гидродинамическая передача служит для передачи крутящих моментов. Ее основными рабочими элементами являются насосное и турбинное колеса.

Гидродинамические передачи позволяют получить [17]:

1. Глубокое регулирование скорости с получением монтажных и ²ползучих² движений, важных для горных, строительных и дорожных машин.

2. Улучшение пусковых качеств машины, так как гидродинамическая передача позволяет осуществить пуск машины под нагрузкой.

3. Повышение надежности основных узлов машины, так как гидродинамическая передача:

а) предохраняет двигатель от перегрузки. При этом режим работы двигателя может не зависеть от режима работы ведомого вала. Это увеличивает ресурс двигателя на 50-100% [ 17 ].

б) предохраняет от перегрузки трансмиссии и рабочие органы машины, так как существенно снижаются динамические нагрузки, которые демпфируются в гидродинамической передаче.

4. Упрощение механической части трансмиссии многих машин (например, масса тепловоза с гидродинамической передачей на 30% меньше массы тепловоза с механической трансмиссией).

У современной гидродинамической передачи отсутствуют трубопроводы и устройства для преобразования скоростного напора в статический и обратно, а оставлены только рабочие колеса, объединенные в общий корпус (рис. 4.1, а). Такая схема была впервые предложена проф. Г. Феттингером в 1902 г. для передачи больших мощностей (сотни киловатт) от приводящих быстроходных судовых двигателей к гребным винтам, требующих сравнительно малых скоростей вращения и больших моментов. Позже эта конструкция получила название гидротрансформатора.

Рисунок 4.1 – Схемы гидротрансформатора и гидромуфты с тором

Основными элементами гидротрансформатора является насосное колесо 1, турбинное колесо 3 и реактор 2, связанный жестко с неподвижным корпусом 4. Реактор конструктивно представляет собой неподвижное лопаточное колесо, аналогично лопаточному направляющему аппарату у лопастных гидромашин. Он предназначен для изменения момента количества движения жидкости, протекающей в гидропередаче. Благодаря наличию реактора у гидротрансформатора момент на ведущем валу в общем случае не равен моменту на ведомом валу. Поэтому гидротрансформатор можно представить как редуктор с переменными значениями передаточного отношения и коэффициента трансформации момента. Причем изменение этих технических показателей происходит плавно, бесступенчато.

В некоторых случаях требуются передачи, у которых необходимо изменение только передаточного отношения при неизменном передаваемом моменте. Такие гидропередачи появились в 1910 г. на базе гидротрансформатора после исключения из его схемы неподвижного реактора. Она получила название гидродинамической муфты (гидромуфты).

Гидромуфта (рис. 4.1, б) состоит из насосного колеса 1, закрепленного на ведущем валу, турбинного колеса 2, закрепленного на ведомом валу, и корпуса 3 с уплотнением. Как правило, корпус жестко связан с насосным колесом. Из-за отсутствия реактора в гидромуфте значительно меньше потери напора, чем в гидротрансформаторе, а следовательно, и выше КПД (при номинальном моменте 0,95 - 0,97 против 0,87 - 0,90).

Гидродинамические передачи, как и объемные, обладают рядом достоинств. Основными из них являются: возможность преобразования моментной характеристики приводящего двигателя в соответствии с требованиями нагрузки; простота и надежность предохранения приводящего двигателя от перегрузки; сравнительно высокая компактность при значительной передаваемой мощности; возможность бесступенчатого регулирования скорости выходного звена.

Кроме того, у гидродинамических передач менее жесткая связь между валами, чем у объемных. Это способствует сглаживанию пиковых нагрузок и крутильных колебаний. Гидродинамические передачи конструктивно проще объемных и поэтому надежнее в эксплуатации; они менее требовательны к чистоте рабочей жидкости и ее смазочным свойствам; давление жидкости в них меньше, чем в объемных передачах.

К недостаткам гидродинамических передач следует отнести: нагрев рабочей жидкости в процессе эксплуатации; утечки жидкости, особенно в аварийных случаях; интенсивное уменьшение КПД при перегрузках; пожароопасность в случае применения горючей жидкости.

Гидродинамические передачи широко применяются в различных отраслях промышленности. Гидромуфтами снабжены приводы почти всех шахтных скребковых и некоторых ленточных конвейеров, струговые установки [23]; гидротрансформаторы используются на мощных автомобилях, тепловозах и кораблях [19,23].