Регулируемые гидромуфты

Регулируемые гидромуфты постоянного заполнения с шибером ( см. рис. 4.1,б ) или с поворотными лопатками одного колеса не имеют внешнего отвода жидкости из рабочей полости ( замкнутые гидромуфты ). Поэтому при работе таких гидромуфт выделяется большое количество тепла. Последнее обстоятельство приводит к уменьшению вязкости жидкости, а следовательно, и к увеличению утечек, а также опасности возгорания масла. Такие гидромуфты применяются только при небольших передаваемых мощностях или малом диапазоне регулирования.

Более совершенными являются незамкнутые гидромуфты, у которых в рабочий полости и в дополнительных внутренних вращающихся полостях жидкость во время работы заменяется за счет внешнего отвода и подвода. Отбор жидкости из полостей осуществляется, как правило, черпательной трубкой.

На рис. 4.2, б [3] представлена одна из таких гидромуфт. К насосному колесу 1 крепятся два кожуха 3 и 4. На периферии внутреннего кожуха 3 имеется несколько калиброванных отверстий 11. Наружный кожух 4 снабжен лабиринтными уплотнениями 9.

Рисунок 4.2 – Гидромуфта с неподвижной черпательной трубкой

Турбинное колесо 2 имеет отверстия в ступице для подвода жидкости в рабочую полость от холодильника 6. Черпательная трубка 10 расположена между кожухами 3 и 4 и неподвижно прикреплена к распределительной раме 5, которая крепится к сливному баку 7. Для подвода или отвода жидкости из системы имеется реверсивный шестеренный насос 8 с двумя обратными клапанами. На (рис.4.2, а) приведена гидравлическая схема этого узла.

При работе гидромуфты жидкость под давлением из рабочей полости через отверстие 11 поступает в пространство между кожухами 3 и 4. Так как кожухи вращаются с угловой скоростью насосного колеса, то и жидкость в полости между ними будет вращаться с той же скоростью. Черпательная трубка своим открытым концом загнута навстречу вращению жидкости и отбирает ее во внешнюю систему. При выключенном шестеренном насосе 8 вся жидкость из черпательной трубки будет направляться в холодильник 6, так как при давлении после черпательной трубки правый обратный клапан остается запертым. Гидромуфта при выключенном шестеренном насосе будет работать с постоянным наполнением, и рабочая жидкость при этом под давлением после черпательной трубки будет циркулировать через холодильник.

Для уменьшения объема жидкости в рабочей полости необходимо на определенное время включить шестеренный насос, который своим давлением откроет правый обратный клапан и откачает часть жидкости в бак 7. Увеличение степени заполнения гидромуфты осуществляется из бака 7 тем же насосом при его реверсировании.

Для полного опорожнения рабочей полости конец черпательной трубки должен находиться на большем радиусе, чем активный радиус. Существуют и другие конструкции, в частности с поворотной, скользящей и двойной (реверсивной) черпательными трубками [17].

Нерегулируемые гидромуфты постоянного заполнения имеют очень жесткую моментную характеристику и поэтому используются только для сглаживания нагрузок.

В шахтной практике широко применяются предохранительные гидромуфты с внутренним самоопоражниванием рабочей полости в специальную камеру. Самоопоражнивание полости вызвано следующими требованиями, предъявляемыми к моментной характеристике такой муфты:

на рабочем участке характеристики двигателя скольжение между валами муфты должно быть минимальным;

максимальный передаваемый муфтой момент должен быть не больше соответствующего момента двигателя;

Выполнение первого требования обеспечивает при нормальной нагрузке работу муфты с высоким КПД, выполнение второго требования – предохранение двигателя от перегрузок.

При работе гидромуфты с асинхронным двигателем (рис. 4.3) первое требование сводится к тому, чтобы на линейном участке характеристики двигателя M_э=f(n) разность n_э – n_э была бы минимальной ; второе требование - к тому, чтобы M_max < (0.9 – 0.95) M_{э max} (10 – 5% запаса на случай возможного падения напряжения электрической сети).

Рисунок 4.3 – Моментные характеристики асинхронного двигателя и его предохранительной гидромуфты

Для выполнения указанных требований гидромуфта при нормальной нагрузке должна работать с заполненной рабочей полостью, а при приближении нагрузки к максимально допустимой опорожняться так интенсивно и в такой степени, чтобы совокупность ее искусственных характеристик составила бы характеристику M=f(n). Участок характеристики M=f(n) между двумя пунктирными кривыми, составленный из искусственных характеристик при разной степени заполнения рабочей полости, будет изменяться во времени и может содержать провалы.

Из-за немонотонности искусственных моментных характеристик муфты последнее требование выполнить довольно трудно. Поэтому в конструкциях этих гидромуфт применяют разные устройства, которые не допускали бы провалов на характеристиках. Конструктивные решения сводятся к установке порога в рабочей полости или удалению ее от оси вращения.

На (рис. 4.4, а) приведена конструкция гидромуфты ТЛ32/395 с порогом, которая широко применяется в приводах скребковых конвейеров [3].

Рисунок 4.4 – Гидромуфты конвейеров

Основными ее элементами являются насосное колесо 1, с дополнительной камерой и турбинное колесо 3, закрепленное на ступице 6. Подшипники внутри муфты предназначены для соосного расположения рабочих колес. На внешней поверхности насосного колеса имеются приливы для установки в них резинового вкладыша 10, входящего в соответствующие приливы моторной полумуфты 11. Для исключения утечек жидкости из рабочей полости в корпусе 2 установлены манжетные уплотнения 5. Отверстие 8 предназначено для заливки муфты жидкостью. Тепловая защита муфты обеспечивается плавкой пробкой 7 одноразового действия. Температура ее срабатывания около 120°С.

При нормальной работе гидромуфты дополнительная полость в рабочем колесе насоса практически не заполнена жидкостью. С приближением нагрузки к максимально допустимой жидкость из турбинного колеса начинает поступать в дополнительную камеру по схеме, приведенной на рис. 4.4, б. Чтобы не допустить провалов на моментной характеристике, опоражнивание рабочей полости не должно быть чрезмерно интенсивным. Для этого на входе в дополнительную камеру (см.рис. 4.4, а) установлен порог с крыльчаткой 4. Жидкость, вытекающая из турбинного колеса, взаимодействует с лопатками крыльчатки, в результате чего создается вихревой поток, уменьшающий интенсивность опорожнения рабочей полости. Кроме того, под действием этого потока увеличивается радиус входа жидкости в насосное колесо. Одновременное уменьшение Q и (R₂c_u2 - R₁c_u1) в уравнении (4.1) приводит к значительному уменьшению передаваемого гидромуфтой момента. Опоражнивание дополнительной камеры происходит под действием центробежных сил через отверстие 9.

В ленточных многодвигательных конвейерах часто применяются пуско-предохранительные гидромуфты. Они предназначены не только для защиты приводящих двигателей от перегрузок, но и для плавного пуска конвейера, а также выравнивания нагрузок между двигателями.

Требования к характеристикам этих муфт остаются, по существу, теми же, что и для предохранительных. Однако добавляется еще требование плавного нарастания момента, передаваемого муфтой при пуске двигателя. Достигается это за счет пуска гидромуфты со значительно опорожненной рабочей полостью (примерно на 1/3 объема) с последующим медленным ее заполнением.

На рис. 4.4, б приведена пуско-предохранительная гидромуфта ГПП400 [7]. Она состоит из насосного 3, турбинного 4 колес и корпуса 5. В насосном колесе расположена пусковая камера 1, сообщающаяся с рабочей полостью отверстиями 2. К насосному колесу прикреплена крышка 7, которая является порогом на входе в пусковую камеру. Крышка 7 установлена с зазором по отношению к фланцу ступицы 8. Через этот зазор происходит заполнение жидкостью пусковой камеры.

Пуск привода совершается в два этапа. На первом происходит быстрый разгон двигателя и насосного колеса, что обусловлено малым заполнением рабочей полости, на втором этапе с увеличением степени заполнения рабочей полости – плавный разгон конвейера за счет увеличения передаваемого муфтой момента.

При перегрузке часть жидкости из рабочей полости через отверстия 6 удаляется в дополнительную камеру за турбинным колесом и в пусковую камеру 1. Попадание жидкости в камеру 1 ограничивается порогом 7. При уменьшении нагрузки увеличивается скорость вращения турбинного колеса, что способствует опоражневанию дополнительной камеры за ним (через осевой зазор между колесами).

Гидромуфта имеет плавкую пробку 9 и отверстие 10 для заливки жидкости.