Способы регулирования

Регулирование скорости вращения ведомого вала гидромуфты при постоянной скорости вращения ведущего можно получить двумя способами: изменением степени заполнения рабочей полости жидкостью или воздействием на поток в рабочей полости (путем изменения угла установки лопаток рабочих колес, дросселированием потока шибером, изменением осевого зазора между колесами и т. п.).

Первый способ является более распространенным. Он основан на том, что с уменьшением заполнения рабочей полости жидкостью при всех прочих равных условиях уменьшается и расход, а следо­вательно, уменьшается и значение передаваемого момента с ростом скольжения. На рис. 4.8, а приведены моментные характеристики М = f (i) с переменным заполнением при условии уменьшения момента пропорционально объему запол­нения V. Как видно из рисунка, при работе гидромуфты с какой- либо машиной, нагрузочная характеристика которой М_м = f (i), можно получить режимы, определяемые точками 1 - 3.

Регулирование гидромуфт воздействием на поток в рабочей полости практически осуществляется либо за счет поворота ло­паток одного из рабочих колес, либо за счет дросселирования потока специальным шибером [17].

На рис. 4.1, б штриховой линией показан шибер, при выдвижении которого из внутреннего тора возрастают потери напора в проточной части, уменьшается Q, увеличивается скольжение и уменьшается передаваемый гидромуфтой момент примерно так, как при уменьшении заполнения рабочей полости (см. рис. 2.23, а).

Рисунок 4.8 – Моментные характеристики гидромуфты при изменении объема заполнения рабочей полости

Немонотонность характеристик

Действительные моментные характеристики не полностью за­полненных жидкостью гидромуфт не имеют монотонного изменения особенно при малых заполнениях, а имеют вид, приведенный на рис. 4.8, б. Объясняется это тем, что при частичном заполнения рабочей полости форма потока жидкости будет определяться не только конфигурацией внутренней поверхности рабочих колес, но и силами, действующими на жидкость.

На рис 4.9, а, б, в, г представлены меридиональные сечения потока жидкости в гидромуфте без тора при частичном ее запол­нении и разных нагрузках, а на рис. 4.9, д – соответствующая моментная характеристика.

При нагрузке М = 0, s = 0 согласно уравнению и Q = 0, т. е. в рабочей полости отсутствует циркуляция жидкости между колесами. Поэтому под действием центробежных сил жид­кость будет отжата к периферии колес; поверхности равных давлений будут концентричными цилиндрами (см. рис. 4.9, а). На моментной характеристике М = f (i) этому режиму соответствует точка а (см. рис. 4.9, д).

С увеличением нагрузки до М_б > 0, s_s > 0 и Q_б > 0 в рабочей полости появится циркуляция жидкости. На нее станут действо­вать, кроме упомянутых центробежных, гидродинамические силы от взаимодействия с лопатками колес. В насосном колесе обе эти силы будут направлены от оси вращения к периферии, в турбин­ном — гидродинамическая сила будет направлена обратно.

Рисунок 4.9 – Распределение жидкости в рабочей полости и изменение момента гидромуфты при частичном ее заполнении

Так как при s > 0 n_н > n_т, то в турбинном колесе будет меньшей центробежная сила, а в итоге и равнодействующая сил, действующих на жидкость. Под действием всех рассмотренных сил часть объема жидкости переместится в турбинное колесо и не будет участвовать в передаче энергии между валами (см. рис. 4.9, б). По этой причине уменьшится величина Q, а следовательно, и момент М - вместо ожидаемого режима, определяемого точкой б' будет передаваться момент, определяемый точкой б (см. рис. 4.9, д).

При дальнейшем увеличении нагрузки до М_в > М_б, s_b>s_б и Q_B > Qs по вышеназванным причинам в турбинном колесе еще больше уменьшится равнодействующая сил, действующих на жидкость, и еще больший ее объем не будет участвовать в передаче энергии (рис. 4.9, в), а следовательно, еще больше будут отличаться моменты, определяемые точками в и в' (см. рис. 4.9, д).

При каком-то критическом моменте М_г' > М_в, s_r > s_b равнодействующая сил, действующих на жидкость в турбинном колесе, станет настолько малой, а в насосном – настолько большой, что жидкость достигнет минимального радиуса R₁ (см. рис. 4.9, г). После этого в меридиональном сечении рабочей полости жидкость создаст кольцо, прижатое к чашам колес. При этом резко увели­чится передаваемый момент как за счет увеличения Q (весь объем жидкости участвует в передаче энергии, Q_г >>Q_в), так и величины R₂c_u2 – R₁c_u1. Переход от одной формы движения жидкости к другой происходит скачкообразно. Поэтому на моментной характеристике появляется разрыв.

На рис. 4.9, д вместо режима, определяемого точкой г', появится режим, определяемый точкой г (М_г>>М_г').

При дальнейшем увеличении нагрузки участок моментной ха­рактеристики М = f (i) левее точки г будет оставаться устойчивым до i = 0.

Гидромуфта с частично заполненной рабочей полостью может работать неустойчиво. Так, при работе под нагрузкой, определяе­мой характеристикой М_м =f (i), рабочий режим будет устойчивым. Определяется он точкой е. При увеличении нагрузки до = f (i) режим станет неустойчивым.

Действительно, с увеличением нагрузки резко увеличится скольжение и рабочий режим из точки е пройдет через точки в, г' , г. Но в точке «г» М_г > М'_м, поэтому начнется разгон системы и режим пройдет через точки г, в', в. В точке «в» М_В < М'_м, поэтому произой­дет замедление системы и процесс повторится. Он будет изменяться до тех пор, пока статические характеристики М = f (i) и М_м = f (i) не станут пересекаться правее точки «в» или левее точки «г».

На практике неустойчивость режима проявляется в резком колебании моментов и скоростей в приводе. Чем меньше заполне­ние рабочей полости гидромуфты, тем больше амплитуда колеба­ний момента, тем больше диапазон неустойчивых режимов (см. рис. 4.8, б).