Модернизация конструкции предельной гидромуфты с динамическим самоопораживанием

MODERNIZATION OF THE DESIGN OF THE LIMIT HYDRAULIC COUPLING WITH DYNAMIC SELF-OPERATION

Dilyara Hisamova

Student, Naberezhnye Chelny Institute, Kazan (Volga) Federal University, Russia, Kazan

Аннотация. На основе подхода Лагранжа разработаны модели динамики гидромуфт переменного заполнения со статическим и динамическим самоопоражниванием (тяговых и предельных), работающих с ЭД и ДВС в тяжёлых условиях эксплуатации. Рассмотрен общий случай и квазистатическая модель. Предложена модель для оценки динамических характеристик гидромуфты с ударной нагрузкой, превышающей предельную величину.

Abstract. Based on the Lagrange approach, dynamic models of variable-speed fluid couplings with static and dynamic self-emptying (traction and ultimate) working with ED and ICE in severe operating conditions were developed. The general case and the quasistatic model are considered. A model is proposed for assessing the dynamic characteristics of a fluid coupling with an impact load exceeding the limiting value

Ключевые слова: гидромуфты; физические и математические модели динамики гидромуфт постоянного и переменного заполнения; подход Лагранжа; тяжёлые условия эксплуатации гидромуфт.

Keywords: fluid couplings; physical and mathematical models of the dynamics of fluid couplings of constant and variable filling; Lagrange approach; heavy duty hydraulic couplings.

Гидромуфты принадлежат к приборам гидродинамических передач энергии и считаются высокоэффективными и многообещающими гидромеханическими машинами, почти повсеместно применяющимися на транспорте, в промышленности, аграрном хозяйстве, в военном процессе и др.

Из абсолютно всех видов гидромуфт более тяжелыми для моделирования всех разновидностей (физиологического, математического и компьютерного) считаются замкнутые гидромуфты переменчивого наполнения со постоянным и динамическим самоопоражниванием (тяговые и предельные), которые вместе с ЭД и ДВС функционируют в тяжёлых обстоятельствах эксплуатации [1, 2].

Разрабатываемые здесь абстрактные основные принципы моделирования турбомуфт переменного заполнения принимают во внимание необходимости проектирования силовых гидроприводных концепций, трудящихся в тяжёлых обстоятельствах вместе с ДВС и ЭД. Они так же, как и динамическая форма гидромуфты постоянного заполнения, выстроенная и изображенная в работе [6], основываются на полуэмпирическом раскладе. Полуэмпирический аспект к концепции моделей гидромуфт как абсолютного, так неполного наполнения разъясняется здесь тем, что при их гидромеханических расчётах появляются значительные трудности, сопряженные с непосредственным расчётом издержек механической энергии воды в данных машинах, но, следовательно, - и с расчётом издержек представляемой силы. Трудности появляются не только лишь при расчётах издержек энергии на системах с перегрузками, однако также в вычисленных системах [3 - 8].

По Этой Причине при оценке данных издержек в разрабатываемых здесь основах моделирования гидромуфт применяется их главная постоянная оценка, а непосредственно - взаимозависимость коэффициента Х(е) момента турбомуфты с условного скольжения е, приобретенная присутствие опытных тестированиях данной гидромуфты либо серии геометрически аналогичных гидромуфт.

В особенности трудными для прогнозирования считаются динамические системы их деятельность: системы их пуска и торможения с загрузкой, системы регулировки, системы, сопряженные с влиянием существенных перегрузок, результативных нагрузок и вибрации. Непосредственно на данных системах спадает экономичность и уменьшается результативность гидромуфт указанного типа [2]. Данное наглядно демонстрирует, что гидромуфты, действующие в тяжких обстоятельствах эксплуатации, нуждаются в последующем совершенствовании. Последующее усовершенствование гидромуфт в современных обстоятельствах проектирования гидродинамических передач нереально без модернизации имеющихся и формирования новейших и перспективных их физиологических, математических также компьютерных модификаций, а кроме того концепций их автоматизированного проектирования (САПР).

Отсюда необходимо, что усовершенствование имеющихся и формирование новейших высокоэффективных модификаций гидромеханических передач, считается важной научно-промышленной проблемой. Одному из вероятных заключений данной проблемы посвящена настоящая статья.

В Соответствии С имеющимся способам расчёта гидромуфт «по подобию», вращающий момент М, транслируемый этой проектируемой гидромеханической машиной, или серией геометрически аналогичных ей автомобилей, обусловливается ее главной постоянной чертой - коэффициентом Х(е), с2/м этапа, что находится в зависимости от условного скольжения

е = 1- Юн (юн, ют, с- круговые быстроты вала насоса и турбины, соответственно) колёс гидромуфты. Он обусловливается только лишь опытным путем.

Уже после квалифицированного установления Х(е) геометральные характеристики аналогичных автомобилей из данной серии либо «размерного ряда» формируются согласно законам геометрического подобия.

При этом главная рабочая оценка гидромуфты - крутящий момент М, Н • м, транслируемый этой машиной, рассчитывается с помощью равенства [3]

М(е) = Х(е)упН2D5,

тут у, Н/м3 -обособленный масса рабочей жидкости гидромуфты,

пН, об/мин - частота вращения вала её насоса;

О, м - её интенсивный диаметр.

Установлено, что закрытые гидромуфты разделяются на 2 категории:

- гидромуфты с непрерывным наполнением жидкостью рабочей полости (с большим коэффициентом 5 перегрузок (рис. 1));

Рисунок 1. Предохранительная гидромуфта ГП 740, имеющая симметричные насос 1 и турбина 2 , межлопастные каналы которых образуют рабочую полость 3. Насос 1 соединён посредством фланцев с вращающимся корпусом 4. Турбина 2 установлена на полом валу 5, имеющем посадочное отверстие для монтажа гидромуфты на входной вал редуктора. Насос 1 посредством пальцев 6 и упругих втулок 7 связан с полумуфтой 8 вала электродвигателя. В центральной части полости гидромуфты имеется камера 9.

Рисунок 2. Разновидности нерегулируемых гидромуфт: а) с плоскими лопатками; б) с порогом

- гидравлические муфты с переменным наполнением (с низким коэффициентом 5 перегрузок (рис. 2)).

Действие жидкостных муфт с переменным наполнением основано на внутреннем саморазгрузке жидкости из рабочей полости в дополнительный (не рабочий) объем. Это уменьшает крутящий момент M (e), на который гидравлическая муфта нагружает приводной двигатель во время перегрузок. Поэтому эти гидравлические муфты используются для защиты этих двигателей от перегрузки (в сложных условиях эксплуатации) и делятся на две группы:

- гидравлические муфты со статическим самоочищением рабочей полости: тяговые гидравлические муфты (дополнительный объем со стороны турбины, рис. 3);

- гидравлические муфты с динамическим самоочищением рабочей полости: предельные гидравлические муфты (дополнительный объем - со стороны насоса, рис. 4);

Разработка конструкций нерегулируемых замкнутых жидкостных муфт с внутренней само-дефляцией началась с изготовления жидкостных муфт, в которых при увеличении нагрузки часть жидкости из рабочей полости поступает в дополнительную полость, расположенную за колесом турбины.

Муфта тягового флюида Voith-Sin-Claire относится к этому типу гидромуфты (Рисунок 3).

Рисунок 3. Тяговая гидромуфта Фойт-Син-клер

Колесо насоса соединено с валом двигателя. Кожа прикручена к нему. Колесо турбины выполнено с дополнительным объемом, сообщающимся с тором каналов гидромуфты. Колеса насоса и турбины выполнены с прямыми радиальными лопастями.

Самозамерзание в гидравлических муфтах этого типа происходит из-за разности статического давления между вращающейся дополнительной камерой и рабочей полостью. Когда гидравлическая муфта работает в диапазоне скольжения от номинальной до критической, соответствующей предельной нагрузке, циркуляционная окружность охватывает периферийную часть рабочей полости и дополнительную.

При моделировании быстрых процессов, связанных с опорожнением насосов и турбин гидравлических муфт переменной скорости, вызванных ударным торможением вала турбины с нагрузкой, превышающей предельное значение, можно использовать метод расчета, приведенный в [10].

Легко видеть, что при опорожнении гидромуфты, когда r (стремится к единице, относительная скорость V стремится к нулю. Это приводит к тому, что массовый расход t (0 жидкости и крутящий момент M (T) определяемые этим расходом, передаваемым жидкостной муфтой, также стремятся к тому, чтобы именно на этом свойстве жидкостной муфты с переменной скоростью, связанной с опорожнением и уменьшением массы рабочей жидкости при перегрузках, использовались способы уменьшения крутящего момента, которые гидравлическая муфта нагружает Приводной двигатель, а также принципы защиты исходящих двигателей от перегрузок.

В условиях относительно медленно меняющихся перегрузок, когда саморазгрузка жидкостных муфт происходит довольно медленно (обычно более одной секунды), можно построить квазистатическую модель жидкостной муфты переменного заполнения. В этой модели силами инерции пренебрегают и используются соотношения теории стационарных режимов работы жидкостных муфт постоянного давления. [3, 6].

Выводы

Учитывая современный уровень знаний о характере динамических процессов, сопровождающих работу жидкостных муфт переменной скорости в режимах с перегрузками, а также принимая во внимание сложность этих процессов и трудности их моделирования, автор считает, что в основе Моделирование динамики гидродинамических муфт, изученных здесь, может быть использовано в основном для приближенных оценок значений структурных параметров этих машин и их динамических характеристик. Наряду с этим, представленный здесь авторский опыт применения основ моделирования исследуемых машин показал, что, несмотря на очевидное упрощение общей картины течения жидкости в рабочих полостях исследуемых гидравлических машин, они позволяют достаточно удовлетворительно описать многие Основные закономерности совместной работы этих машин с ЭД и ДВС в сложных условиях их эксплуатации.