Гидравлика, гидравлический привод и газовая динамика (стр. 20 )

В том случае, когда проектирование гидротрансформатора осуще­ствляется методом подобия и даны параметры исходного гидротранс­форматора (Dмод, nмод, Ммод), то определение активного диаметра произ­водится по формуле

,

где Da – активный диаметр проектируемого гидротрансформатора, м; Dмод – активный диаметр исходного гидротрансформатора (модели), м; Мн – момент на насосном колесе проектируемого гидротрансформато­ра, Н×м; Ммод – момент на насосном колесе исходного гидротрансфор­матора, Н×м; nн – частота вращения насосного колеса проектируемого гидротрансформатора, с-1; nмод – частота вращения насосного колеса исходного гидротрансформатора, с-1.

Проверка возможности совместной работы
гидротрансформатора с двигателем

Совместная работа двигателя с гидротрансформатором должна обеспечить:

1)  использование номинальной мощности двигателя;

2)  наилучшее использование приспособляемости двигателя;

3)  возможность длительного движения машины в тяжелых условиях без перегрева рабочей жидкости в гидропередаче;

4)  работу двигателя по возможности на экономичных режимах расхода топлива.

Для исследования совместной работы гидротрансформатора с двигателем строят характеристику их совместной работы.

Характеристика совместной работы двигателя с гидротрансформатором представляет собой кривые крутящего момента двигателя Ме, крутящего момента на насосном колесе Мн при различных изменениях передаточных отношений i в зависимости от частоты вращения насосного колеса. Для ее построения необходимо иметь внешнюю скоростную характеристику двигателя и безразмерную характеристику гидротрансформатора. Затем необходимо построить нагрузочную характеристику гидротрансформатора, которая показывает изменение крутящего момента на насосном колесе при различных значениях передаточного отношения в зависимости от его частоты вращения.

Для построения нагрузочной характеристики гидротрансформатора определяют значения моментов на насосном колесе для различных передаточных отношений по формуле

.

Значения коэффициентов момента берут из безразмерной харак­теристики гидротрансформатора выбранного типа для различных ве­личин передаточных отношений. Полученные расчетные данные сво­дят в таблицу, с помощью которой строят нагрузочную характеристи­ку (см. рис. 1).

i	r lн	Значения моментов для различной частоты вращения
nн1	nн2	nн3	...	nнi
0	r lн0	Мн1(i=0)	Мн2(i=0)	Мн3(i=0)	...	Мнi(i=0)
0,1	r lн1	Мн1(i=0,1)	Мн2(i=0,1)	Мн3(i=0,1)	...	Мнi(i=0,1)
0,2	r lн2	Мн1(i=0,2)	Мн2(i=0,2)	Мн3(i=0,2)	...	Мнi(i=0,2)
0,3	r lн3	Мн1(i=0,3)	Мн2(i=0,3)	Мн3(i=0,3)	...	Мнi(i=0,3)
и т. д.

После этого на кривые изменения момента нагрузочной характеристики гидротрансформатора наносят кривую скоростной характеристики двигателя, выполненную в том же масштабе (рис. 2), и проводят анализ полученной характеристики совместной работы.

Точки пересечения парабол с кривой крутящего момента двигателя и характеризуют режим совместной работы гидротрансформатора с двигателем. Полученные точки должны располагаться в пределах рабочего диапазона двигателя, т. е. в пределах работы двигателя с частотой вращения nM max и nN max, соответствующей максимальному значению крутящего момента Me max и максимальной мощности двигателя Ne max.

Рис. 1. Нагрузочная характеристика прозрачного гидротрансформатора	Рис. 2. Характеристика совместной работы двигателя с гидротрансформатором

Из характеристики совместной работы двигателя с гидротрансформатором видно, что при трогании машины с места передаточное отношение равно нулю (i = 0) и двигатель работает на режиме, близком к режиму Me max, а гидротрансформатор – на режиме максимального значения коэффициента трансформации момента К. Этим обеспечивается максимальное значение момента на турбинном колесе и, следовательно, высокая интенсивность разгона машины. По мере увеличения скорости движения машины точка совместной работы перемещается вправо и гидротрансформатор начинает работать в зоне характеристики, близкой к Ne max, nNe max и hmax. Скорость движения машины при этом достигает максимального значения. Из рассмотренного анализа видно, что полученная характеристика совместной работы двигателя с гидротрансформатором удовлетворяет требованиям, предъявляемым к динамическим качествам тяговой машины.

В случае получения характеристики совместной работы двигателя с гидротрансформатором со смещенным расположением пучка парабол вправо или влево от оптимального диапазона частоты вращения двигателя необходимо внести соответствующие коррективы.

Изменяя активный диаметр гидротрансформатора и частоту вращения насосного колеса, можно осуществить смещение пучка парабол вправо или влево и тем самым улучшить характеристику совместной работы. Изменение частоты вращения насосного колеса при расчетной мощности или момента двигателя осуществляется установкой редуктора между двигателем и гидротрансформатором с передаточным числом ip.

Увеличение активного диаметра гидротрансформатора и уменьшение передаточного числа редуктора приводит к смещению пучка парабол влево и, наоборот, уменьшение активного диаметра и увеличение передаточного числа редуктора приводит к смещению пучка парабол вправо.

Анализ характеристики совместной работы двигателя с непрозрачным гидротрансформатором осуществляется в той же последовательности, но вместо пучка парабол на характеристике будет всего одна парабола с единственной точкой совместной работы двигателя с гидротрансформатором. Положение этой точки также зависит от величины активного диаметра и передаточного отношения редуктора. Режим совместной работы для таких гидротрансформаторов выбирается в зоне максимальной эффективной мощности Ne max или в зоне минимального удельного расхода топлива. Возможно и компромиссное решение, когда за счет незначительного снижения мощности повышают экономичность.

Построение выходной характеристики гидротрансформатора

Выходная характеристика гидротрансформатора представляет собой кривые изменения крутящего момента на валу турбины и КПД гидротрансформатора в зависимости от частоты вращения турбинного колеса. Зная изменение крутящих моментов на турбинном колесе в зависимости от частоты его вращения можно построить тяговую или динамическую характеристику машины.

Для построения выходной характеристики гидротрансформатора необходимо воспользоваться построенной характеристикой совместной работы двигателя с гидротрансформатором и безразмерной характеристикой гидротрансформатора выбранного типа.

При расчете следует иметь в виду, что

,

где ip – передаточное число редуктора; hp– механический КПД редуктора.

Для построения выходной характеристики составляют таблицу, в которую заносят необходимые данные, получаемые из безразмерной характеристики и характеристики совместной работы двигателя с гидротрансформатором, а также данные, полученные расчетным путем.

i	0	0,1	0,2	0,3	...	0,9
nн
nт
К
Мн
Мт
h

Заполнение граф таблицы осуществляют следующим образом. Значения коэффициентов трансформации К и КПД гидротрансформатора в зависимости от передаточного отношения гидротрансформатора i берут из его безразмерной характеристики. Значение частоты вращения nн и крутящего момента Мн для различных значений передаточных отношений i берут непосредственно из характеристики совместной работы двигателя с гидротрансформатором. Точки пересечения парабол, характеризующие изменение крутящего момента Мн в зависимости от частоты вращения вала насоса для заданных передаточных отношений i, с кривой изменения крутящего момента двигателя определяют оптимальные значения nн и Мн.