Особенности расчета тягово-скоростных свойств машины с гидродинамической передачей

Гидродинамические передачи по характеру преобразования энергии могут быть подразделены на три группы: гидромуфты, гидротрансформаторы и комплексные гидропередачи (комплексные гидротрансформаторы).

Последние обеспечивают работу одного и того же агрегата в зависимости от нагрузок как в режиме гидромуфты, так и в режиме гидротрансформатора. Гидромуфты не получили распространения в ТТМ, поэтому далее рассматриваются только гидротрансформаторы (ГТР).

Применение гидродинамических передач подразумевает также применение  ступенчатых механических коробок передач, которые часто называют дополнительными коробками передач (ДКП). Конструкции, включающие в себя гидродинамическую передачу и ступенчатую коробку передач, получили название гидромеханических коробок передач.(ГМКП). Различают однопоточные ГМКП (при последовательном соединении ГТР и ДКП) и двухпоточные (при параллельном соединении этих агрегатов). Далее рассматриваются однопоточные ГМКП. В ряде случаев двигатель соединяется с ГТР с помощью согласующего редуктора (СР).

При установившимся режиме работы ГТР справедливо уравнение

М_н+ М_т +М_р= 0,

где М_н, М_т, М_р ­– крутящие моменты соответственно на насосе, турбине и реакторном колесе. Величина М_н определяется по формуле:

М_н = _н ∙ n _н ² ∙ D_а⁵,

где  –плотность рабочей жидкости, _н и  n _н - соответственно коэффициент момента и частота вращения насосного колеса, D_а – активный диаметр гидропередачи (наибольший диаметр круга циркуляции).

Отношение частот вращения насоса n_н и турбины n_т называют передаточным числом ГТР U_г = n_н/ n_т, а их обратная величина – передаточным отношением U_г^/ = n_т / n_н.

Коэффициент трансформации или силовое передаточное число к_т = Мт/ Мн Величина к_т изменяется от максимального значения   при n_т =0(стоповый режим) до к_т =0 при снятии нагрузки (Мт=0).

Коэффициент полезного действия ГТР ђ_гтр = М_т n_т / М_н∙ n_н = к_т ∙ U_г ^/.

Непрозрачным называют ГТР, у которого изменение частоты вращения и нагрузки турбины не оказывают влияния на режим работы насоса. Частота вращения и крутящий момент двигателя зависят в этом случае только от положения дроссельной заслонки карбюратора или рейки топливного насоса. У этих ГТР коэффициент момента насосного колеса н сохраняет примерно постоянное значение. В этом случае двигатель полностью изолируется от воздействия меняющихся внешних факторов и как бы «не видит» условия движения машины.

Особенность прозрачного ГТР состоит в том, что режим работы соединенного с ним двигателя меняется с изменением внешней нагрузки. При установленной подаче топлива при увеличении внешней нагрузки двигатель переходит в режим повышенного момента и наоборот. Это улучшает динамические качества машины за счет динамических качеств двигателя.

У прозрачного ГТР максимальная величина коэффициента трансформации в большинстве случаев не многим более двух, тогда как у непрозрачного ГТР находится в пределах 3…4.

Тяговые свойства ГТР оценивают с помощью внешних характеристик, снимаемых опытным путем на стендах и показывающих изменение момента на насосном колесе М_н, момента на турбинном колесе М_т и КПД передачи ђ_гтр от частоты вращения n _т или передаточного отношения Uг^/ , рис.7.4.

а)

Рис.7.4 Внешняя характеристика гидротрансформатора: а) некомплексного, б) комплексного

На рис. 7.4 б) видно, что в точке А происходит выравнивание моментов М_ни М_т и переход ГТР в режим гидромуфты, благодаря чему КПД ГТР начинает возрастать. В противном случае с увеличением n_т/n_н происходило бы его резкое снижение (пунктирная линия). У комплексных ГТР зона высоких КПД значительно расширилась по сравнению с ГТР обычного типа. Другой способ повышения КПД гидропередач с ГМТ – блокировка ГМТ на определенных участках.

Для анализа совместной работы двигателя и ГТР нужно иметь нагрузочную характеристику ГТР, показывающую, как изменяется крутящий момент, приложенный к валу насоса в зависимости от частоты его вращения.

У непрозрачных ГТР, у которых н=const эта зависимость выражается единственной параболой, у прозрачных ГТР таких парабол может быть бесконечное множество. Ниже приводится характеристика совместной работы двигателя с прозрачным трансформатором, рис. 7.5. Совместная установившаяся работа двигателя с ГМТ возможна в точках пересечения кривых М_н с кривыми М_св крутящего момента двигателя. Согласование частот n _д и n _н производят с помощью согласующего редуктора, устанавливаемого между валом двигателя и валом насоса, либо подбором активного диаметра гидропередачи D_а (т.е. подбором гидротрансформатора)

Рис.7.5 Характеристика совместной работы двигателя и прозрачного ГТР