Лекция 3.6. Особенности построения ттх колёсного трактора с гидродинамической трансмиссией

3.6.1. Общие сведения о гидродинамической передаче. Выбор типа гидропередачи

Под гидродинамическими передачами (ГМП) понимают трансмиссии, в состав которых входит гидромуфта или гидротрансформатор.

Основные преимущества гидродинамических передач: бесступенчатое автоматическое регулирование скорости движения машины и загрузки двигателя, постоянное поддержание его работы в заданном режиме; возможность реализации автоматического переключения передач и облегчение управления колёсной машиной. Исключается необходимость остановки колёсной машины для переключения передач в широком диапазоне тяговых нагрузок. Ниже динамическая нагруженность двигателя и трансмиссии, как при переходных, так и при установившемся режимах работы машины; лучше разгонные свойства машины; лучше условия работы водителя вследствие снижения вибронагруженности.

К основным недостаткам гидромеханических передач относятся пониженный общий КПД трансмиссии по сравнению с механической и повышенный вследствие этого расход топлива; усложнение конструкции, увеличение стоимости и снижение надёжности. Отмеченные преимущества и недостатки гидродинамических передач являются следствием двойного преобразования энергии.

Гидромуфта и гидротрансформатор различаются тем, что гидромуфта не изменяет передаваемый момент двигателя, а гидротрансформатор – изменяет.

Дополнительное свойство гидротрансформатора придаёт трансмиссии более высокие эксплуатационные свойства, которые достигаются более сложной конструкцией его по сравнению с гидромуфтой. У гидромуфты два рабочих колеса (насосное и турбинное), а у гидротрансформатора – три (насосное, турбинное и реактор).

Наибольшее распространение в качестве гидродинамической передачи получили комплексные гидротрансформаторы, которые сочетают в себе работу и гидротрансформатора и гидромуфты.

Основные свойства гидродинамической передачи выражают с помощью безразмерной характеристики, которая отражает изменение КПД , нагрузку на насосное колесо и изменение коэффициента трансформации от кинематического передаточного отношения , равного отношению частот вращения ведомого (турбинного) и ведущего (насосного) рабочих колёс (рис. 18).

Безразмерный (удельный) показатель, отражающий нагрузку на насосное колесо, рассчитывают по формуле

,

где - крутящий момент на ведущем (насосном) колесе передачи; - активный диаметр рабочей полости гидродинамической передачи; - плотность рабочей жидкости, на которой работает гидропередача; - частота вращения вала насоса.

Преобразующее свойство гидротрансформатора характеризуется коэффициентом трансформации , который определяется по формуле

,

где - момент на ведомом (турбинном) колесе.

КПД гидропередачи

.

3.6.2. Особенности построения ТТХ колёсного трактора с гидродинамической трансмиссией

ТТХ с гидродинамической передачей строится по характеристике совместной работы двигателя с этой передачей, т.к. установка гидродинамической передачи нарушает жёсткую связь ведущих колёс с двигателем.

Характеристику совместной работы двигателя и гидродинамической передачи строят в четырёх квадрантах системы координат (рис. 19).

В третьем квадранте помещают скоростную характеристику двигателя, а в первом – безразмерную характеристику гидродинамической передачи. Характеристику гидропередачи дополняют построением кривой коэффициента первичного момента .

Во втором квадранте строят кривую коэффициента момента двигателя

.

При непосредственном соединении вала насоса гидропередачи с двигателем и установившемся режиме работы

, а .

В четвёртом квадранте по оси абсцисс вводим шкалу угловой скорости турбины .

Тогда, выбрав одну из рабочих точек гидропередачи, скажем , проводим линию параллельную оси ординат до пересечения с кривой . Затем, учитывая, что , проводим линию параллельную оси абсцисс до пересечения с кривой и из точки пересечения проводим линию параллельную оси ординат до пересечения с кривыми и . Эта линия пересекает ось абсцисс второго и третьего квадрантов в точке, соответствующей выбранному режиму работы гидропередачи. На рисунке 19 указанные построения выполнены штриховыми линиями.

Так как , то по формуле определяем значение угловой скорости турбинного колеса в выбранном режиме работы гидропередачи. Отложим найденное значение на оси в соответствующем масштабе и проведём в четвёртом квадранте перпендикуляр к оси в полученной точке.

Зная частоту вращения вала двигателя в выбранном режиме работы гидропередачи по скоростной характеристике двигателя, изображённой в третьем квадранте, определяем величину момента двигателя . Так как момент на насосном колесе равен моменту двигателя, а коэффициент трансформации можно определить по безразмерной характеристике в соответствии с выбранном режимом , определяем момент на турбинном колесе

.

Далее по формуле найдём значение мощности на турбинном колесе в выбранном режиме работы гидропередачи, а по формуле определяем значение удельного расхода топлива (здесь - в кг/с, а - в кВт).

Полученные значения , , , отложим на перпендикуляре к оси , соответствующему выбранному режиму работы гидропередачи . Задавая другой режим работы , получим другие их значения и т.д. Таким образом, соединяя одноимённые точки, построим в четвёртом квадранте кривые: а также и .

С целью поддержания высокой топливной экономичности машин, применяемые на них гидропередачи, работают в диапазоне передаточных отношений, охватывающих зону высоких КПД: . Этот диапазон меньше полного спектра эксплуатационных нагрузок. Поэтому гидропередачи применяют, как правило, в сочетании с двух или трёхступенчатыми коробками передач.

Теоретическая тяговая характеристика трактора с гидромеханической трансмиссией, имеющей несколько передач, строится так же, как и ТТХ со ступенчатой механической трансмиссией, только в нижней половине графика размещаются кривые ; и . Эти кривые получаются перестроением кривых, построенных в четвёртом квадранте характеристики совместной работы двигателя и гидропередачи.