- •Введение. Компьютерная версия лаборатории гидромеханики, гидравлических машин и гидроприводов…………………………………………..4
- •Раздел 1. Прикладная Гидромеханика
- •Раздел 2. Гидравлические машины и гидроприводы
- •Библиографический список…………………………………………………131
- •1.1. Назначение и состав компьютерной версии лаборатории гидромеханики, гидравлических машин и гидроприводов.
- •Раздел I. Прикладная гидромеханика
- •Работа 1.2. Определение опытным путем слагаемых уравнения д. Бернулли при установившемся неравномерном движении жидкости в напорном трубопроводе.
- •Прибор, объединяющий конструктивно пьезометрическую (п) и
- •Для двух сечений потока реальной жидкости уравнение д. Бернулли имеет вид:
- •Порядок выполнения работы и обработка опытных данных.
- •Основные контрольные вопросы
- •Учебная литература к работе 1.3 :
- •Примечание к табл. 1.3:
- •Работа 1.3. Экспериментальная иллюстрация ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости, определение законов сопротивления и критического числа рейнольдса.
- •Порядок выполнения работ и обработка опытных данных
- •Учебная литература к работе 1.3:
- •Работа 1.4. Изучение гидравлических сопротивлений напорного трубопровода с определением коэффициентов гидравлического трения и местных сопротивлений.
- •Порядок выполнение работы и обработка опытных данных.
- •Основные контрольные вопросы.
- •Учебная литература к работе 1.5:
- •Работа 1.5. Изучение истечения жидкости через малые отверстия в тонкой стенке и насадки при постоянном напоре в атмосферу.
- •Порядок выполнения работы и обработка опытных данных
- •Учебная литература к работе 1.6:
- •Работа 1.6. Экспериментальное изучение прямого гидравлического удара в напорном трубопроводе.
- •Порядок выполнения работы и обработка опытных данных
- •Основные контрольные вопросы
- •Учебная литература к работе 1.6:
- •Раздел 2. Гидравлические машины и гидроприводы Работа 2.1. Параметрические испытания центробежного насоса
- •Основные контрольные вопросы
- •Работа 2.2. Кавитационные испытания центробежного насоса
- •Основные контрольные вопросы
- •Работа 2. 3. Испытания нерегулируемого объемного насоса
- •Р ис. 2.10. Схема пластинчатого насоса однократного действия.
- •Основные контрольные вопросы
- •Ра бота 2. 4. Определение характеристик гидропривода с объемным регулированием
- •Н аряду с указанными применяют регулировочные характеристики
- •Основные контрольные вопросы
- •Работа 2. 5. Испытания гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием
- •Основные контрольные вопросы
- •Основные контрольные вопросы
- •Библиографический список .
Основные контрольные вопросы
1. В чем заключается сущность дроссельного способа регулирования скорости выходного звена гидропривода?
2. Что входит в состав гидропривода с дроссельным регулирова-
нием?
3. Для чего служат предохранительный и редукционный клапаны?
4. Что такое дроссель, чему равен расход через него?
5. Что такое регулятор потока и для чего он предназначен?
6. Для чего предназначен распределитель непрерывного действия, его условное обозначение на схемах, расход через него?
7. Как определить скорость выходного звена гидропривода
с дроссельным регулированием при расположении дросселя последовательно и параллельно гидроцилиндру?
8. Назовите достоинства и недостатки гидропривода с дроссельным регулированием.
9. Что называется характеристикой гидропривода с дроссельным регулированием? Типичные формы характеристик.
10. Назовите и укажите на схеме установки основные ее узлы и объясните их назначение.
11. Как определить нагрузку на поршень и его скорость при испытаниях?
12. Как определить полезную мощность, мощность и КПД гидропривода? Литература к работе 2.5: 8, 9, 16, 22, 27, 37,38, 41.
Работа 2.6. ИСПЫТАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ
ПЕРЕДАЧИ
Гидродинамической передачей называется гидравлическая передача, состоящая из лопастных колес с общей рабочей полостью, в которой крутящий момент передается за счет изменения момента количества движения рабочей жидкости, а перенос энергии от ведущего звена к ведомому осуществляется потоком жидкости.
Гидродинамические передачи применяются на судовых установках, автомобилях, автобусах, тепловозах, строительных, дорожных, землерой-ных, горных, торфяных и других машинах, где позволяют плавно и авто-матически изменять крутящий момент и частоту вращения выходного ва-ла, надежно защищать трансмиссии от поломок, двигатели от перегрузок и значительно повышать долговечность машин и механизмов. Так, напри-мер, применение гидротрансформатора позволяет увеличить срок службы двигателя от 20 до 40%, повысить производительность экскаватора на 15… 20% без увеличения мощности, улучшить комфортабельность автомобиля, плавность разгона и изменение момента при увеличении сопротивления движению, упростить управление (отсутствие педали сцепления) и умень-шить утомляемость водителя. Гидродинамическая передача позволяет на-грузку на ведомом звене приводить в соответствие с нагрузкой на ведущем звене. По характеру изменения передаваемого момента гидродинамическ-ие передачи разделяются на гидродинамические муфты (гидромуфты) и гидродинамические трансформаторы (гидротрансформаторы).
В гидромуфтах крутящий момент передается без изменения его вели-чины, а в гидротрансформаторах передаваемый момент можно изменять по величине, а иногда и по знаку.
Гидротрансформатор состоит из двух лопастных колес (рис, 2.29): насосного 2, соединенного с входным валом 1, и турбинного 4, соединен-ного с выходным валом 6. Между насосным и турбинным колесами имеется осевой зазор, равный 3-6 мм. Лопастное колесо реактора 3 жестко соединяется с корпусом 5 и воспринимает момент, возникающий на ре-акторе. Насосное колесо, вращаясь от двигателя, приводит в движение жидкость, заполняющую гидродинамическую передачу. В колесе происхо-дит приращение момента количества движения. При протекании жидкости ч ерез реактор момент количества движения изменяется, что приводит к возникновению момента на турбинном колесе.
Рис. 2.29. Схема гидротрансформатора и его лопастные колеса.
Выйдя из турбинного колеса, жидкость поступет вновь на насосное и в гидродинамической передаче устанавливается циркуляция жидкости между лопастными колесами.
Более сложные гидропередачи имеют по несколько насосных, турбин-ных колес и реакторов.
В гидромуфте (рис. 2.30) реактор отсутствует, поэтому трансформа-ции момента не происходит и крутящий момент на валах обоих колес одинаков. Гидромуфта может плавно менять частоту вращения выходного вала изменением заполнения её рабочей полости жидкостью, дросселированием потока жидкости и раздвиганием колес.
Р ис. 2.30. Схема гидромуфты и её лопастное колесо
А лгебраическая сумма моментов гидродинамической передачи равна нулю
где Мн, Мт, Мр- моменты на насосном и турбинном лопастных колесах и на реакторе.
М ощность на входном валу (на валу насосного колеса) N и на выход-ном валу (на валу турбинного колеса) Nn может быть определена по крутя-щему моменту
где н, nн, т nт,- угловая частота и частота вращения насосного и турбин-ного лопастных колес.
К оэффициент полезного действия
где i= nт/nн- передаточное отношение;
K = Мт /Мн - коэффициент трансформации момента. Следовательно,
КПД учитывает потери в насосном и турбинном колесах, в реакторе, а также механические потери в подшипниках и потери на трение лопастных колес о жидкость.
В гидромуфте крутящий момент не изменяется, следовательно, k= I, в a = i.
Поскольку преобразование энергии происходит с потерями, то макси-мальный КПД = i=0,97-0,98. Следовательно, при передаче мощности через гидромуфту частота вращения выходного (турбинного) вала nт всегда меньше частоты вращения входного (насосного) вала nн.
Р азность частот вращения входного и выходного валов, отнесенная к частоте вращения входного вала, называется скольжением.
Обычно S= 0,020,03
Гидротрансформаторы, как правило, служат для увеличения крутящего момента, т. е. k>,l. Обычно для гидротрансформаторов 1с==1,751,1, максимальный КПД max= 0,80,9 и передаточное отношение i= 0,50,8. Внешней характеристикой гидродинамической передачи называются графики, выражающие зависимость мощности и моментов на входном и выходном валах и КПД от передаточного отношения при постоянных: в язкости, плотности рабочей жидкости, а также частоте вращения входного вала. Такие графики изображены на рис. 2.31 а, б.
Рис. 2.31. Внешние характеристики гидродинамической передачи: а) гидромуфты; б)—гидротрансформатора.
Из рис. 2.31 а видно, что для полностью заполненной жидкостью гидромуфты при i= 0 (nт=0) момент на турбинном колесе (Мт=Мн) будет максимальным. В зависимости от конструкции величина максимального момента может составлять Мmax= (57) M ном. С увеличением i момент падает до нуля. То же самое можно сказать и о мощности на входном валу Nн. Мощность на ведомом валу Nт равна нулю при i= 0 и i= 1, а максимальное значение Nт наблюдается при 1,0>i>0, КПД с увеличением i увеличивается и изобразится прямой линией, идущей от 0 до 1. Однако, КПД не может равняться единице, ибо при i= l передаваемая мощность
стремится к нулю. Поэтому в области i= l кривая КПД изобразится круто снижающейся пунктирной линией.
Внешняя характеристика гидротрансформатора (рис. 2,31 б) отлича-ется от таковой для гидромуфты. Момент на турбинном колесе имеет максимальное значение при i=0, затем падает до нуля. Момент на насос-ном колесе может быть постоянным (кривая 1), уменьшаться (кривая 2) или возрастать (кривая 3). КПД увеличивается с возрастанием i, имеет максимум при i= 0,5-0,7 затем падает до нуля при i= l, Внешняя характе-ристика является наиболее важной зависимостью, по которой можно су-дить о качестве гидродинамической передачи, возможности и целесо-образности применения её для определенных условий эксплуатации.
Кроме внешней используются универсальная и приведенная характеристики (рис. 2.32 а, б).
У ниверсальная внешняя характеристика гидродинамической переда-чи совокупность внешних характеристик при различных частотах враще-ния входного вала (см. рис. 2.32 а)
Рис. 2.32. Характеристики гидродинамической передачи а)-универсальная; б)-приведенная.
Приведенная характеристика гидродинамической передачи- зави-симость коэффициента момента входного вала , коэффициента трансфо-рмации момента К, полного КПД от передаточного отношения i при постоянных вязкости и плотности рабочей жидкости к частоте вращения входного вала (см. рис. 2.32 б).
К оэффициент момента входного вала определяется по формуле:
где М, n- момент и частота вращения входного вала;
D- активный диаметр гидродинамической передачи;
- плотность жидкости.
Приведенная характеристика действительна не только для одной, но и для ряда геометрически подобных гидропередач.
Гидромуфты бывают: ограничивающие, предохранительные, пуско-вые и пускотормозные.
Ограничивающая гидромуфта служит для ограничения величины передаваемого крутящего момента; предохранительная- для защиты при-водного двигателя на установившихся режимах работы от внезапных перегрузок.
Пусковая гидромуфта служит для защиты приводного двигателя от перегрузок в процессе пуска машин с большими моментами инерции вращающихся частей; пускотормозная- для пуска и торможения.
Гидромуфты также делятся на проточные и непроточные. В проточ-ной гидромуфте во внутренних полостях происходит проток рабочей жидкости за счет внешней системы питания с целью охлаждения её или регулирования частоты вращения выходного вала; в непроточной- во внутренних полостях находится неизменяемое во время работы количество рабочей жидкости.
Режим работы гидромуфты выбирают так, чтобы при номинальном режиме (длительная эксплуатация) она работала вблизи оптимального режима, для которого ном max. В связи с этим iном= ном= 0,94-0,98. Момент номинальный Мн в несколько раз ниже максимального момента. Момент, передаваемый при i=0, можно уменьшить, снизив расход жидкос-ти через лопастные колеса, что достигается уменьшением наполнения гидромуфты. При меньшем наполнении гидромуфты уменьшается расход на всех режимах работы и крутизна характеристики уменьшается, что ведет к снижению КПД на нормальном режиме ном.
В связи с этим управление характеристикой путем изменения наполнения применяют в регулируемых гидромуфтах, допускающих изменения наполнения во время работы. Пуск таких гидромуфт производят при минимальном наполнении, а нормальный режим- при полном наполнении. Регулируемые гидромуфты применяют для самых тяжелых условий пуска и разгона машины с большим моментом инерции и для регулирования в небольших пределах частоты вращения nт.
Другим способом регулирования гидромуфты является изменение формы рабочей полости гидромуфты (шибер, поворотныелопатки и т.д.).
Гидротрансформатор имеет максимальное значение КПД только на одном оптимальном режиме при i= 0,5-0,6. С увеличением i КПД падает. Этот недостаток устраняется в комплексном гидротрансформаторе, который может работать как в режиме гидротрансформатора, так и в режиме гидромуфты, которая имеет более высокий КПД при больших
значениях i.
Для гидродинамических передач, особенно больших мощностей, необходима система питания для обеспечения охлаждения, устранения утечек и для изменения наполнения передачи, а также поддержания необходимого давления, обеспечивающего бескавитационную работу гидропередачи.
Цель работы: 1. Изучить принцип действия, устройство и работу гидромуфты.
2. Освоить методику испытания гидромуфты.
3
2
3
4
6
7
1
5
Рис. 2.33. Схема установки для испытания гидромуфты
При включении электромотора начинает вращаться насосное колесо, вовлекающее в движение рабочую жидкость, которая приводит в движение турбинное колесо и связанный с ним тормоз. По мере нагружения тормоза частота вращения турбинного колеса nт падает и при полностью затормо-женном колесе (nт= 0) момент становится максимальным..
.
При полностью заторможенном турбинном колесе допускается работа гидромуфты ограниченное время (не более 3-х минут), так как при этом вся подводимая мощность идет на нагрев рабочей жидкости и в случае увеличения её температуры более 90- 100°С срабатывает тепловая защита и жидкость выбрасывается из гидромуфты.
Установка предназначена для испытания непроточных гидромуфт. В случае испытания проточных гидромуфт или гидротрансформаторов её необходимо дооборудовать системой подпитки и охлаждения, как это требует ГОСТ 17069-71.
Порядок выполнения работы и обработка опытных данных. Для получения внешней и приведенной характеристик необходимо:
1. Подготовить установку к пуску (проверить наполнение гидромуфты, отсутствие утечек рабочей жидкости, разгрузку тормоза М= О).
2. Включить гидромуфту, установить требуемый тепловой режим, проверить работу тормоза.
3. Установить необходимую частоту вращения насосного колеса (nн= const).
4. Изменяя нагрузку тормоза от нуля до максимального значения шестью- восемью ступенями, замерить в каждом случае частоту вращения насосного nн и турбинного nт колес и тормозной момент M= G1.
Результаты замера занести в табл. 2. 9.
5. Вычислить необходимые параметры по формулам 2,752,80 и результаты вычислений занести в табл. 2. 9.
Таблица 2.9
Измеряемые параметры |
Рассчитываемые параметры |
|||||||
nн, об/мин |
nт, об/мин |
М, Н м |
i |
S |
Nп, кВт |
N, кВт |
|
|
По данным табл. 2.9 построить внешнюю и приведенную характе-ристики, типовая форма которых приведена на рис. 2. 31, 2.32.
Для построения универсальной характеристики (см. рис. 2.32) снять ряд внешних характеристик при различных значениях частоты вращения насосного колеса nн.