Гідропередача

Гідропереда́ча (рос.гидропередача; англ. positive displacement hydraulic transmission; нім. Strömungsgetriebe n, hydraulisches Getriebe n) — частина насосного гідроприводу, призначена для передавання руху від приводного двигуна до ланок машини.

Гідравлічна передача (рос.гидравлическая передача, англ. hydraulic transmission, нім. Hydrotransmission f, Flüssigkeitsgetriebe n) — сукупність гідравлічних механізмів, яка дає можливість передавати енергію від ведучої ланки до веденої за допомогою рідини.

Принцип роботи динамічної гідропередачі (гідротрансформатора)

Складається в основному з гідравлічного насоса і гідравлічного двигуна.

За принципом дії розрізняють гідропередачі

• Гідростатичні (гідрооб'ємні) — гідравлічні передачі, основними елементами яких є об'ємні гідропомпа (гідронасос) та гідродвигуни, у яких енергія передається за рахунок статичного напору (насос-гідродвигун-рухомий механізм). Поділяються на схеми з відкритою і закритою циркуляцією робочої рідини;

• Гідродинамічні — гідравлічні передачі, в яких потужність передається за рахунок зміни моменту кількості руху робочої рідини в загальній робочій порожнині лопатевих коліс за рахунок динамічного напору. Поділяються на гідромуфти та гідротрансформатори).

Основні переваги гідропередач:

• широкі границі та безступінчатість зміни передаткового відношення;
• плавність та безшумність роботи;
• нечутливість до перевантаження;
• дистанційність та простота управління.

Гідравлічні передачі знаходять основне застосування у верстатобудуванні та транспортному машинобудуванні.

Застосовуються у автомобілях, тепловозах, літаках тощо.

Гідростати́чна переда́ча

Принципова гідравлічна схема гідростатичної передачі з відкритою (вгорі) і закритою циркуляцією (внизу) рідини

Гідростати́чна переда́ча (гідроб'є́мна переда́ча — ГОП) — гідравлічна передача, основними елементами яких є об'ємна гідропомпа (гідронасос) та гідродвигуни, у яких механічна енергія передається за рахунок статичного напору (гідронасос-гідродвигун-рухомий механізм).

Види

Поділяються на схеми з відкритою і закритою циркуляцією робочої рідини. У гідростатичних передачах насос і двигун можуть бути виконані в одному агрегаті або роздільно.

Може використовуватись як механізм для передавання вертально-поступного, вертально-повертального або обертального руху за рахунок гідростатичного напору рідини.

Гідростатичні передачі можуть забезпечувати жорсткий (в межах нестискуваності рідини) зв'язок між вхідною і вихідною ланками гідропередачі, передаючи створюваний насосом тиск до гідродвигуна (гідроциліндра або гідромотора) через робочу рідину як проміжне тіло, яке переміщається в замкнутому просторі.

Будова і принцип роботи

Гідростатичні передачі зазвичай складаються з об'ємних насосів (поршневих поступальних або роторних, роторно-пластинчастих чи шестеренних), що приводяться від двигуна і об'ємних гідродвигунів, з'єднаних з валом рушія, колектора, резервуара для робочої рідини і трубопроводів гідроліній.

При однакових параметрах насоса і гідродвигуна крутний момент чи зусилля від двигуна до рушія передається без зміни. Гідростатична передача за рахунок зміни продуктивності насоса забезпечує плавне регулювання у широкому діапазоні частоти обертання вала чи швидкості лінійного переміщення гідродвигуна.

Гідростатична силова передача дає можливість здійснювати реверсування руху і гальмування машини. Відпадає необхідність встановлення на машині потужних гальмівних пристроїв, за винятком стоянкових гальм. Гальмівні функції можуть бути покладені на гідростатичну передачу. Правда, для швидкохідних транспортних машин в цьому випадку гідростатична передача повинна мати охолоджувач, через який можна було б здійснювати швидке розсіювання енергії гальмування.

Використання

Гідростатична передача знаходить широке застосування в автомобілебудуванні, тракторобудуванні, в сільськогосподарському, будівельному і дорожньому машинобудуванні як основа для створення гідрооб'ємних трансмісій.

За наявності гідростатичної силової передачі забезпечується висока надійність роботи машини, двигун та інші агрегати мають природний захист від перевантаження; ймовірність заглушення двигуна внутрішнього згоряння від перевантаження стає мінімальною. Наявність гідравлічного потоку від насоса до мотора обумовлює демпфувальні властивості всієї передачі, двигун машини працює стабільніше і зазнає меншого зносу.

За своїми характеристиками гідростатична передача аналогічна до електропередачі на постійному струмі, однак має перевагу за масою і габаритами. ККД її становить 0,75…0,9. Потужність устаткування з гідростатичними передачами зазвичай знаходиться в межах 40…2000 кВт.

Джерела

• Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982. — 423 c.
• Антонов А. С., Запрягаев М. М. Гидрообъёмные передачи транспортных и тяговых машин. Л.: «Машиностроение», 1968. - 209 с.
• Антонов А. С. Силовые передачи колёсных и гусеничных машин. Теория и расчёт. — Л.: Машиностоение (Ленинградское отделение), 1975. - 480 с.

Гідродинамі́чна передача

Гідродинамічна передача (гідротрансформатор у розрізі )Рис. 1

Автомобільна гідромуфта (у розрізі) фірми Даймлер (1935) Рис. 3

Гідродинамі́чна переда́ча (ГДП), (гидродинамическая передача; hydrodynamic(al) transmission; Strömungsgetriebe n) — гідравлічна передача, яка складається з лопатевих коліс із загальною робочою порожниною, в якій потужність передається за рахунок зміни моменту кількості руху робочої рідини.

Класифікація

Гідродинамічні передачі розділяють на:

• гідродинамічні муфти (гідромуфти), які передають потужність не змінюючи крутного моменту але змінюють частоту обертання вихідної ланки;
• гідродинамічні трансформатори (гідротрансформатори), здатні змінювати під час передачі потужності величину, а іноді і знак крутного моменту та частоту обертання вихідної ланки.

Будова та принцип роботи

Гідромуфти і гідротрансформатори складаються з розташованих у загальному корпусі лопатевих коліс: насосного (приводного) двигуна, з'єднаного з вхідним валом і турбінного, з'єднаного з вихідним валом. Лопаті робочих коліс прикріплені до тороподібних напрямних поверхонь. Поверхні утворюють робочу порожнину гідропередачі, у якій рухається потік рідини (найчастіше малов'язкої мінеральної оливи), що обтікає лопаті коліс.

Насосне колесо одержує енергію від двигуна й за допомогою своїх лопастей передає її потоку рідини. Потік обтікає лопаті турбінного колеса, приводить його в дію й віддає при цьому енергію, що використовується на вихідному валу, для подолання опору привідної машини (споживача). Гідропередачі здатні обмежувати момент опору, що навантажує двигун, і згладжувати пульсації цього моменту при пульсації опору споживача. Цим вони захищають двигун і механічну частину трансмісії від перевантажень і ударних навантажень, збільшуючи їхню довговічність. Гідропередачі усувають також перевантаження двигунів під час запуску, при розгоні приводних об'єктів з великою інерційністю, завдяки чому відпадає необхідність завищення встановленої потужності двигунів для забезпечення розгону.

Гідротрансформатори, крім того, забезпечують безступінчасту зміну крутного моменту, що передається, в залежності від зміни частоти обертання вихідного вала. При зростанні опору споживача й, отже, при зниженні частоти обертання вихідного вала передавальне число збільшується. При цьому поліпшується використання потужності двигунів, підвищується продуктивність машин, усувається необхідність у коробках зубчастих передач, що вимагають перемикання. Всі зазначені функції гідропередачі виконують автоматично. На оптимальних режимах роботи ККД гідропередач досягає високих значень 85-98%, що незначно менше за ККД механічних передач. Незважаючи на це й на деяке ускладнення трансмісій, перелічені якості обумовили поширення гідропередач у дорожніх, будівельних і транспортних машинах, що працюють в особливо тяжких умовах.

Схема гідромуфти і потоку в її лопастній системі. Рис.2

При сталому режимі роботи сума моментів, прикладених ззовні до гідромуфти, (Рис. 2) дорівнюють нулю. Зовнішніми моментами являються момент [math]M_1[/math], прикладений з боку двигуна до вхідного валу 11; момент опору [math]M_2[/math] споживача, прикладених до вихідного валу 11; момент тертя [math]M_B[/math] обертового корпусу 1 до навколишнього середовища. Отже,

[math]M_1-M_2-M_B = 0[/math] [math](1)[/math]

Момент Мв звичайно малий, і наближено приймають що [math]М_1[/math] передається споживачеві без змін, тобто

[math]M_1 \approx M_2 = M[/math] [math](2)[/math]

Головна частина М яку позначимо Мп, передається турбінному колесу потоком рідини оточуючи лопатеві системи. Момент Мп дорівнює зміні моменту кількості руху потоку, викликаного впливом лопастей. У гідромуфтах встановлюють на кордонах лопатевих систем (Рис. 2) момент, який вимагається від двигуна для збільшення моменту кількості руху потоку в насосному колесі

Характеристика гідромуфти. Рис.4

Мп=[math]\rho Q(\nu_u_2_H R_2 - \nu_u_2_T R_1)[/math] [math](3)[/math]

Рівняння [math](3)[/math] показує що момент Мп пропорційний витраті Q і збільшення моменту швидкості потоку (збільшення його закрутки) [math]\nu_uR[/math]. у проміжках 2Н - 1Т і 2Т - 1Н між лопатевими системами момент кількості руху потоку залишається незмінним, тому його зменшення в турбінному колесі. Це підтверджує рівність [math](2)[/math]. Невелика частина моменту Мф передається тертям. Рідина в зазорі між корпусом 1 і поверхнею 7 турбінного колеса захоплюється в обертання тертям об корпус 1 і гальмується при терті об поверхню 7, повідомляючи деякий момент вихідного валу. Момент передається за допомогою тертя в підшипниках 4 і ущільненні 10. Таким чином,

M = Mп + Mф [math]\approx[/math]Mп [math](4)[/math]

Момент від двигуна передається тільки при обгоні турбінного колеса насосним, коли [math]n_1\gt n_2[/math]. Ставлення частот обертання коліс [math]і = n_2 / n_1[/math] називають передавальним відношенням. Відносна різниця частот [math]s = (n_1-n_2) / n_1 = 1[/math] - I називається ковзанням. Без ковзання витрата Q і, згідно з формулою [math](3)[/math], момент Мп дорівнюють нулю. Відсутня і передача моменту тертям. При малих n2 і, слабкому полі відцентрових сил в між лопатевих каналах турбінне колесо надає мале протидію протіканню потоку рідини. При цьому [math]Q\to Q_m_a_x[/math] і переданий момент Мп також максимальний.

Історія

Створення перших гідродинамічних передач пов'язано з розвитком в кінці XIX століття суднобудування. В той час у морському флоті стали застосовувати швидкохідні парові машини. Однак, із-за кавітації, підвищити число обертів гребних гвинтів не вдавалось. Це вимагало застосування додаткових механізмів. Позаяк технології у той час не дозволяли виготовляти високооборотисті шестерінчасті передачі, то виникла потреба у створенні принципово нових передач. Першим таким пристроєм з відносно високим ККД став винайдений німецьким професором Г. Фетінгером гідравлічний трансформатор (патент 1902 року). Автоматичні коробки передач (АКПП), що представляв собою об'єднані в одному корпусі насос, турбіну и нерухомий реактор. Однак перша конструкція гідродинамічної передачі, що була застосована на практиці, була створена у 1908 році, і мала ККД близько 83%. Пізніше гідродинамічні передачі найшли застосування в автомобілях. Вони підвищували плавність зрушення з місця. У 1930 році Гарольд Сінклер, працюючи в компанії Даймлер, розробив для автобусів трансмісію, що включала в себе гідромуфту і планетарну передачу. У 1930-х роках були сконструйовані перші дизельні локомотиви, які використовували гідромуфти. На теренах колишнього СРСР перша гідравлічна муфта була створена у 1929 році

Джерела

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Донецьк : Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
• Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982. — 423 c.
• Bolton, William F. (1963). Railwayman's Diesel Manual: A Practical Introduction to the Diesel-powered Locomotive, Railcar and Multiple-unit Powered Train for Railway Staff and Railway Enthusiasts (4th ed.). Ian Allan Publishing. pp. 97–98

Література

• Кулінченко В. Р. Гідравліка, гідравлічні машини і гідропривід: Підручник. — Київ: Фірма «Інкос», Центр навчальної літератури, 2006. -616с.
• Гідроприводи та гідропневмоавтоматика: Підручник / В. О. Федорець, М. Н. Педченко, В. Б. Струтинський та ін. За ред. В. О. Федорця. — К:Вища школа, — 1995. — 463 с. — ISBN 5-11-004086-9.
• Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Донецьк : Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.