Файл: Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие.pdf

В выражении (VI 1.2) все параметры, в том числе с достаточной

описывается у ГДТ только уравнением прямой линии, а не гипер­ болой, что требуется идеальной характеристикой.

Графическая (или табличная) зависимость момента на тур­ бине Мт от ее угловой скорости сот, полученная при фиксирован­ ных неизменных оборотах насоса (пн = const), называется внеш­ ней или канонической (рис. VI 1.1, в). Для зоны слева от точки А момент на турбине Мт — Мн + Мн а, £т > 1, а М„ а > 0 (поло­ жителен). Зона справа от точки А является нерабочей: направляю­

изменяется по закону, близкому к квадратичной параболе. Такое изменение к. п. д. определяется преимущественно характером ударных потерь жидкости в круге циркуляции. Для сравнения на рассматриваемом графике приведен закон изменения к. п. д. гидромуфты (штрих-пунктирная прямая) т)г = іт н. Из сравнения вытекает важный вывод: до тех пор, пока kT> 1, т]т > т]г. Следо­ вательно, ГДТ по сравнению с гидромуфтой на основном режиме работы не только обеспечивает автомобилям лучшую динамику, но также существенно улучшает и их экономичность.

Из структуры выражения (VII.2) можно установить, что любой его компонент пропорционален квадрату угловой скорости на­ соса (о)2) и диаметру ГДТ в пятой степени D5.

Тогда для любого из рабочих колес гидротрансформатора

В этих выражениях hT, Хн и А.н а — безразмерные коэффици­ енты, называемые далее коэффициентами моментов турбины, насоса и направляющего аппарата соответственно. Из формул (ѴІІ.З) видно, что потребляемые лопастными колесами ГДТ мо­

менты пропорциональны, в первую очередь, со?, и D5, при этом самым чувствительным параметром является D: увеличение D всего на 1/10 дает рост момента в 1,6 раза, а увеличение D в два раза приводит к скачку момента в 32 раза.

В соответствии с последними выражениями для моментов ло­ пастных колес получим

(VI1.4)

16?

Типы гидротрансф орм аторов, их схемы и характеристики

Большинство ГДТ за редким исключением выполняются только с одним насосным колесом Н. Число же турбин и направляющих аппаратов может быть несколько. В зависимости от числа турбин

которых турбины между собой связаны через дифференциаль­ ный механизм (на рис. VI 1.2, б приведена схема двухтурбпнного ГДТ «Дайнафлоу», США).

В отличие от z-ступеичатых ГДТ z-турбинные ГДТ обладают более гибкой характеристикой, поддающейся корректировке за счет подбора наиболее выгодного внутреннего передаточного

числа in дифференциала.

Многоступенчатые и многотурбинные ГДТ имеют высокие преобразующие свойства (kT — 3,5-т-5,5), однако низкий к. п. д. (і|г = 0,75 — 0,80) и сложность конструкции ограничивают обла­ сти их применения на автомобилях. Основным типом ГДТ является одноступенчатый.

Важнейшим параметром ГДТ служит прозрачность, оценивае­ мая коэффициентом прозрачности П. Он показывает, в каком направлении изменяется момент на насосном колесе с изменением

мальной нагрузке на турбине, когда последняя не вращается (застопорена); МН(йт=і,о)— момент, потребляемый насосом при коэффициенте трансформации, равном единице (для комплексных ГДТ — режим гидромуфты).

Трансформаторы, имеющие П > I, обладают прямой прозрач­ ностью, если Л — 1 — ГДТ непрозрачен, т. е. насос не реагирует на изменение нагрузки на турбине. Если же П < 1, то ГДТ относится к числу ГДТ с обратной прозрачностью. На прозрач­ ность ГДТ решающее влияние оказывает способ размещения рабочих колес в круге циркуляции и профилировка (углы наклона) лопаток насоса.

В зависимости от способа размещения турбины в круге цирку­ ляции гидротрансформаторы разделяются на ГДТ с центростре­ мительной турбиной (ГАЗ, ЗИЛ, МАЗ), с центробежной турби­

170

а)

В)

Рис. VII.2. Типы гидротранс­ форматоров: а — двухсту­ пенчатый простой; б—двух- турбинный дифференциаль­ ный

171

как правило, прямой прозрачностью; с увеличением оборотов турбины в круге циркуляции растет противодавление (турбин­ ное), что приводит к некоторому снижению расхода жидкости, а следовательно, и снижению М и. Как видно из характеристики (рис. VII.3, б), для такого ГДТ Хн = ѵаг (при пт= ѵаг). В связи с этим входная характеристика ГДТ с прямой прозрачностью

дающих целую область точек совместной работы с ДВС (кривая с точками а, б, в, г, д, е, ж, з соответствует режиму максимальной подачи топлива, остальные кривые с точками а' , а" и т. д. — ча­ стичной). В процессе разгона автомобиля обороты насоса у ГДТ с прямой прозрачностью возрастают.

Гидротрансформаторы с прямой прозрачностью выгодно приме- ‘ нять с карбюраторными ДВС, у которых довольно высок коэффи-

м

циент приспосабливаемости kn = ■Л1т—. С увеличением обо-

ротов турбины ГДТ с прямой прозрачностью способствуют повы­ шению использования максимальной мощности двигателя, а с уменьшением оборотов турбины — в полной мере реализуется

172

приспосабливаемость двигателя, что приводит к более энергич­ ному росту /ет, повышению средних скоростей движения (двига­ тель меньше «садится» по оборотам). Большинство ГДТ, кото­ рыми оснащаются автомобили, имеющие карбюраторные двига­ тели, выполняются с центростремительными турбинами.

прозрачностью: с увеличением оборотов турбины расход жидкости в круге циркуляции возрастает. Поэтому у ГДТ с обратной про­ зрачностью, как и у ГДТ с прямой прозрачностью, на безразмер­

п„ пг

Рис. VII.4. Гидротрансформатор с центробежной тур­ биной: а — схема; б — безразмерная характеристика

ной характеристике = ѵаг (рис. VII.4, б) и существует семей­ ство нагрузочных кривых и целая область точек совместной ра­ боты ГДТ и ДВС. Отличие от ГДТ с прямой прозрачностью со­ стоит только в чередовании нагрузочных кривых: они идут справа

= const для всех /т н (рис. VI 1.5, б) и имеется только одна кривая входа по насосу. В соответствии с этим в зависимости от нагрузки

момента двигателя при полной, промежуточной и минимальной подачах топлива. Подбирая диаметр гидротрансформатора, можно заставить двигатель работать на том режиме, какой с точки зре­ ния условий эксплуатации автомобилей, является наиболее

173

выгодным. В частности, можно входную Кривую насоса М„ найра" вить через точку 1, где двигатель развивает A/mmax, через точку 2> где двигатель работает на минимальном расходе топлива, или, например, через точку 3, где двигатель способен отдать в силовую передачу максимальный момент М ттях. Непрозрачные ГДТ целесообразно использовать в комплексе с дизелями, имеющими низкую приспосабливаемость и хуже реагирующих на изменение нагрузки.

Рис. VII.5. Гидротранс­ форматор с осевоіі турби­ ной: а — схема; б — без­ размерная характеристи­ ка; в — характеристика

совместной работы

Как'уже отмечалось, на прозрачность ГДТ значительное влия­ ние оказывает профилирование лопаток насоса. За счет профили­ рования лопаток прозрачность ГДТ в ходе его работы можно ав­ томатически дополнительно корректировать в нужном напра­ влении. В этой связи следует указать, что существуют ГДТ с так называемой смешанной прозрачностью (гидротрансформаторы МАЗ). Хотя эти ГДТ имеют центростремительную турбину, однако они обладаютсмешанной прозрачностью: сначала при малых іт_н ГДТ работают в режиме обратной прозрачности, а затем (при іт н — больших) — в режиме прямой прозрачности. Отмеченное в равной мере может относиться и к другим типам тур­ бин. Радиальные лопатки насоса (рис. VI 1.6, а) на прозрачность ГДТ не влияют, прямолинейные лопатки с углом наклона против вращения насоса (рис. VI 1.6, б) приводят к тенденциям обратной прозрачности, прямолинейные лопатки с углом наклона по ходу вращения обусловливают прямую прозрачность (рис. VII.6, б).

174

Лопатки насоса могут быть и криволинейные, тогда прозрач­ ность будет зависеть от направления криволинейное™ и от вели­ чины углов входа и выхода. Например, при профиле кривой, направленной против хода вращения, и угле входа, меньшем угла выхода, с увеличением оборотов турбины обнаруживается тенденция к обратной прозрачности. Итоговая прозрачность ГДТ складывается из прозрачности, зависящей от способа распо­ ложения рабочих колес в круге циркуляции и от прозрачности, зависящей от варианта профилирования лопаток насоса.

Одноступенчатые (однотурбинные) ГДТ независимо от типа турбины могут быть разделены на простые, у которых имеется

Рис. VII.6. Основные варианты форм лопаток насоса ГДТ: а — радиальные; б — с обратным наклоном; в — с накло­ ном по ходу вращения насоса

только один направляющий аппарат (рис. VI 1.2, а), и на полимерические, у которых число направляющих аппаратов больше двух.

Полимерические ГДТ имеют по іт„ более широкую зону высоких к. п. д. (рис. VI 1.7, а, кривые 2), однако само значение

чения оборотов турбины к. п. д. ГДТ, достигнув максимума, начи­ нает затем быстро падать. Направляющий аппарат не только трансформирует момент, но, наоборот, начинает мешать этому. Поэтому как только момент на НА меняет знак на отрицательный, следует его отключать и ГДТ переводить на работу в режим гидро­

к. п. д. равен передаточному отношению и растет линейно с уве­ личением оборотов турбины (прямая линия на участке ав или бв). Однако, как ни высоко значение к. и. д. ГДТ в режиме гидро­ муфты, оно всегда меньше единицы и равно г)ггаах = 0,95ч-0,97. Дальнейшим шагом повышения к. п. д. ГДТ является его блоки­ ровка (скачок в точке в до точки г), когда достигается получение т]т = 1,0. Блокируемые трансформаторы стали применяться все более широко. Блокировка осуществляется блокировочным фрик­ ционом ФБ (рис. VI 1.7, б), который соединяет жестко между собой Я и Т.

175