Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Гидравлические и пневматические системы / Лекции / Доп-материал / Проектирование комплексной гидродинамической передачи

.pdf
Скачиваний:
42
Добавлен:
17.04.2015
Размер:
315.11 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ “МАМИ”

Одобрено методической комиссией факультета АТ

В. М. Шарипов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ

Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 150100 “Автомобиле – и тракторостроение”

МОСКВА 2000

2

УДК 629.114.2.001.63 (075.8)

Шарипов В. М. Проектирование комплексной гидродинамической передачи. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 150100 “Автомобиле - и тракторостроение”. –

М.: МГТУ “МАМИ”, 2000. – 9 c.

В методических указаниях рассмотрен пример проектирования комплексной гидродинамической передачи для лесопромышленного трактора К-703 с двигателем ЯМЗ-240Б.

Указания предназначены для студентов, выполняющих курсовой и дипломный проект по кафедре “Тракторы”.

С Московский государственный технический университет “МАМИ”, 2000 г.

Валерий Михайлович Шарипов, проф., д. т. н.

Проектирование комплексной гидродинамической передачи. Методиче-

ские указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 150100 “Автомобиле – и тракторостроение”.

Лицензия ЛР № 021209 от 17.04.97 г.

Подписано в печать

Заказ

Тираж 50

Усл. п. л.

Уч.- изд. л.

Бумага типографская. Формат 60x90/16

МГТУ “МАМИ”, Москва,

105839

Б. Семеновская, 38

3

Спроектировать комплексную гидродинамическую передачу для лесопромышленного трактора К-703 с двигателем ЯМЗ-240Б.

Параметры двигателя:

-номинальная мощность двигателя NДН=227 кВт;

-частота вращения вала двигателя на номинальном режиме nДН=1900 мин-1;

-номинальный крутящий момент двигателя

М ДН =

9550

N ДН

= 9550

 

227

= 1141

Н м .

nДН

1900

 

 

 

 

 

Внешняя скоростная характеристика двигателя представлена на рис. 1.

Рис. 1. Внешняя скоростная характеристики двигателя ЯМЗ-240Б

Прежде чем приступить к проектированию комплексной гидродинамической передачи (далее в тексте будем называть гидротрансформатором) необходимо подобрать прототип гидротрансформатора (ГТ), хорошо себя зарекомендовавший в эксплуатации в аналогичных условиях работы.

В качестве прототипа возьмем ГТ “Даймлер – Бенц” (рис. 2), который предназначен для установки на машины с двигателем мощностью NДН = 136…152 кВт, с крутящим моментом на номинальном режиме МДН = 800 Н м . Активный диаметр этого гидротрансформатора, принятого за прото-

тип, DП =375 мм (0,375 м).

4

В ГТ фирмы “Даймлер – Бенц” (рис. 2) давление питания рабочей жидкости р = 0,2 …0,8 МПа. При этом в ГТ с D = 220…240 мм р = 0,2 МПа,

а в ГТ с D = 450…500 мм р = 0,8 МПа. Таким образом, с увеличением активного диаметра ГТ увеличивается в нем давление питания рабочей жидкости.

Выбор давления рабочей жидкости в указанных пределах обуславливается не только стремлением устранить кавитацию, но и необходимостью обеспечить циркуляцию определенного расхода жидкости через систему охлаждения. У данного ГТ (рис. 2) привод шестеренного насоса подпитки осуществляется от насосного колеса.

Рис. 2. Комплексная гидродинамиче-

Рис. 3. Внешняя характеристика

ская передача “Даймлер – Бенц”:

комплексной гидродинамической пе-

1 – турбинное колесо; 2 – насосное ко-

редачи “Даймлер – Бенц”

лесо; 3 – муфта свободного хода; 4 -

 

реактор

 

Внешняя характеристика данного ГТ, принятого за прототип, представлена на рис. 3.

5

Из характеристики прототипа определяют коэффициент момента на на-

сосном колесе λ Н при

максимальном КПД комплексной

гидропередачи

η ГТmax, работающей в

режиме гидротрансформатора. В

нашем случае

λ Н =3,0 106 мин2 / м .

 

 

Определим активный диаметр D проектируемого ГТ, принимая, что двигатель работает на номинальном режиме (МН = МДН = 1141 Н м ; nН = nДН

=1900 мин-1).

 

 

 

 

 

D =

M Н

 

=

1141

= 0,41 м.

5 γ λ Н nН

2

5 9000 3,0 106 19002

Здесь γ = 9000 Н/м3 – удельный вес рабочей жидкости.

Упрототипа DП = 0,375 м.

Упроектируемого ГТ D = 0,41 м.

Определим отношение δ =

D

=

0,41

= 1,09 .

 

0,375

 

DП

 

Следовательно, в соответствии с законом подобия у проектируемого ГТ все размеры меридионального сечения (рис. 2) необходимо умножить на коэффициент δ . При δ >1 размеры меридионального сечения увеличива-

ются, а при δ <1 - уменьшаются.

После определения размеров проектируемого ГТ необходимо согласовать его с характеристикой двигателя. Для этого необходимо построить нагрузочную характеристику ГТ, представляющую собой зависимость МН = f(nН), и наложить ее на скоростную характеристику двигателя [МД = f(nД)].

Крутящий момент на насосном колесе ГТ

M Н = γ λ Н nН 2 D5 . (1)

В проектируемом ГТ γ = 9000 Н/м3 и D = 0,41м. Тогда

М Н = 9000 0,415 λ Н nН 2 = 104,27 λ Н nН 2 . (2)

В полученном выражении λ Н = var и nН = var.

6

Определим значения λ Н для различных режимов работы ГТ и занесем их в табл. 1.

λ Н = f(nТ/nН).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.

 

nТ/nН

0

 

 

0,5

 

0,7

 

 

0,82

 

0,97

 

 

Режим гидротрансформатора

 

 

Режим гид-

 

 

 

 

 

ромуфты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ Н .106,

3,9

 

 

3,7

 

3,0

 

 

1,95

 

0,25

 

мин2

 

 

 

 

 

 

 

Результаты расчетов МН по выражению (2) при различных значениях

λ Н и nН сведем в табл. 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nН, мин-1

700

 

1000

 

1500

 

 

1800

 

2000

 

 

 

 

 

λ Н = 3,9 .1

0-6 мин2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МН, Н.м

199,27

 

406,6

 

914,97

 

 

1317,6

 

1626,6

 

 

 

 

 

λ Н = 3,7 .1

0-6 мин2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МН, Н.м

189,1

 

386,27

 

869,22

 

 

1251,7

 

1545,7

 

 

 

 

 

λ Н = 3,0 .1

0-6 мин2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МН, Н.м

153,3

 

313,2

 

704,06

 

 

1013,8

 

1252,0

 

 

 

 

 

λ Н = 1,95 .10-6 мин2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МН, Н.м

100,12

 

204,7

 

460,57

 

 

663,03

 

818,9

 

 

 

 

 

λ Н = 0,25 .10-6 мин2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МН, Н.м

12,8

 

26,07

 

58,7

 

 

84,5

 

104,3

Нанесем нагрузочную характеристику МН = f(nН) на внешнюю скоростную характеристику двигателя. Здесь nН = nД. В результате получим совмещенную характеристику ГТ и двигателя (рис. 4). Из рис. 4 следует, что при трогании машины с места при nТ/nН = 0 нагрузочная характеристика ГТ не позволяет полностью использовать преобразующие свойства двигателя, так как парабола МН = f(nД) при nТ/nН = 0 пересекает кривую крутящего момента двигателя в точке А, где МД ДМ.

7

Спроектированный ГТ с активным диаметром D = 0,41 м в интервале точек АВС (рис. 4) работает в режиме гидротрансформатора (преобразует крутящий момент на турбинном колесе в зависимости от нагрузки), а в интервале точек СD - в режиме гидромуфты (без преобразования крутящего момента). Таким образом данная гидродинамическая передача позволяет использовать на тракторе преобразующие свойства двигателя в интервале точек АВСD по внешней характеристике двигателя.

Рис. 4. Совмещенные характеристики комплексной гидродинамической передачи и двигателя:

до согласования с характеристикой двигателя; после согласования с характеристикой двигателя

Здесь необходимо отметить, что при nТ/nН =0,7 комплексная гидропе-

редача работает в режиме гидротрансформатора при максимальном КПД η ГTmax (см. рис. 3). Нагрузочная характеристика комплексной гидродинамической передачи при nТ/nН =0,7 проходит через точку В номинального крутящего момента двигателя (рис. 4).

Согласуем характеристику комплексной гидродинамической передачи со скоростной характеристикой двигателя.

8

Здесь возможны два способа.

1 способ. Изменение активного диаметра D комплексной гидродинамической передачи. В соответствии с выражением (1) для обеспечения режима использования максимального крутящего момента двигателя должно соблюдаться условие

M Н = М ДМ = γ λ Н nДМ 2 D5 .

Из внешней скоростной характеристики двигателя (рис. 1) максимальный крутящий момент двигателя МДМ =1255 Н м , а частота вращения вала двигателя при максимальном моменте nДМ = 1499,4 мин-1.

Тогда необходимое значение активного диаметра комплексной гидро-

динамической передачи на стоповом режиме (при nТ/nН = 0 λ Н = 3,9 .10-6

мин2)

 

 

 

D =

 

 

M ДМ

 

=

1225

= 0,434 м.

 

 

 

5

γ λ

Н nДМ

2

5 9000 3,9 106 1499,42

 

Примем D

=

0,43

 

м

и после определения

коэффициента

δ =

D

=

0,43

=

1,147 изменим размеры меридионального сечения про-

 

0,375

 

DП

 

 

 

 

 

 

 

ектируемой комплексной гидродинамической передачи по сравнению с про-

тотипом (рис. 2) в δ раз.

Построим совмещенную характеристику комплексной гидродинамической передачи при D = 0,43 м с двигателем ЯМЗ-240Б.

Результаты расчетов нагрузочной характеристики комплексной гидродинамической передачи МН = f(nН) представлены в табл. 3, а совмещенная характеристика – на рис. 4 (штрихпунктирные линии).

Из рис. 4 следует, что при активном диаметре комплексной гидропередаче D = 0,43 м она в интервале точек АCDпо внешней скоростной характеристике двигателя наиболее полно использует преобразующие свойства двигателя, включая его работу при максимальном моменте.

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

nН, мин-1

700

1000

 

 

1500

1800

2000

 

 

λ Н = 3,9 .1

0-6 мин2

 

 

МН, Н.м

252,8

5515,9

 

 

1160

1671

---

 

 

λ Н = 1,95 .10-6

мин2

 

 

МН, Н.м

126

257

 

 

580

835

1031,9

 

 

λ Н = 0,25 .10-6

мин2

 

 

МН, Н.м

16,2

33,07

 

 

74,4

107,16

132

2 способ. Установка между двигателем и комплексной гидродинамической передачей согласующего редуктора с передаточным числом uР.

В соответствии с выражением (1) для обеспечения режима использования максимального крутящего момента двигателя должно соблюдаться условие

M Н = М ДМ = γ λ Н nДМрас2 D5 .

Тогда необходимое значение расчетной частоты вращения вала двигателя при максимальном моменте

nДМрас

=

М ДМ

=

 

1255

 

=

1756,7 мин

1

,

γ λ Н

D5

9000

3,9 106

0,415

 

 

 

 

 

 

 

 

а передаточное число согласующего редуктора

uР

=

nДМ

=

 

1500

=

0,85 .

n

ДМрас

1756,7

 

 

 

 

 

При установке между валом двигателя и комплексной гидродинамической передачей с активным диаметром D = 0,41 м согласующего редуктора с передаточным числом uР =0,85 она будет работать в интервале точек АCDпо внешней скоростной характеристике двигателя, наиболее полно используя его преобразующие свойства.

После этого строится внешняя характеристика системы “двигатель – комплексная гидропередача” (выходная характеристика). Она представляет собой зависимости МТ = f(nТ) и η = f(nТ), где η - КПД комплексной гидродинамической передачи (см. лекции по дисциплине “Теория трактора”).