Гидравлические и пневматические системы / Лекции / Доп-материал / Проектирование комплексной гидродинамической передачи
.pdfМИНИСТЕРСТВО 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 10− 6 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 10− 6 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/м |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
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/м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
МН, Н.м |
199,27 |
|
406,6 |
|
914,97 |
|
|
1317,6 |
|
1626,6 |
|
|
|
|
|
|
λ Н = 3,7 .1 |
0-6 мин2/м |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
МН, Н.м |
189,1 |
|
386,27 |
|
869,22 |
|
|
1251,7 |
|
1545,7 |
|
|
|
|
|
|
λ Н = 3,0 .1 |
0-6 мин2/м |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
МН, Н.м |
153,3 |
|
313,2 |
|
704,06 |
|
|
1013,8 |
|
1252,0 |
|
|
|
|
|
|
λ Н = 1,95 .10-6 мин2/м |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
МН, Н.м |
100,12 |
|
204,7 |
|
460,57 |
|
|
663,03 |
|
818,9 |
|
|
|
|
|
|
λ Н = 0,25 .10-6 мин2/м |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
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 <МДМ.
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/м)
|
|
|
D = |
|
|
M ДМ |
|
= |
1225 |
= 0,434 м. |
|
|
|
5 |
γ λ |
Н nДМ |
2 |
5 9000 3,9 10− 6 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 А’C’D’ по 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/м |
|
|
||
МН, Н.м |
252,8 |
5515,9 |
|
|
1160 |
1671 |
--- |
|
|
λ Н = 1,95 .10-6 |
мин2/м |
|
|
||
МН, Н.м |
126 |
257 |
|
|
580 |
835 |
1031,9 |
|
|
λ Н = 0,25 .10-6 |
мин2/м |
|
|
||
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 10− 6 |
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 А’C’D’ по 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”).