Гидромуфта, гидротрансформатор, вариатор. Назначение, принцип действия

Назначение гидромуфт

Гидромуфты помогают существенно снизить нагрузки на двигатель и редуктор при пусках, внезапных остановках; обеспечивают плавный пуск двигателя. Благодаря отсутствию жесткого механического контакта, передача мощности от двигателя проходит с минимальным механическим износом элементов силового привода.

Достоинства гидромуфты плавный пуск электродвигателя и приводных механизмов гашение пиковых нагрузок и скачков крутящего момента защита электродвигателя и приводного механизма в случае резкой остановки привода улучшение пусковых и статических характеристик снижение вращательных колебаний привода при работе

Принцип действия

Насаженное на вал двигателя подобно ведущему диску сцепления насосное колесо вращается внутри герметичного картера гидромуфты, приводя направляющими лопатками в движение заполняющее гидромуфту масло. Вязкое масло попадает на турбинные лопатки ведомого колеса, передавая им кинетическую энергию насосного колеса, в результате чего ведомое колесо приходит во вращение. При увеличении оборотов двигателя движение масла внутри гидромуфты усложняется. Оно складывается из переносного и относительного движений. При этом переносное движение масла возникает при воздействии вращающихся лопаток насосного колеса. А относительное движение возникает под действием центробежных сил — масло перемещается от центра насосного колеса к его периферии. Таким образом суммарная скорость движения масла, отбрасываемого лопатками насосного колеса на турбинные лопатки ведомого колеса определяется векторной суммой скоростей переносного и относительного движения. На практике это означает, что при повышении частоты вращения ведущего колеса гидромуфты повышаются обе составляющие суммарной скорости движения масла, но при этом возрастающая скорость относительного движения снижает КПД гидромуфты, поскольку часть кинетической энергии лопаток насосного колеса расходуется на центробежное перемещение масла.

Конструкционные особенности

Устройство гидромуфты зависит от схемы насоса. Обычно она состоит из следующих элементов:

• сама турбомуфта;
• передача (чаще всего используется рычажно-кулачковая);
• исполнительный механизм.

Турбомуфта выпускается в литом корпусе из чугуна, который оснащается крышкой. Внутри него устанавливается черпательный механизм и подшипники. Непосредственно к корпусу подключаются маслопровод, датчик сопротивления и золотник. Обязательно предусматривается перфорированный экран, помогающий защитить ротор от брызг. Для установки корпуса есть 4 опорные лапы. Их используют для крепления устройства к фундаментной плите.

Крышка гидромуфты крепится к основанию корпуса с помощью шпилек. Для уплотнения стыков используются паронитовые прокладки. Ремонт плавких предохранителей ротора может быть выполнен через люк, оснащенный съемной крышкой. Это позволяет выполнять такие работы без демонтажа и разбора корпуса оборудования.

Вал электродвигателя соединяется с гидромуфтой через зубчатую передачу. Насосный полуротор, как и турбинное колесо для максимальной прочности должны быть выполнены из стальных поковок. К ним привариваются радиальные лопасти. 

Турбинный ротор комплектуется подшипниками качения. Один и них роликовый, а второй упорный. Это помогает компенсировать осевые усилия и нагрузки, возникающие при запуске оборудования и в переменных режимах работы. 

Как устроена гидромуфта можно наглядно увидеть на прилагаемой схеме. 

Гидромуфты подразделяются на регулируемые и замкнутые

Регулируемые гидромуфты предназначены, как правило, для относительно неглубокого (до 30-40%) регулирования частоты вращения ведомого вала привода. Наиболее экономичным такое регулирование является лишь для машин, у которых мощность нагрузки в процессе работы изменяется пропорционально кубу частоты вращения турбины, т.е. N₂=(i³) Nн (Nн- номинальная мощность при полной скорости и n₁=const.). К таким машинам относятся мощные (до15тыс.квт) центробежные насосы, турбогенераторы, вентиляторы. Менее экономичным регулирование с помощью гидромуфт является в случае, когда мощность изменяется пропорционально квадрату частоты вращения ,т.е. N₂=(i²) Nн. Максимальные потери мощности Nпот. в первом случае составляют Nпот.= 0,148 Nн при i=0,666, а во втором случае 0,25 Nн- при i=0,5. Для многих лопастных машин регулирование гидромуфтой имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами регулирования скорости.

Профилактика и техническое обслуживание

Достаточно долгое время обеспечивает правильную и бесперебойную работу привод гидромуфты. КамАЗ в целом обладает хорошим запасом надёжности. И для того чтобы это продолжалось как можно дольше, нет нужды в специальном обслуживании. Профилактика неисправностей заключается в общем регулярном осмотре, плановом техническом обслуживании с качественной заменой масел и других технических жидкостей.

Также при эксплуатации и обслуживании гидромуфты всегда следует уделять внимание её слабым местам – выключателю. Своевременная замена неисправного выключателя сможет сильно облегчить эксплуатацию узла в целом.

Достоинства и недостатки гидромуфты

В настоящее время гидравлические муфты устанавливаются на автомобили с полуавтоматическими коробками передач (грузовые автомобили, автобусы, реже легковые автомобили), на тракторы, в турбины самолетов и используются в металлообрабатывающих станках. К преимуществам гидравлической муфты можно отнести простоту конструкции, обеспечивающую плавное изменение крутящего момента, передаваемого от двигателя на механизмы трансмиссии, и снижение ударных нагрузок на зубчатые пары трансмиссий. Недостатком гидравлической муфты является меньший КПД по сравнению с гидротрансформатором из-за больших потерь на высоких частотах вращения коленчатого вала. По этой причине гидравлические муфты практически не устанавливаются на современные легковые автомобили.

Устройство и принцип работы гидромуфты

Два вращающихся колеса с лопастями расположены соосно внутри гидродинамического шарнира, очень близко друг к другу. Один соединен с приводным валом (насосный), а второй — с ведомым валом (турбина). Все пространство вокруг них в гидромуфте заполнено рабочей жидкостью (маслом).

Принцип работы гидравлической муфты очень прост. Его приводной вал приводится во вращение двигателем. Вместе с валом масло циркулирует в корпусе гидравлической муфты. Из-за своей вязкости он постепенно все больше и больше вовлекает ведомый вал в это вращение. Таким образом, крутящий момент двигателя, постепенно увеличиваясь через жидкость, передается на ведомый вал.

Ремонт переключателя гидромуфты КамАЗ

Выключатель гидромуфты – самое слабое место этого узла. Именно от него зависит стабильность работы вентилятора.

Неполадка обнаруживается по температуре двигателя: например, если температура не опускается ниже 105°С, то скорее всего переключатель срабатывает некорректно. Та же причина может быть при понижении температуры ниже нормы.

Работа переключателя обуславливается показателями термосилового датчика, который напрямую контактирует с антифризом, замеряя температуру и при необходимости включает/выключает систему. Именно этот элемент отвечает за подачу масла.

Устранение неполадки работы выключателя заключается в регулировании количества колец между термосиловым датчиком и регулятором. С такими работами справится любой опытный водитель, неисправность легко устранить своими руками. Чаще всего необходимо изменение пороговой температуры при недостаточном охлаждении. Для того, чтобы мощность вентилятора возросла и охлаждение было интенсивным, количество колец необходимо уменьшить. Иногда проблема заключается в слишком сильном понижении температуры, тогда кольца необходимо добавить. В открытом доступе есть много видео, на которых подробно показан процесс регулировки выключателя гидромуфты КамАЗ.

Принцип работы

Гидромуфта обеспечивает плавные переходы с одной передачи на другую, сдерживая вращательное колебание, позволяет начать плавный старт автомобиля и быстрый плавный разгон.

Главные комплектующие гидромуфты — два лопастных колеса, которые расположены на одной оси. Первая лопасть соединяется гибкой связкой с ведущим валом авто. Вторая лопасть имеет сцепление с ведомым валом. Внутренняя часть гидромуфты заполнена маслом.

Ведущий вал муфты получает вращение от двигателя машины. Под действием вращательных движений рабочей жидкости происходит передача усилий на лопасти ведомого вала, который начинает плавно вращаться, перебирая на себя ускорение от ведущего вала. Связующим звеном между валами является рабочая жидкость.

Гидротрансформатор как более модернизированная система имеет дополнительную силовую деталь – статор, третье колесо с лопастями определенной формы. Устанавливается на ведущий (насосный) вал, образуя с колесом единый узел.

Гидротрансформатор увеличивает крутящий момент передачи от двигателя на АКПП в несколько раз, в то время как муфта передает количество колебаний от ведущего вала с потерями на 2-5%.

Главные комплектующие гидромуфты:

• колесо (лопасть насосная) присоединяется к коленвалу;
• турбинное колесо, присоединяется на вал трансмиссии;
• пробка заливная;
• торцевое уплотнение;
• ребра воздушного охлаждения;
• коленвал двигателя;
• ведомый вал.

История

Своим рождением гидротрансформатор и гидромуфта обязаны развитию судостроения в конце XIX века. С появлением на кораблях морского флота паровых машин возникла острая необходимость в новом дополнительном механизме, который позволял бы плавно передавать крутящий момент от паровых двигателей к большим и тяжелым гребным винтам, погруженным в воду. Такими устройствами стали гидромуфта и гидротрансформатор, которые запатентовал в 1905 году немецкий инженер и изобретатель Герман Феттингер. Позже эти механизмы адаптировали для установки на лондонские автобусы, а затем на автомобили и первые дизельные локомотивы для более плавного начала движения.

Признаки неисправности гидромуфты

Наиболее распространенными признаками износа гидромуфты являются:

• Незначительная пробуксовка сцепления в момент начала движения авто. Машина на протяжении пары секунд не реагирует на педаль акселератора и разгоняется очень слабо, но затем начинает двигаться в штатном режиме.
• При езде в городском режиме ощущаются вибрации. Как правило, случается это на скорости около 60-ти км/час.
• Во время движения авто при нагрузке (резкий подъем, транспортировка груза и пр.) чувствуется вибрация.
• ТС, оснащенные автоматической коробкой передач, двигаются рывками, что особо ярко ощущается, когда осуществляется торможение двигателем.

В некоторых случаях поломку детали можно определить на слух. Так, во время переключения передач появляется шум, который исчезает одновременно с увеличением оборотов двигателя. Иногда при езде на скорости около 60-ти км/час появляется вой, который сопровождается вибрацией. 

При обнаружении хотя бы одного из перечисленных выше признаков необходимо посетить СТО и выполнить диагностику, а в случае необходимости — провести ремонт гидромуфты, чтобы исключить риск появления в будущем более серьезных проблем.

Три режима функционирования гидромуфты

Гидромуфта Westcar Rotofluid K

Гидромуфта Westcar Rotofluid K При пуске двигателя Рабочая жидкость гидромуфты начинает приводиться в движение насосным колесом. Циркуляция жидкости приводит в движение турбинное колесо гидромуфты.

Гидромуфта Westcar Rotofluid K В рабочем режиме Номинальный рабочий режим (номинальное скольжение) гидромуфты создается заданной разницей скоростей вращения насосного и турбинного колес гидромуфты. В этом режима муфта просто передает крутящий момент от двигателя к рабочему органу.

Замена гидромуфты Своевременная замена отслужившей свой срок гидромуфты позволит избежать долгосрочного простоя оборудования. Читать подробнее

Гидромуфта – области применения Защита при пусках двигателя и редуктора от чрезмерных нагрузок, обеспечение плавного пуска и другие достоинства гидромуфт делают их очень востребованными в различных видах промышленного оборудования. Читать подробнее

Теги