Гидравлика и гидропривод

печивается плавкой одноразовой пробкой 4 с температурой сра­ батывания около 120°С. При расплавлении пробки жидкость из гидромуфты выбрасывается. В некоторых конструкциях пробка 5 также имеет плавкую вставку (вторая ступень защи­

муфту было невозможно полностью заполнить жидкостью. При нормальной работе гидромуфты дополнительная по­

лость 1 в колесе насоса практически не заполнена жидкостью. С приближением значения нагрузки к максимально допустимо­ му жидкость из турбинного колеса начинает поступать в допол­ нительную камеру (см. рис. 14.8, в). Во избежание провалов на

8, который в совокупности с подрезанными лопатками насос­ ного колеса не позволяет при перегрузках переформироваться потоку в рабочей полости в тор. В некоторых конструкциях на пороге установлены отбойные лопатки. В этом случае жид­ кость, вытекающая из турбинного колеса, взаимодействует с лопатками крыльчатки, в результате чего создается встречный поток, уменьшающий интенсивность опоражнивания рабочей полости. Кроме того, под действием этого потока увеличивается радиус входа жидкости в насосное колесо. Одновременное сни­ жение Q и (Я2си2—RiCui) [см. уравнение (14.5)] приводит к значительному уменьшению момента, передаваемого гидромуф­ той. Опоражнивание дополнительной камеры 1 через отверстия 2 происходит под действием центробежных сил.

Рассмотренная гидромуфта обеспечивает также плавное на­ растание момента при пуске двигателя за счет пуска гидромуф­ ты со значительно опорожненной рабочей полостью с последу­ ющим медленным ее заполнением из камеры 1. Пуск привода совершается в два этапа: на первом — происходит быстрый разгон двигателя и насосного колеса, что обусловлено запол­

[12], применяемым в приводах шахтных скребковых конвейе­ ров.

14.6.Совместная работа гидромуфты

сприводным двигателем

Рассмотрим совместную работу гидромуфты с асинхронным двигателем. Пусть насосное колесо непосредственно связано с валом электродвигателя (МЭ=МИ, п,=пп), а турбинное — с

режим гидромуфты и двигателя. Для этого приведем моментную характеристику двигателя M3 = f(n) к ведомому валу, гид­ ромуфты в соответствии с законом изменения момента, переда­ ваемого гидромуфтой, при изменении частоты вращения веду­ щего вала [см. уравнение (14.23)]:

M = % Mpn„2D s .

Задаваясь конкретным значением передаточного отношения, по единому графику для подобных гидромуфт (см. рис. 14.6, б) найдем соответствующее значение величины Км и вы­ числим для принятого i постоянную величину Ь = Хмр05. Тогда

Таким образом, момент, передаваемый гидромуфтой, зави­ сит только от частоты вращения ведущего вала и передаточ­ ного отношения.

По этому же закону передаваемый момент изменяется при переходных процессах в приводе (nH=var). При установившем­

(14.28) при разных значениях i (рис. 14.11). Точки пересечения этих кривых 1—4 с характеристикой Мэ= /(я ) определяют зна­

чеНия моментов, передаваемых гидромуфтой в установившемся режиме при соответствующих значениях /, точки 1'—4' ■получе­ ны пересчетом по уравнениям (14.24) и (14.25), и по ним по­ строена приведенная характеристика двигателя Мт=/(п).

Полученная приведенная характеристика менее жесткая, чем характеристика на рабочем участке электродвигателя, так как с увеличением момента на ведомом валу частота вращения

разгон системы, жестко связанной с турбинным колесом, осу­ ществляется при моменте, близком к Матах, большем пускового

—f (п) или левее ее, нельзя, так как при этом возможно превы­ шение момента сопротивления при пуске М„.„ над моментом, передаваемым гидромуфтой при /'=0 (точка 5). В результате, двигатель не способен развернуть турбинное колесо, хотя он будет потреблять значительный пусковой ток, и может выйти из строя. Подобный случай может произойти и в процессе ра­

боты При М м > М э т а х .

Рабочий режим гидромуфты определяется точкой пересече­ ния характеристик Mr=f(n) и Мм=/(п) (см. рис. 14.11, точка с], а электродвигателя (точка в) — пересчетом по уравнениям (14.24) и (14.25).

Рабочий режим гидромуфты характеризуется большим скольжением (значительная разность пн—пТ), для приближе­ ния которого к номинальному (SHOM=3-T-5%) необходимо осу­ ществлять пуск муфты при частично опорожненной рабочей полости с последующим ее заполнением после разгона системы. Например, в данном случае после разгона системы необходимо

точкой dt Однако, если гидромуфта не самоопоражнивающаяся, то после заполнения рабочей полости она теряет свои за­

щитные свойства.

Рассмотренная совместная работа двигателя и гидромуфты является упрощенной, так как при неполностью заполненной рабочей полости зависимость Ям=/(0 может быть немонотон­ ной или, даже, содержать разрывы, что приводит на практике к соответствующему течению приведенной характеристики Mi=

=f(n), а при пересчете — затрудняет определение значения пе­ редаваемого момента [см. уравнение (14.23)].

Для гидромуфт с внутренним самоопоражниванием заполне­ ние рабочей полости в процессе пуска изменяется, поэтому на­ растание передаваемого ими момента происходит не по квадра­ тичной параболе (14.28) с постоянной 6 = idem, а вследствие изменения заполнения рабочей полости переходит с одной па­ раболы на другую, соответствующую большему заполнению (значение b увеличивается).

14.7. Выбор гидромуфт

Расчет конструктивных размеров гидромуфты представляет значительные трудности [2], поэтому ее проектируют лишь тогда, когда нужен совершенно новый образец, принципиально отличающийся от уже известных. В остальных случаях при расчете гидромуфты пользуются методом подобия (см. 14.2.4), при этом необходимо знать геометрические размеры и приве­

нальную мощность приводного двигателя, его частоту враще­ ния, требуемое значение КПД или .скольжение гидромуфты, ее назначение (предохранительная, пуско-предохранительная и т. д.) и условия работы (сочленение с валами двигателя и ма­ шины, пожароопасность окружающей среды и т. д.).

Основываясь на техническом задании, выбирают рабочую жидкость определенной плотности и вязкости, типовую конст­ рукцию гидромуфты и приведенную характеристику для вы­ бранной серии. Далее по приведенной характеристике для за­

[2]. Значения активного диаметра для всех гидромуфт регла­ ментированы ГОСТ 17172—71. Кроме этого, основные размеры регулируемых гидромуфт выбирают по ГОСТ 14151—69.

После выбора основных размеров регулируемых и пуско­ предохранительных гидромуфт рекомендуется определить для

и допуская, что коэффициент \ м при i= 0 прямо пропорциона­ лен объему заполнения рабочей полости, определяют макси­ мально допустимую степень заполнения муфты в момент пуска.

В некоторых случаях необходим расчет гидромуфты по на­ греву. Потери мощности в гидромуфте Д/У=/Ун(1—т]), а темпе­

теплоотдачи [для гидромуфт, имеющих окружную скорость около 30 м/с, k = 58 Вт/ (м2 - К) ]; F — площадь поверхности охлаждения.

При нормальной нагрузке ^80ч-90°С. При />90°С необ­ ходимо применять специальные средства охлаждения. В част­ ности, для регулируемых гидромуфт с переменным заполнением следует определить расход рабочей жидкости, циркулирующей через охладитель, и степень ее охлаждения [2].

рактеристика M =f(i) строится по формуле (14.23), а принцип построения остальных характеристик подробно описан в 14.3.2.

*иом=5%. Для серийных гидромуфт этому значению сооответствует коэф­

фициент мощности A.v= 0,37. По формуле (14.22)

Расчетному диаметру наиболее соответствует серийно выпускаемая гид­ ромуфта ГПЭ400 с активным диаметром 400 мм и номинальной передавае­ мой мощностью 55 кВт при КПД 97% [12].

Температура гидромуфты, длительно работающей при температуре окру­ жающей среды /0=25°С (ориентировочная поверхность охлаждения 0,66 м2), согласно уравнению (14.29)

55-0,03-10я

Расчетная температура меньше допустимой /=90°С, поэтрму нет необ­ ходимости в дополнительных средствах охлаждения.

1. Укажите назначение и перечислите преимущества и недостатки гид­ родинамических передач.

2. Что общего между гидромуфтами и гидротрансформаторами и в чем их различие?

3.Вычертите треугольники скоростей для центробежного насоса и цент­ ростремительной турбины.

4.Выведите уравнения моментов и напора.

5.Как при подобных режимах изменяются подача, напор, момент и

мощность лопастной гидромашины при изменении частоты вращения рабо­ чего колеса?

6.Какой момент гидромуфты считается номинальным?

7.Начертите и проанализируйте механические характеристики гидро­ муфты: внешнюю, универсальную и приведенную.

8. Перечислите и сравните способы регулирования гидромуфт.

9. Каковы причины разрывов на искусственных механических характе­

ристиках? Какие способы применяются для их сглаживания?

10.Как происходит самоопоражнивание и последующее заполнение ра­ бочей полости в предохранительных гидромуфтах?

11.Как осуществляется тепловая защита гидромуфт с внутренним самоопоражниванием?

12. Покажите на графике совместной работы асинхронного двигателя и гидромуфты как изменяются скорости вращения ведомого и ведущего ва­

посредством пневматической энергии. Обычно в пневмоприво­

вместо гидродвигателя и насоса используется пневмодвигатель и компрессор.

На шахтах и рудниках применяется, главным образом, компрессорный пневмопривод, в составе которого: компрессо­ ры, пневмодвигатели, пневмоаппараты, кондиционеры, пневмо­ емкости и пневмолинии. В компрессоре механическая энергия приводного двигателя преобразуется в пневматическую, а в

турбинные машины. Характерная особенность пневматических машин по сравнению с гидравлическими— значительное изме­ нение в них в процессе работы плотности газа, а следователь­ но, и его температуры. В компрессорах происходит повышение температуры, что требует применения холодильников, а в пнев­ модвигателях — понижение температуры, что может привести к их обмерзанию. Кроме того, резкое расширение сжатого газа при выхлопе из пневмодвигателя вызывает шум, что требует иногда применения специальных глушителей. При большом числе пневмодвигателей и значительных расходах (сотни ку­ бических метров в минуту и более) используются стационар­ ные компрессоры с большой подачей (того же порядка, что и расход), которые устанавливают на поверхности шахты.

Рассмотрим схему шахтного пневмопривода (рис. 15.1). Засасываемый через фильтр / атмосферный воздух сжимается

в стационарном поршневом компрессоре 2 и далее: пройдя че­ рез концевой холодильник 3, воздухосборник 6 (ресивер), зад­ вижку 7, кольцевой трубопровод (коллектор) с задвижками 9, 10, 11 и 12, воздухосборник 13 в околоствольном дворе, зад­ вижки 14 и 15, участковый воздухосборник 16, задвижку 17, фильтр-влагоотделитель 18, маслораспылитель /Р, поступает в пневмодвигатель 20. Отработавший воздух выбрасывается в атмосферу через глушитель шума 21. Таким же путем сжатый воздух поступает и к остальным пневмодвигателям.

Важнейшим условием повышения надежности работы и долговечности пневмопривода является поддержание необходи­ мой чистоты и маслонасыщенности сжатого воздуха. Поэтому для защиты пневматического оборудования от попадания воды, продуктов разложения компрессорного масла, механических частиц, а также для обеспечения смазкой пневмодвигателей применяют комплекс кондиционеров и смазочных устройств.

В концевом холодильнике 3 происходят охлаждение возду­ ха и частичная конденсация водяных паров, содержащихся в нем. Оставшиеся капли сконденсированной воды и компрессор­ ного масла, унесенные воздухом, улавливаются в воздухосбор­ нике 6. Таким образом, указанные на схеме воздухосборники 6, 13 и 16 выполняют одновременно функции пневмоаккумуля­ торов (благодаря чему поддерживается нужное давление сжа­ того воздуха в пневмодвигателях) и масловлагоотделителей.

Водухосборники оборудуются манометрами 4, предохрани­ тельными клапанами 5, кранами 8 для выпуска конденсата и специальными люками для удаления твердых осадков. Реко­ мендуется устанавливать воздухосборники как можно ближе к пневмодвигателям, так как при движении воздуха по трубо­ проводам происходит дальнейшая конденсация влаги и засоре­ ние воздуха продуктами коррозии и износа металла. Иногда перед пневмодвигателями большой мощности устанавливают специальные фильтры, в частности, фильтр-влагоотделитель.

Для обеспечения смазкой трущихся поверхностей применя­ ют смазочные устройства различных конструкций, в которых масло, попадая в поток сжатого воздуха, распыляется, посту­ пает в двигатель и смазывает его.

Иногда пневмодвигатели оборудуются глушителями шума, которые подключаются к выхлопному отверстию пневмодвига­ теля. Отработавший воздух, проходя через систему камер, рез­ ко меняет свою скорость, и энергия звука значительно снижа­ ется. Некоторые конструкции глушителей шума улавливают большую долю распыленного в воздухе масла, что способству­ ет созданию более благоприятных санитарных условий около мест работы пневматических двигателей.

Для повышения надежности работы шахтного пневмоприво­ да предусматриваются резервные компрессоры и магистраль-

йые воздухопроводы (см. рис. 15.1). Так, на поверхности шахты и в стволе обычно имеются две ветви воздухопровода, одну из которых, в случае повреждения, можно отключить для ремон­ та, не останавливая работу участков шахты (например, отклю­ чить левую ветвь задвижками 9 к 11 или правую ветвь за­ движками 10 и 12).

Преимущества пневмопривода: пожаро- и взрывобезопасность пневмодвигателей, простота их конструкции и управле­ ния; надежная работа в пыльной и влажной средах, а также способность переносить длительные перегрузки; хорошая ком­ пенсация ударных нагрузок (благодаря сжимаемости и малой плотности воздуха); работа без отводных трубопроводов для отработавшего воздуха, который непосредственно выпускается в атмосферу. Недостатки пневмопривода: низкий КПД; труд­ ность обеспечения высокой точности и плавности движения вы­ ходного звена пневмодвигателя; значительная стоимость пнев­ матической энергии (дороже электрической примерно в пять раз); высокий уровень аэродинамического шума и необходи­ мость (в отличие от гидропривода) в специальных устройст­ вах для подачи смазки.

Несмотря на высокую стоимость энергии сжатого воздуха положительный эффект от применения пневмопривода нередко превосходит энергетические затраты, что способствует распро­ странению его в ряде отраслей промышленности. Особенно широко применяется пневмопривод на угольных шахтах с кру­ тым падением пластов, где по условиям безопасности пока что ограничено использование электропривода в забоях. В ряде случаев пневмопривод оказывается предпочтительным для ме­ ханизации и автоматизации производственных процессов [7]-

15.2. Удельная энергия и конечная температура воздуха пневмодвигателя

Удельная энергия е, потребляемая пневмодвигателем, равна разности полных удельных энергий воздуха (газа) во входном и выходном патрубках пневмодвигателя (см. рис. 15.1, сечения

Принято оценивать удельную энергию воздуха по теорети­ ческим процессам. При изотермическом и адиабатном процес­ сах расширения воздуха в пневмодвигателе уравнение (15.1) будет иметь вид соответственно:*