книги из ГПНТБ / Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие

Гидравлическая мощность, подведенная к моторам, преобра­ зуется в первоначальную форму — механическую. Из уравнения баланса мощностей для одного мотора имеем:

Так как фактическое количество жидкости, перерабатываемой

моторами (их фактическая производительность) QMф: А.^м 2ят]о.м

то после подстановки в выражение (VII.20) вместо QMфего значе­ ния, получим формулу для определения момента, развиваемого одним гидромотором

Используя выражения (VII. 19) и (VII.21), находим коэффициент трансформации ГОТ

Это выражение показывает, на какие параметры следует воздействовать, чтобы изменять /гт в нужном направлении. Сравни­ вая А и ін. м нетрудно установить, что для ГОТ коэффициент трансформации и передаточное число отличаются только формами

к.п. д. и их положением в дроби.

Определим общий к. п. д. ГОТ, равный отношению суммар­

ной полезно-использованной мощности всех гидромоторов к под­ веденной мощности насоса,

Для выполненных конструкций гидроагрегатов объемный к. п. д. Л о . н ~ Л о . м = 0,94+0,98, а внутренний к. п. д. Л в .п ^ Лв. м = = 0,92-4-0,96.

190

Характеристики и способы регулирования ГОТ

Гидрообъемные трансформаторы не относятся как ГДТ к числу автоматических и требуют для своего регулирования специаль­ ной автоматизированной системы, реагирующей как на изменение внешней нагрузки, так и на положение педали подачи топлива (нагрузку двигателя). Наиболее удобным способом регулирования

таком способе регулирования достаточно иметь только одну-две (по числу насосов) автоматизированных системы, воздействую­

от схемы в 4 и более раз), а сами моторы размещены на шасси машины рассредоточенно. Следовательно, регулирование ГОТ по А мтребует нескольких (по числу моторов) синхронно работаю­ щих параллельных автоматизированных систем. В связи с изло­ женным отрабатываемые ГОТ для промышленного применения на автотранспорте регулируются исключительно по первому способу.

Если считать при этом, что ГОТ непрозрачен и мощность,

биля (V — сом) будет прямо пропорциональна производительности

насоса (юн= сонг|0 tPIo. 11 обратно пропорциональна числу і

работающих моторов. Таким образом, изменением Ан и і осуще­ ствляется регулирование скорости движения автомобиля.

Момент на выходном вале гидромоторов (ведущих колес) согласно выражению (VII.21) прямо пропорционален перепаду

регулирования (для одного мотора), а на рис. VII. 12, б— каноническая характеристика ГДТ. Из рис. VII. 12 следует, что, во-пер­ вых, ГОТ с регулированием по Ан обеспечивает гиперболическую характеристику (в отличие от ГДТ), что соответствует требова­ ниям идеальной тяговой характеристики, и, во-вторых, создает благоприятные условия для плавного трогания и разгона авто­ мобилям.

191

Важным вопросом регулирования ГОТ является его реверсіи рование, т. е. образование заднего хода, автомобиля. Реверси­ рование ГОТ может быть осуществлено по одному из трех воз­ можных способов:

обращением вращения вала насоса, для чего между ДВС и насосом должен устанавливаться специальный реверс-редуктор; этот способ наиболее простой и доступный;

и моторами специальной распределительной коробки, которая бы допускала переключение направления потока жидкости к мото­ рам; этот способ реверсирования сложнее первого (для много­ приводных машин), но вполне осуществим;

применением насосов с двухсторонним регулированием Лн, при котором параметр регулирования £ мог бы изменяться в пре­ делах от 0 до +£ (£тах = +1,0) н от 0 до —£ (£т1п = — 1,0). Последний способ реверсирования в принципе доступен для большинства типов гидронасосов, но не в одинаковой мере для

для гидронасосов с параметром регулирования по углу (аксиальнопоршневые машины) он легко осуществим и уже нашел прак­ тическое применение.

192

Конструкция ГОТ

В практике машиностроения нашли применение гидроагре­ гаты различных типов: шестеренчатые, винтовые, шиберные (ло­ пастные) и поршневые. По всем показателям наиболее приемле­ мыми для ГОТ являются поршневые гидроагрегаты. Другие типы гидроагрегатов используются в ГОП в качестве вспомога­ тельных (в системе подпитки, охлаждения и пр.).

Поршневые гидроагрегаты развивают высокое рабочее давление в напорных магистралях р = 30—50 МПа (300—500 кгс/см'2), обладают достаточной быстроходностью (до 2000—4000 об/мин), хорошо поддаются регулированию, весьма, энергоемки , (до 150— 300 кВт) и обратимы, т. е. могут работать как в режиме насоса, так и в режиме мотора.

Следует иметь в виду, что повышением рабочего давления конструкторы добиваются значительного снижения веса гидро­ агрегатов и силовой передачи в целом. Вместе с этим, однако, возрастают требования в отношении точности изготовления гидро­ машин и снижается моторесурс их работы. По данным техниче­ ской литературы [VII. 1] гарантийный моторесурс гидроагрега­ тов доведен до 5000—10 000 ч их непрерывной работы.

Гидроагрегаты поршневого типа делятся на две группы: радиальные и аксиальные. Те и другие в зависимости от типа распределительного устройства (золотниковой системы) разли­ чаются на гидромашины с цапфенным распределением и на гидро­ машины с торцевым распределением. Клапанное распределение пз-за сложности пока не применяется, хотя оно и обеспечивает

Радиально-поршневые машины выпускаются с цилиндрической, цилиндро-конической и профильной направляющими.^ Под на­ правляющей понимается рабочая поверхность радиально-поршне­ вой машины, с которой взаимодействуют поршни и по которой они скользят. Выбором типа направляющей можно получить тот или иной положительный эффект. Например, при цилиндроконической направляющей поршни совершают не только, воз­ вратно-поступательное радиальное перемещение, но и совершают вращательное движение вокруг своих осей, что способствует повышению герметичности и уменьшению потерь на трение. Профильные направляющие позволяют получать гидроагрегаты многократного действия (высокомоментные гидромашины).

Пример конструкции регулируемой радиально-поршневой ма­ шины (насоса) с цилиндроконической направляющей и цапфен­

в два ряда размещены поршни 6. Ротор и ведущий вал установ­ лены в подшипниках качения. Поршни взаимодействуют с цилин­ дро-коническими направляющими 5 (угол конуса 10—12°). На

194

Рис. VII. 13. Конструкция радиально-поршневого регулируемого насоса

цапфе 11 размещен распределитель 7, соединенный трубопрово­ дами с напорной и сливной магистралями. Направляющие 5 запрессованы в обойму 8 и поджаты фланцем 3. Обойма может под действием сил трения, возникающими между поршнями и

предусмотрено перемещение блока 12 в пределах 15—17 мм по отношению к ротору 4 (перпендикулярно плоскости чертежа). Этим осуществляется изменение геометрического объема гидро­ насоса (А н и £). От ведущего вала 1 приводится в действие под­ питочный насос 13.

Принцип поршневого гидроагрегата (например, в режиме насоса) заключается в следующем. При вращении вала 1 часть поршней 6 вследствие наличия между ротором4 и направляющими5 эксцентриситета перемещается в направлении к центру, создавая напор жидкости, в то время как другая часть перемещается от центра, засасывая в поршневое пространство очередной объем жидкости. Прижатие поршней к направляющим осуществляется или только центробежными силами или также еще и с помощью прижимных пружин.

Важным положительным свойством радиально-поршневых гид­ роагрегатов является возможность достижения малых осевых габаритов, позволяющих производить установку гидромоторов непосредственно в ведущих колесах автомобилей. Получение необходимого момента на колесах в этом случае осуществляется применением специальных высокомоментных моторов (ВММ), могущих работать в широких пределах оборотов (7—400 об/мин) и не требующих механического редуцирования. На рис. VII. 14 показан один из вариантов ВММ девятикратного действия (за один оборот ротора в каждом цилиндре совершается девять ра­ бочих циклов). Статор 2 закреплен жестко на раме автомобиля. В статоре выполнена профильная направляющая, состоящая из девяти сегментных ячеек. По направляющей перекатываются парные ролики 3, которые посажены на осях ползунов 4. Ползуны взаимодействуют с поршнями 5, которых в роторе 1 установлено в каждом ряду по два (а всего 34). Подвод и отвод жидкости к гид­ ромотору производится через цапфенный распределитель 6.

Гидроагрегаты с профильными направляющими в отличие от гидроагрегатов с цилиндрическими направляющими не могут регулироваться за счет изменения геометрического объема. По­ этому в таких гидроагрегатах возможно лишь частичное регулиро­ вание, осуществляемое выключением из работы части рабочих цилиндров. Это производится принудительным поворотом распре­ делителя 6, который может занимать несколько (шесть) фикси­ рованных положений.

Для любого из положен» ротора примерной половина поршней находится под напором и создает момент (вращение ведущих колес), а другая часть — соединена с магистралью вытеснения жидкости (слива).

Основным недостатком радиально-поршневых гидроагрегатов является их меньшая быстроходность, чем аксиально-поршневых из-за большого момента инерции ротора.

Аксиально-поршневые гидроагрегаты по кинематическим свой­ ствам бывают с вращающимся и невращающимся блоком цилин-

Рнс. VII. 14. Элементы конструкции радиально-поршневого высокомоментного гидромотора с профильной направляющей статора

дров, а по конструкции — с наклонным блоком цилиндров, с на­ клонной шайбой или наклонным диском.

На рис. VII. 15 показана типичная конструкция аксиально­ поршневого нерегулируемого мотора с вращающимся блоком цилиндров и наклонным диском. В корпусе (статоре) 1 установ­ лен составной блок цилиндров 2, который может вращаться

вподшипниках 3 и в расточке корпуса. Между блоком цилиндров

иприставкой 7 корпуса закреплен торцовый распределитель 8.

Врасточках цилиндров блока размещены поршни 6, головки кото­ рых завальцованы в наклонном подвижном диске 5 (угол наклона диска у = до 25°)..

Блок цилиндров через шлицы жестко связан с валом 9 привода колес автомобиля. Постоянное, поджатие блока цилиндров к рас­ пределителю и. наклонного диска к опоре осуществляется разжим­ ной пружиной 4. Подвод и отвод жидкости производится через каналы А и В.

196

и воздействовать на наклонный дискНа этом диске возникают окружные составляющие давления, которые и заставят его вра­ щаться. Вращающийся диск поведет за собой поршни, а через них и сам блок цилиндров, а следовательно и ведущие колеса автомобиля. Поршни, лежащие перед плоскостью чертежа, будут вытеснять жидкость в сливную магистраль.

В выполненных конструкциях применяются следующие типо­ вые материалы: для поршней, распределительных цапф и распре­

делительных дисков стали марок 20Х и 40Х с твердостью после термообработки поверхностей трения HRC 56—62; для направ­

л ок — антифрикционные бронзы Бр.ОСНІО-2-3, Бр.ОФІО-1 или Бр.СЧЖ7-2.

При изготовлении гидроагрегатов выдерживаются жесткие нормы на точность изготовления и чистоту обработки поверх­ ностей: овальность и конусность распределительных цапф, цилин­ дров и поршней не должны превышать 5 мкм, чистота обработки направляющих и зеркала цилиндров — ѵ 9 — V 10.

Для обеспечения нормальной работы гндрообъемных передач применяются жидкости, удовлетворяющие требованиям, предъ­ являемым к ним как к рабочему телу, так и как к смазочному мате­ риалу. Таким требованиям отвечают углеводородные полимеры

107

минеральных масел и некоторые кремнийорганические н фторо­ углеродные полимеры. Из числа полимеров минеральных масел наиболее универсальными и подходящими для ГОТ являются авиационные жидкости АМГ-10 и АГМ,. имеющие весьма стабиль­ ную вязкость в широком диапазоне температур (от -f-50 до ■—60° С), хорошие смазывающие и антикоррозионные свойства и отличаю­ щиеся низкой растворимостью воздуха. Указанные масла содер­ жат специальные присадки, повышающие их свойства и работо­ способность. Для среднеклиматических условий возможно при­ менение менее дефицитных минеральных масел типа АУ, а также индустриальных масел 20 и 45. .

Кремниево-полимерные жидкости (ЖРМ-1 и др.) по своим свойствам не уступают минеральным жидкостям, однако по сравнению с последними они более агрессивны по отношению к уплотнительным устройствам, шлангам и прочей резиновой арматуре.

Подбор гидроагрегатов ГОТ

Конкретное содержание расчета зависит оттипа гидроагрегата, режима его работң и особенностей его конструкции, однако общий подход при этом будет примерно одинаков для всех разновид­ ностей гидромашин. Рассмотрим, для примера, радиально-порш­ невой гидроагрегат с цилиндрической направляющей (рис. VII. 16). Центр Ог ротора Р по отношению к центру статора О сдвинут на величину эксцентриситета е. Величина его может принудительно средствами автоматики или вручную меняться (для насосов) или оставаться постоянной (для моторов). На приведенном ри­ сунке в крупном масштабе показан лишь один силовой элемент гидромашины для положения, когда эксцентриситет максимален (е = етах). Пусть гидроагрегат работает в режиме мотора. Тогда направление вращения ротора будет против часовой стрелки. Полезный момент сопротивления М с на валу ротора преодоле­ вается моментом Л4М, возникающим на роторе от поршней, нахо­ дящимся в данный момент времени под напором жидкости.

На поршень со стороны статора действуют две силы: нормаль­ ная сила N (составляющие Т и R) и касательная сила трения F — = \kN (составляющие FT и FR).

Из уравнения моментов сил относительно центра ротора * (точка Ох) получим выражение для М ы0 одного цилиндра (поло­ жение его относительно исходного положения Н — И опреде­ ляется углом а)

198

где (.i — коэффициент трения в контактной паре поршень—направ­ ляющая; ß — текущий угол направления силы УѴ; х, у — плечи приложения сил относительно оси вращения Ох ротора, то после подстановки в выражение (VII.24) и некоторых преобразований

Рис. VII. 16. Расчетная схема радиально-поршневого гидроагрегата (режим мотора)

получим:

Нетрудно показать, что, в свою очередь,

x = pcosß -j- (r — p)(cos ß — JZZT^ cosa) I

У — Psin ß,

где r — радиус цилиндрической направляющей статора; р — радиус сферы поршня (ролика поршня); а — текущее значение угла поворота ротора, отсчитываемое от нейтрального положе­ ния НН.

199