SU1120120A1 - Гидродинамическа муфта - Google Patents

Abstract

1. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МУФТА, содержаща  входной и выходной валы, заполненный рабочей жидкостью и жестко соединенный с входным валом корпус , турбинное колесо, жестко соединенное своей центральной осевой частью с выходным валом, насосное колесо, установленное относительно турбинного с зазором между рабочими . поверхност ми, средства осевого перемещени  и уплотнительные элементы, отличающа с  тем, что. с целью расширени  диапазона ее регулировани  и повьш1ени  быстродействи , она снабжена жестко соединенным с корпусом кожухом и впускным и выпускным предохранительными клапанами, по оси входного вала выполнены св занные с атмосферой воздухоподвод щие и воздухоотвод щие каналы и в них установлены упом нутые предохранительные клапаны, а насосное колесо установлено на выходном валу внутри кожуха с возможностью углового перемещени  и жестко св зано с входным валом и со средствами его осевого перемещени , причем последние св заны с насосным колесом с возможностью регулировани  упом нутого (Л рабочего зазора между насосным и турбинным колесами,, а уплотнительные элементы установлены на насосном колесе по его внешнему и внутреннему диаметрам. 2. Муфта ПОП.1, отличающа с  тем, что св зь воздухоподвод щих и воздухоотвод щих каналов с атмосферой выполнена через полость , образованную нерабочими поверхност ми насосного колеса и внутю ренними поверхност ми кожуха. о

Description

11 Изобретение относитс  к машинотроению , в частности к произ-, водетву гидродинамических передач, и может быть использовано при применении гидродинамических муфт (ГДМ) дл  привода различных машин и механизмов . Известны ГДМ., регулирование внеш них характеристик которых достигаетс при помощи изменени  заполнени  жидкостью рабочей полости иди может быт осуществлено за-счет изменени  осевого рассто ни  между торцами рабочих колес Л , Возможно применение регулируемых ГДМ с черпательными трубками, которые, однако, при относительном удобстве изменени  заполнени  рабочей полости имеют существенные недос татки. Один из них заключаетс  в том, что изменение заполнени  рабочей полости в них  вл етс  инерционным процессом. По этой причине такие ГДМ в приводе машин, когда требуетс  относительно быстрое (например, до 0,5-1 с) изменение частоты вращени  выходного вала ее или передаваемого момента, не могут быть применены . Кроме того, при работе черпа тельной трубкой требуютс  определенные , иногда значительные, затраты энергии.Из-за этого КПД гидромуфты и экономичность установки в целом снижаютс . Сим факт вли ни  осевого зазора, т.е. рассто ни  между торцами рабочих колес А, на внешние характеристики известен. Однако это относитс  только к регулируемым ГДМ с полным заполнением их рабочих полостей жидкостью. В таких муфтах при изменении параметра А одновременно измен етс  количество жидкости, нахо д щейс  в ГДМ и участвующей в процессе передачи энергии от насосного колеса к турбинному. Так, при увеличе:нии параметра А одновременно уве личиваетс  количество жидкости в рабочей полости-. Поэтому регулирование внешних характеристик ГЩ, представл ющих собой зависимость крут щего момента М от частоты вращени  выходного вала h , таким методом не дает должного эффекта. Дл  получени  зависимости (n2) в широком диапазоне требуютс  значительные измене ни  параметра А между рабочимиколе сами, поэтому такой принцип регулировани  характеристик практически 0 трудно реализовать, а при увеличении параметра А увеличиваютс  маховые массы ГДМ за счет увеличени  ее заполнени , что ведет к увеличению времени переходных процессов привода. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  гидромуфта, содержаща  насосное колесо и жестко соединенный с ним входной вал и корпус , в котором расположено- турбинное колесо, жестко посаженное на выходном валу. Изменение заполнени  рабочей полости в данной ГДМ происходит при помощи перемещени  вдоль оси ее вращени  перегородки, котора  установлена в корпусе. Уплотненна  по внешней и наружной поверхност м перегородка образует с турбинным колесом дополнительную полость переменного объема, ас насосным колесом герметично замкнутую внутреннюю полость. Дополнительна  и рабоча  полости соединены между собой при помощи .каналов, выполненных в турбинном колесе 2J . . Однако известна  конструкци  обладает малым быстродействием, так как скорость изменени  заполнени  рабочей полости зависит от секундного расхода --Q через указанные выше каналы в турбинном колесе. В свою очередь параметр Q  вл ет- . с  функцией площади проходного сечени  каналов F и перепада давлени  i Р между рабочей и дополнительной полост ми. Параметр F дл  конкретной ГДМ имеет вполне определенные конечные размеры, а и величина, переменна , зависима  от времени переходного процесса изменени  заполнени  рабочей полост.и. Следовательно ,, изменение заполнени  рабочей т олости  вл етс  процессом, завис щим от величины параметров F и up , т.е. в самом принципе действи  конструкции заложена инерционность регулировани  характеристик такой ГДМ. Недостаток известной конструкции состоит в том, что ее быстродействие при заполнении и опоражнивании раз:шчен и зависит от режима работы муфты, аименно от ее:-скольжени , так как динамический напор жидкости & Н на уровне каналов в турбинном колесе при опоражнивании рабочей полости действует в сторону увеличени  общей величины параметра и Р , а при заполнении - в сторону его уменьшени . С другой стороны, с увеличением скольжени  увеличиваетс  величина ЬН , вызывающа  увеличение общего значени  параметра ЬР. Кроме того, диапазон изменени  заполнени  рабочей полости  вл етс  ограниченным. Внутренние полости из .вестной конструкции представл ют собой герметически замкнутый объем, ТО да с изменением положени  перегород . ки указанный объем также измен етс , ,что приводит к изменению давлени  в нем. Например, при увеличении заполнени  Cj рабочей полости от 50 до 87,5-90% давление в ней воз растает от 1 до 10 кгс/см,Г Так как в данной ГДМ нет средств, ограничивающих давление внутри нее, то при этом встает проблема, обеспечивани  работоспособности уплотнительных элементов ГДМ и воспри ти  осевых усилий, действующих на подвижную перегородку. В свою очередь по вление значительных усилий на подвижной перегородке приводит к снижению быс родействи  ГДМ. Учитыва , что приме н емые в насто щее врем  дл  уплотнени  вращающихс  валов резиновые ap мированные манжеты (ГОСТ 8752-70) р комендуетс  эксплуатировать при дав лении уплотн емой среды до 1,5 кгс/ перемещать перегородку следует в малых пределах. Например, дл  того, чтобы давление внутри Г,ЦМ возросло до 1,5-2 кгс/см, объем внутренних ее полостей должен уменьшитьс  толь ко на 7-7,5%. Кроме того, в известную конструк цию введен дополнительный элемент в в де подвижной перегородки, который вы1рлн   лишь вспомогательную функцию , усложн ет конструкцию. Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона регулировани  внешних характеристик гидромуфты и повышени  ее быстродействи . Поставленна  цель достигаетс  тем, что ГДМ, содержаща  входной . и выходйой валы, заполненный рабочей жидкостью и жестко соединенный с входным валом корпус, турбинное колесо , жестко соединенное своей центральной осевой .частью -с выходньм валом , насосное колесо, установленное относительно турбинного с зазором между рабочими поверхност ми, средства осевого перемещени  и уплот- нительные элементы, снабжена жестко соединенным с корпусом кожухом и впускным и выпускным предохранительными клапанами, по оси входного вала выполнены св занные с атмосферой воздухоподвод щие и воздухоотвод щие каналы и в них установлены упом нутые предохранительные клапаны, а насосное колесо установлено на вькодиом валу внутри кожуха с возможностью углового перемещени  и жестко св зано с входным валом и со средствами его осевого перемеи(ени , причём последние св заны с насосным колесом с возможностью регулировани  упом нутого рабочего зазора, между насос|ным и турбинным колесами, а уплотнительные элементы установлены на насосном колесе по его внешнему и внутреннему диаметрам. Кроме того, св зь воздухоподвод щих и-воздухоотвод щих каналов с атмосферой выполнена через полость, образованную нерабочими поверхност ми насосного колеса и внутренними поверхност ми кожуха. Технический эффект изобретени  обеспечиваетс  тем, что конструктивно насосное колесо относительно тур .бинного выполнено подвижным вдоль оси бращени  ГДМ и уплотнено по наружной поверхности, подвижной в осевом направлении относительно кожуха и внутренней поверхности, подвижной в осевом направлении относительно вращающегос  вала турбинного колеса. При таком конструктивном исполнении насосное и турбинное колеса образуют рабочую полость измен емого регулируемого меридионального сечени  и объема. При изменении взаимного рассто ни  между рабочими колесами А одновременно происходит из менение относительного заполнени  рабочей полости ( . Причем эффективность предложенной конструкции заключаетс  в том, что оба параметра U и А вли ют на внешнюю характеристику ГДМ в одном направлении, усилива  действие друг друга. Следовательно , в предлагаемой конструкции воплощены в единое целое два совершенно разных способа регулировани  характеристик ГДМ: способом изменени  относительного заполнени  рабочей полости и раздвижением рабочих

$1

колес вдоль оси вращени  муфты. Таким образом, подвижное насосное колесо выполн ет функции подвижной перегородки и, кроме того, измен ет рабочую полость в меридиальном сечении.

Изменение относительного заполнени  рабочей полости происходит одновременно с изменением параметра А. Так как весь процесс происходит непосредственно в самой рабочей полости . То быстродействие ее зависит толко от скорости осевого перемещени  насосного колеса.

Кроме того, быстродействие ее не зависит от направлени  перемещени  насосного колеса. Оно одинаково как при увеличении, так и при уменьшении параметра ( .

.Внутренние полости в предлагаемой ГДМ представл ют собой герметически замкнутый объем, от изменени  величины которого зависит давление в нем. Поэтому дл  ограничени  давлени  в полости ГДМ конструкци  снабже на предохранительными средствами. Ограничительные средства вьтолнены в виде предохранительных или обратных и наполнительных клапанов. Причем., они размещены в каналах, выполненных в вькодном или входном валах. Указанные каналы соедин ют центральную область заключенного между корпусом и насосным колесом объема с атмосферой . В частично заполненной ГДМ при ее работе жидкость, имеюща  большую плотность, чем воздух, под действием центробежных сил .отбрасываетс  от оси вращени  к периферии. Тогда в центральной области работающей ГДМ находитс  только газообразна  (воздушна ) среда. Позтому при увеличении давлени  внутри ГДМ до величины срабатывани  предохранительных клапанов стравливание избыточного давлени  происходит за счет удалени  воздушной (газовой) среды, а-не за счет рабочей жидкости.

При уменьшении давлени  внутри ГДМ, вызванном увеличением объема ее внутренних полостей, до величины срабатывани  наполнительных клапанов воздух из атмосферы поступает в центральную область указанных полотей . Настройка величины-давлени , при котором сра,батывают наполнительные клапаны, определ етс  из условий бескавитационной работы лопастно

6

системы, в первую очередь, на выходе потока в насосное колесо. Благодар  тому, что наполнительные клапаны установлены в каналах входного или выходного валов, можно создать надежный запас по бескавитационной работе насосного колеса.

Следовательно, в предложенной конструкции ГДМ даже при больших перемещени х насосного колеса исключено негативное вли ние изменени  объема внутренних герметичных полостей на именение давлени  в них.

На фиг.1 изображена ГДМ при минимальном осевом рассто нии между насоным и турбинным колесами А/, на фиг. 2 - ГДМ при рассто нии межд.у рабочими колесами А, большем чем А(.

На фиг.1 и 2 изображены насосные 1 и турбинные 2 колеса.

Корпус 3 и кожух 4 жестко соединены с входным валом и вместе с насо ным колесом образуют входное звено ГДМ. Турбинное колесо жестко посажено на валу 5 и вместе с ним образует выходное звено муфты. Выходное звено относительно входного центрируетс  при помощи подшипников 6 и 7. Насосное колесо установлено в кожухе на шпоночном соединении 8. Дл  перемещени  насосного колеса вдоль оси вращени  ГДМ служат штоки 9. На наружной поверхности насосного колеса, подви;кной в осевом направлении относительно кожуха, установлено уплотинетльное колесо 10. Внутренн   поверхность насосного колеса, котора  подвижна относительно вала 5 как в окружном, так и в осевом направлени х, уплотнена при помощи резиновой армированной манжеты 11. В валу 5 выполнены каналы, в которых установлены предохранительные 12 и наполнительные 13 клапаны. Указанные каналы соедин ют центральную область полости В, расположенной между торцами вала 5 и корпуса 3 с атмосферой , В этом случае имеетс  свободный доступ воздуха к внешней поверхности насосного колеса (фиг.2) Шпоночное соединение 8, в качестве которого может быть также применено шлицевое соединение, позвол ет насосному колесу свободно перемещатьс  относительно кожуха в осевом напрапекии под действием силы, вызва ным не показанным на чертеже устройством . В то же врем  такое соединение обеспечивает передачу момента от кожуха к насосному колесу. Сущность изобретени  не изменитс , если полость В соединить указан ными каналами с полостью Б, образов , ной внешней и внутренней поверхност ми соответственно насосного колеса и кожуха. В этом случае полость соедин етс  с атмосферой при помощи каналов 1Д, выполненных в кожухе. ГЩЛ работает следующим образом. При включении муфты крут щий момент передаетс  от насосного колеса 1 к турбинному колесу 2 за счет гидродинамического взаимодействи  наход щейс  внутри корпуса 3 рабочей жидкости и лопаток упом нутых колес. При этом при посто нном коли честве жидкости в ГДМ относительное заполнение ее рабочей полости зависит только от объема внутренних полостей. Пусть требуетс  пЪлучить дл  данной конструкции самую жесткую характеристику М {{n-j. Дл  этого при работающей муфте с помощью штоков 9 перемещают насосное колесо из промежуточного положени  так,что осевое рассто ние между рабочими ко лесами получаетс  минимальным. Тогд образуетс  рабоча  полость с максимальным относительным ее заполнением . Траектори  движени  частиц в меридиональном сечении куфты Uj такой рабочей полости показана на фиг.1. При определенном режиме работы ГДМ внутренние потери на трение в будут минимальнььми при .минимальной длине траектории частиц. Следевательно , за счет одновременного увеличени  Q и уменьшени  А необходимую характеристику При уменьшении объема внутренних полостей увеличиваетс  давление в них. При достижении величины давлен на которую отрегулированы предохран тельные клапаны 12, воздух из центральной области внутренних полостей стравливаетс  в атмосферу не посредственнее либо в полость Б, сое диненную каналами 14 с атмосферой. Стравливание зозкука из ГДМ происходит до тех пор, пока происходит уменьшение объема, и давление внутр

замкнутых полостей выше той величины,, на которую отрегулированы предохранительные клапаны.; При этом вьгравнива

с двигателем, то оно будет выполн ть функции насосного колеса. Тогда насосное колесо 1, соединенное через коние давлени  внутр ГДМ происходит только за счет удалени  избыточного воздуха. Дл  получени  менее жесткой характеристики ГДМ при помощи штоков 9 перемещают насосное колесо на большее рассто ние, например на А2 (фиг.2). При новом взаимном положении рабочих колес объем внутренних полостей увеличиваетс , что приводит к уменьшению параметра о . Одновременно с этим измен етс  рабоча  полость в меридиональном сечении. Образуетс  новый круг циркул ции, в котором частицы жидкости движутс  по новым траектори м, длина которых L. f больше чем Ln При этом возрастают внутренние потери на трение жидкости, что приводит к увеличению скольжени  муфты . При работе, муфты при том же скольжении, которое она имеет, при меньшем осевом рассто нии А, ГДМ передает пониженный момент только за счет возросших внутренних потерь на трение. Таким образом, увеличение параметра А .приводит к ч/ёразованию повой рабочей полости с уменьшенным относительным ее заполнением, что позво л ет получить менее жесткую характеристику . При увеличении объема внут. реннгпс полостей давление в них уменьшаетс , так как полости герметично замкнуты. Дл  предотвращени  снижени  давлени  до величины давлени  насыщенных паров, при котором возникает  вление кавитации, в данной конструкции установин наполните.пьный клапан 13. При срабатывании клапана воздух из атмосферы поступает во внутрь ГДМ. Его поступление происходит до того момента, пока происходит увеличение объема внутренних полостей, и давление в них ниже величины, на которую отрегулирован наполнительный клапан. При остановленной ГЩ каналы в выходном или входном залах перекрыты клапанами 12 и 13, внутренн   ее полость герметично закрыта. Принципиально сущность .изобретени  не изменитс , если рабочие колеса (фиг,1 и 2) измен т свои энергетические функции. Например, если Турбиннее колесо 2 соединить через вал 5

жух А и корпус 3 с исполнительным механизмом , будет вьтолн ть функции турбинного колеса.

Изобретение может быть реализовано в приводе волочильных станов, в приводе моталок к упом нутым станам , а также в погрузочно-транспортирующих устройствах листопрокатных станов. Современные станы и моталки к ним представл ют собой высокоскоростные машины, дл  привода которых требуютс  быстродействующие

передачи, которые одновременно позво л ют регулировать скорость вращени  исполнительного механизма, например, моталки в широком диапазоне.

По сравнению с базовым объектом использование изобретени  расширит диапазон регулировани  внешних характеристик и повысит быстродействие муфты, что приведет к повышению проиводительности труда на 5% или к 120 тыс. руб. экономического эффекта в народном хоз йстве.

fo .1 . // Фиг.2

Claims (2)

1. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МУФТА, содержащая входной и выходной валы, заполненный рабочей жидкостью и жестко соединенный с входным валом корпус, турбинное колесо, жестко соединенное своей центральной осевой частью с выходным валом, насосное колесо, установленное относительно турбинного с зазором между рабочими . поверхностями, средства осевого перемещения и уплотнительные элементы, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона ее регулирования и повышения быстродействия, она снабжена жестко соединенным с корпусом кожухом и впускным и выпускным предохранительными клапанами, по оси входного вала выполнены связанные с атмосферой воздухоподводящие и воздухоотводящие каналы и в них установлены упомянутые предохранительные клапаны, а насосное колесо установлено на выходном валу внут ри кожуха с возможностью углового перемещения и жестко связано с вход ным валом и со средствами его осе вого перемещения, причем последние связаны с насосным колесом с возможностью регулирования упомянутого рабочего зазора между насосным и турбинным колесами,, а уплотнительные элементы установлены на насосном колесе по его внешнему и внутреннему диаметрам.

2. Муфта поп.1, отличаю щаяся тем, что связь воздухоподводящих и воздухоотвддящих каналов с атмосферой выполнена через полость, образованную нерабочими поверхностями насосного колеса и внутренними поверхностями кожуха.