Гидродинамические передачи

Гидродинамические передачи делятся на гидромуфты и гидротрансформаторы.
Разница между ними в наличии в гидротрансформаторах реактора (одного или нескольких) между насосными и турбинными колесами.
Соответственно, гидротрансформаторы могут производить изменение (трансформацию) передаваемого крутящего момента при переменном передаточном отношении.
И гидротрансформаторы, и гидромуфты могут быть регулируемыми и нерегулируемыми, причем регулирование осуществляется либо воздействием на поток жидкости, либо переменным заполнением передачи жидкостью.

Принципиальные схемы ГДП

Краткая история ГДП
Первые динамические гидропередачи были созданы в 19 веке, но только в 1902 Г. Феттингер предложил объединить в одном корпусе насосное и турбинное колесо и реактор.
Гидропередачи Феттингера с 1907 года были востребованы на военном флоте (передача крутящего момента от быстровращающихся паровых турбин к медленновращающимся винтам с плавным изменением этого момента).
В 1933 году начался серийный выпуск автобусов с ГДП (в Англии). В 1947 году в Америке выпустили первый серийный легковой автомобиль с ГДП («бьюик»).
В СССР первая гидромуфта была создана в 1929 г. (проф. Кудрявцев), первый гидротрансформатор – в 1934 г. в МВТУ.
В настоящее время за рубежом (Америка, Германия, Япония, Италия, Франция) существуют десятки фирм, разрабатывающих и производящих ГДП для самых разных областей техники.

Гидромуфта простейшего типа

Гидротранс-форматор с муфтой свободного хода

Гидродинамические передачи
применяются там, где:
Необходимо плавное изменение крутящего момента на выходном звене системы (глубокое регулирование скорости)
Нужно механически развязать двигатель и нагрузку, чтобы исключить воздействие на двигатель ударных и инерционных нагрузок
Требуется обеспечить трансформацию передаваемого момента без жесткой механической связи валов
Необходимо упростить трансмиссию машины (уменьшить число передач)
И во многих других случаях.

Области применения ГДП
Автоматические коробки передач транспортных средств (легковые автомобили, автобусы, строительно-дорожная техника (тягачи, погрузчики, экскаваторы, скреперы, бульдозеры..), танки и т.п.)
Системы передачи крутящего момента в крупных транспортных средствах (тепловозы, корабли и суда, тяжелые карьерные самосвалы)
Приводы систем, работающих с большими инерционными и ударными нагрузками (например, в горной и горно-обогатительной промышленности –добывающие комбайны, ленточные транспортеры, дробилки и т.п.)
ГДП используются как промежуточные муфты для пуска и последующего регулирования частоты вращения крупных роторных машин (например, крупные насосы (питательные, нефтяные магистральные…))

Преимущества ГДП перед механическими передачами
Отсутствие механической связи между входным выходным валом – демпфирование ударных нагрузок
Возможность плавного бесступенчатого регулирования скорости вращения выходного вала
В отличие от зубчатой передачи – нет износа трущихся поверхностей
Можно осуществлять пуск двигателя под нагрузкой и трогание с места под нагрузкой (важно для строительно-дорожной техники)
Предохраняют от перегрузки двигатель машины
Облегчение процесса управления машиной.

Преимущества ГДП перед гидрообъемными передачами
Более компактные – насос и гидродвигатель в одном корпусе с малыми осевыми размерами
Не боятся резкого изменения нагрузки, а также попутных нагрузок
Конструктивно проще и надежнее, и дешевле при сравнимых мощностях
Могут работать при высоких частотах вращения
Могут быть разработаны на очень большие мощности (до десятков мегаватт)

Недостатки ГДП
Более низкий КПД (82..92%) гидротрансформаторов на расчетном режиме по сравнению с механическими передачами (93..97%). КПД гидромуфты составляет 97..98%, но она не трансформирует крутящий момент.
Большая сложность и стоимость изготовления ГДП по сравнению с механическими передачами (при том, что ГДП в автомобиле используется совместно с механической передачей для сглаживания пиков нагрузок и плавного перехода от одной передачи к другой)
По сравнению с объемными гидропередачами ГДП передают меньшие моменты и не могут эффективно работать при очень малых скоростях движения выходного вала. Кроме того, невозможно разнести насос и гидродвигатель. Менее точный контроль скорости вращения выходного звена.
Необходимость систем питания и охлаждения рабочей жидкости

Характеристика гидротрансформатора

Особенности рабочего процесса ГДП

Рабочий процесс гидромуфты

Регулирование гидромуфт

Предохранительные гидромуфты

Гидротрансформаторы

Гидротрансформаторы – это лопастные гидропередачи, у которых обеспечивается передача момента от ведущего вала к ведомому с изменением скорости вращения и момента. От гидромуфт отличаются в первую очередь наличием реактора (одного или нескольких).
Гидротрансформаторы классифицируются по следующим параметрам:
Прямого и обратного хода – в зависимости от того, совпадает направление вращения ведомого вала с ведущим, или противоположно ему
По количеству турбин в рабочей полости – одноступенчатые, двухступенчатые и трехступенчатые
По типу турбины – с центробежной, осевой и центростремительной турбиной (могут сочетаться разные виды турбин)

Параметры гидротрансформаторов

Точка 1 – режим холостого хода
Точка 2 – режим равенства моментов
Точка 3 – режим синхронного вращения
Точка 4 – режим максимального КПД
Точка 5 – стоповый режим

Методы регулирования гидротрансформаторов:
Изменение частоты вращения вала двигателя
Изменение степени заполнения рабочей полости
Изменение геометрии лопастной системы (обычно реактора, реже насоса)
Комбинация 1 и 2 или 3 методов
Основная задача регулирования – изменение момента и частоты вращения выходного вала