ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МУФТА

Полезная модель относится к машиностроению и может найти применение в горнорудной, химической, металлургической, нефтедобывающей и других отраслях промышленности в трансмиссиях и приводах различных машин и механизмов таких как, например, конвейеры, экскаваторы, дробилки, мельницы, насосы.
Известна гидравлическая муфта с периферийной камерой, расположенной со стороны турбинного колеса (со статическим самоопоражниванием), которая была предложена Синклером для применения в приводе автомобилей (Гавриленко Б.А., Семичастнов И.Ф. «Гидродинамические передачи. Проектирование, изготовление, эксплуатация.», М., 1980 г., с.89-90), которая выбрана в качестве аналога.
Гидравлическая муфта включает турбинное колесо и насосное колесо, образующие рабочую полость, кожух жестко связанный с насосным колесом, дополнительную камеру, образованную внутренней поверхностью кожуха и турбинным колесом, сообщающуюся каналами с рабочей полостью. Насосное колесо соединено через упругую муфту с валом двигателя, турбинное колесо жестко соединено с ведомым валом.
При работе гидравлической муфты в диапазоне скольжения от номинального и до критического, соответствующего предельной перегрузке, круг циркуляции рабочей жидкости охватывает периферийную часть рабочей полости. При этом рабочая жидкость в периферийной камере образует на уровне каналов тонкое кольцо, прижатое к периферии периферийной камеры. При увеличении скольжения выше критического рабочая жидкость, отбрасываемая к ободу турбинного колеса, постепенно поступает из рабочей полости в дополнительную камеру, которая заполняется полностью только при остановленном ведомом вале, когда давление на периферии турбинного колеса достигает максимума. Оставшегося в рабочей полости количества рабочей жидкости недостаточно для передачи большего момента при постепенном увеличении скольжения. При плавном возрастании нагрузки гидравлическая муфта со статическим самоопоражниванием ограничивает передаваемый момент определенной величиной. При снятии нагрузки и разгоне ведомого вала рабочая полость снова автоматически заполняется рабочей
жидкостью, поступающей из периферийной камеры через каналы, и гидравлическая муфта передает номинальную мощность при минимальном скольжении.
Общими признаками заявляемого технического решения и аналога являются: гидравлическая муфта, включающая турбинное колесо и насосное колесо, образующие рабочую полость, кожух жестко связанный с насосным колесом, периферийную камеру, сообщающуюся каналами с рабочей полостью.
Рассмотренная гидравлическая муфта обладает удовлетворительными характеристиками при установившихся режимах работы, однако, при внезапных перегрузках происходит быстрое заполнение и опорожнение рабочей полости гидравлической муфты, что приводит к неустойчивой работе гидромуфты.
Известна гидравлическая муфта с периферийной камерой, расположенной со стороны насосного колеса (с динамическим самоопоражниванием), созданная ВНИИМЕТМАШ для привода крупных конусных дробилок Уралмашзавода (Гавриленко Б.А., Семичастнов И.Ф. «Гидродинамические передачи. Проектирование, изготовление, эксплуатация.», М., 1980 г., с.94-96), которая выбрана в качестве прототипа.
Гидравлическая муфта включает турбинное колесо и насосное колесо, образующие рабочую полость, кожух жестко связанный с насосным колесом, дополнительную камеру, образованную корпусом, закрепленным на внешней поверхности кожуха со стороны насосного колеса, сообщающуюся каналами с рабочей полостью, центральную камеру расположенную внутри гидравлической муфты, ограниченную нерабочими поверхностями турбинного и насосного колеса, сообщающуюся с рабочей полостью. Насосное колесо жестко связано с ведущим валом, который находится на собственной опоре и соединен с электродвигателем посредством зубчатой муфты. Турбинное колесо сидит на ведомом валу, который также расположен на собственной опоре. Рабочие колеса, кожух и корпус выполнены из алюминиевого сплава АЛ4.
В состоянии покоя под действием силы тяжести рабочая жидкость равномерно распределяется в рабочей полости и периферийной камере. В режиме холостого хода рабочая жидкость располагается концентрично оси вращения гидравлической муфты. При наличии скольжения в рабочей полости гидравлической муфты возникает циркуляция жидкости вокруг мгновенного центра вращения.
Во время пуска двигателя и 100% проскальзывания дополнительная камера при вращении двигателя заполняется рабочей жидкостью из рабочей полости за счет центробежной силы. Оставшееся в рабочей полости остаточное наполнение создает небольшой пусковой момент.
При разгоне двигателя происходит заполнение рабочей полости рабочей жидкостью поступающей по каналам из периферийной камеры вследствие чего происходит нарастание крутящего момента и выход в номинальный режим.
Общими признаками заявляемого технического решения и прототипа являются: гидравлическая муфта, включающая турбинное колесо и насосное колесо, образующие рабочую полость, кожух жестко связанный с насосным колесом, центральную камеру расположенную внутри гидравлической муфты, ограниченную нерабочими поверхностями турбинного и насосного колеса, сообщающуюся с рабочей полостью, периферийную камеру, образованную корпусом, закрепленным на внешней поверхности кожуха со стороны насосного колеса.
Рабочий процесс гидравлической муфты с динамическим самоопоражниванием на режимах, близких к оптимальным не отличается от рабочего процесса гидравлической муфты со статическим самоопоражниванием. При повышенных нагрузках вследствие быстрого опорожнения рабочей полости возникает неустойчивый режим работы гидромуфты.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования гидравлической муфты, в которой за счет ее конструктивных особенностей обеспечивается улучшение предохранительных и пусковых свойств гидравлической муфты в переходных режимах работы.
Поставленная задача решается тем, что гидравлическая муфта включает турбинное колесо и насосное колесо, образующие рабочую полость, кожух жестко связанный с насосным колесом, центральную камеру расположенную внутри гидравлической муфты, ограниченную нерабочими поверхностями турбинного и насосного колеса, сообщающуюся с рабочей полостью, периферийную камеру, образованную корпусом, закрепленным на внешней поверхности кожуха со стороны насосного колеса, согласно полезной модели, содержит дополнительную периферийную камеру, образованную корпусом, закрепленным на внешней поверхности кожуха со стороны турбинного колеса, центральная камера сообщена каналами с периферийными камерами, в кожухе выполнены радиальные каналы, соединяющие периферийные камеры и рабочую полость.
Перечисленные признаки составляют сущность полезной модели.
Причинно-следственная связь существенных признаков полезной модели с техническим результатом объясняется следующим.
Выполнение гидравлической муфты в виде турбинного и насосного колес, образующих рабочую полость гидромуфты, кожуха, жестко связанного с насосным колесом, центральной камеры, расположенной внутри гидравлической муфты,
ограниченной нерабочими поверхностями турбинного и насосного колес, сообщающейся с рабочей полостью гидромуфты, периферийной камеры, образованной корпусом, закрепленным на внешней поверхности кожуха со стороны насосного колеса, в которой выполнена дополнительная периферийная камера, образованная корпусом, закрепленным на внешней поверхности кожуха со стороны турбинного колеса, центральная камера сообщена каналами с периферийными камерами, в кожухе выполнены радиальные каналы, соединяющие периферийные камеры и рабочую полость, позволяет автоматически управлять расходом рабочей жидкости в круге ее циркуляции в рабочей полости гидромуфты, что обеспечивает улучшение предохранительных и пусковых свойств гидравлической муфты в переходных режимах работы.
В результате упомянутых конструктивных изменений в гидравлической муфте создается новая система циркуляции рабочей жидкости внутри гидравлической муфты. В переходных режимах, когда скорости вращения насосного и турбинного колес различны (при большом скольжении), происходит перетекание рабочей жидкости из рабочей полости гидромуфты в периферийные камеры. При этом расход рабочей жидкости в круге ее циркуляции в рабочей полости гидромуфты уменьшается, снижается крутящий момент, передаваемый гидромуфтой, чем обеспечивается плавность рабочей характеристики гидромуфты, постепенность загрузки гидромуфты, плавный пуск машины и защита привода от перегрузок.
В процессе передачи вращающего момента от входного вала электродвигателя исполнительному механизму за счет симметричного расположения периферийных камер относительно кожуха гидравлической муфты происходит также демпфирование и гашение крутильных колебаний, снижение вибрации.
Ниже приводится описание гидравлической муфты со ссылками на чертеж, на котором схематически изображено продольное сечение гидравлической муфты.
Гидравлическая муфта включает турбинное 1 колесо и насосное 2 колесо, образующие рабочую полость 3, кожух 4, жестко связанный с насосным 2 колесом, центральную камеру 5 расположенную внутри гидравлической муфты, ограниченную нерабочими поверхностями турбинного 1 и насосного 2 колеса, сообщающуюся с рабочей полостью 3, периферийную камеру 6, образованную корпусом 7, закрепленным на внешней поверхности кожуха 4 со стороны насосного 2 колеса. Гидравлическая муфта также содержит дополнительную периферийную камеру 8, образованную корпусом 9, закрепленным на внешней поверхности кожуха 4 со стороны турбинного 1 колеса. Центральная камера 5 сообщается каналами 10, 11, 12, 13 с периферийными камерами 6,
8. В кожухе 4 выполнены радиальные каналы 14, соединяющие периферийные камеры 6, 8 с рабочей полостью 3 через прорези 15.
Когда гидравлическая муфта находится в состоянии покоя, рабочая жидкость под действием силы тяжести равномерно распределяется в рабочей полости 3 и периферийных камерах 6, 8.
При сообщении вращения насосному 2 колесу от приводного вала электродвигателя (не показан) в центральной камере 5 удерживается часть рабочей жидкости, приобретающая при вращении насосного 2 колеса форму кольца. Эта часть жидкости под действием центробежных сил замедленно через отверстия 10 перетекает в рабочую полость 3, а через отверстия 11, 12, 13 поступает в периферийные камеры 6, 8.
При возрастании нагрузки на турбинном валу (не показан) в зоне повышенного скольжения (вплоть до 100%) под действием избытка напора насосного 2 колеса и давления, развиваемого при циркуляции рабочей жидкости по межлопастным каналам насосного 2 и турбинного 1 колес, рабочая жидкость устремляется из рабочей полости 3 через прорезь 15, каналы 14, в периферийные камеры 6, 8. Благодаря этому достигается снижение расхода рабочей жидкости в круге циркуляции в рабочей полости 3 и соответственно снижение передаваемого момента гидравлической муфты, особенно в стоповом режиме при неподвижном турбинном 1 колесе.
В процессе пуска также происходят аналогичные процессы. Часть рабочей жидкости через прорезь 15 по радиальным каналам 14 эвакуируется в периферийные камеры 6, 8. Это позволяет обеспечить плавность разгона машин за счет пониженного пускового момента.
Предлагаемая гидравлическая муфта обеспечивает наряду с плавностью пуска рабочей машины ограничение момента в тормозных режимах при высоком значении КПД.