Неизвестный танк часть 4 - 24

ПЕРЕДАЧА ПОТОКОМ (ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ)

В гидродинамических передачах используется энергия быстро теку­щей струи. Подведенная с большой скоростью жидкость, ударяя по ло­паткам рабочего колеса турбины, приводит его во вращение; ударяясь о лопатки и двигаясь по ним от краев к центру, жидкость отдает тур­бине свою энергию, постепенно теряя скорость, и выходит из турбины со значительно меньшей скоростью, чем входит в нее: энергия или живая сила потока превращается в работу вращения колеса.

Основными деталями гидродинамических передач являются рабочие колеса, по лопаткам которых движется жидкость (рис. 444).

Рис. 444. Разобранная на детали гидродинамическая передача.

Видны лопатки рабочих колес

Пусть такое колесо, свободно установленное на оси, может вращаться, почти не встречая сопротивления. Тогда достаточно струе коснуться лопаток, чтобы колесо пришло в движение. Давление на лопатки будет невелико, так как жидкость лишь скользит по ним, почти не упираясь. Зато ско­рость вращения колеса будет большая, на его окружности она почти равна скорости струи.

Заставим колесо турбины совершать какую-либо работу, например вращать гусеницы. Теперь, чтобы приводить колесо в движение, потре­буется большая сила; скорость вращения колеса   снизится, ввиду чего жидкость будет как бы упи­раться в лопатки с тем боль­шей силой, чем больше сопро­тивление на валу. При этом скорость жидкости, выходящей из колеса турбины, умень­шится.

Если отработавшую, поте­рявшую скорость жидкость пе­рекачать каким-либо насосом и подать обратно в турбину, жид­кость, получив новый запас энергии, сможет вновь совер­шать работу. Именно так и действуют передачи  потоком.

Простейшая гидродинами­ческая передача, применявшаяся на танках, называется гид­ромуфтой (рис. 445),

Рис. 445. Схема гидромуфты

Она состоит из двух механизмов — центробежного насоса и тур бины, заключенных в общий кожух. Устройство насоса и турбины одинаково; они представляют собой колеса, состоящие из двух дисков, между которыми находятся лопатки (см. рис. 444).

Центробежный насос приводится во вращение двигателем. Жидкость (вода, керосин, жидкое масло), поступающая к центру колеса насоса, захватывается лопатками и под действием центробежной силы отбрасы­вается к краям с большой скоростью. Из насоса жидкость попадает в ра­бочее колесо турбины; ударяясь с силой о лопатки, она передает свою энергию рабочему колесу турбины, заставляя его вращаться. Жидкость со все уменьшающейся скоростью приближается к центру турбины, от­куда возвращается в насос. Таким образом, внутри муфты циркулирует одно и то же количество жидкости, непрерывно переходящей из насоса в турбину и обратно.

В таком виде, как здесь описано, гидродинамическая передача еще не может заменить коробку передач в трансмиссии танка. Коробка пере­дач, меняя скорость, меняет и крутящий момент; с увеличением скорости момент уменьшается. Мощность при этом не изменяется, так как она равна произведению числа оборотов на крутящий момент, В гидромуфте можно изменить скорость вращения турбины, но нельзя изменить при этом ее крутящий момент, не меняя момента насоса.

В этом нетрудно убедиться на основе следующих рассуждений.

Пусть к ведущему валу гидромуфты приложен момент двигателя М_Д а к ведо­мому валу — момент сопротивления вращению ведущих колес танка М_С. Так как муфта имеет два вала, а других моментов к ней не приложено, то оба момента по закону равенства действия и противодействия должны уравновешиваться, или, иначе говоря, должны быть равными: М_Д=М_С. При постоянном моменте двигателя М_Д  момент со­противления М_С должен быть также постоянным. Так как момент сопротивления М_С зависит от условий движения танка, он будет меняться. Но тогда согласно приведен­ному равенству должен меняться и момент двигателя М_Д .Таким образом, гидравли­ческая муфта не может заменить коробку передач, которая позволяет при определен­ных условиях сохранять неизменным момент двигателя М_Д при изменяющемся мо­менте сопротивления М_С.Если турбина гидромуфты вращается медленнее насоса, т. е. муфта пробуксовывает» к ведущим колесам подводится мощность, меньшая мощности двигателя. Разница в мощностях тратится на внутренние потери в гидравлической муфте: на трение внутри самой жидкости, на удар и трение жидкости о лопатки, стенки картера и т. д. Все эти потери в конечном итоге превращаются в тепло и на­гревают жидкость, циркулирующую в муфте.

Если остановить ведомый вал гидромуфты (турбину) при работающем двига­теле, то вся мощность двигателя будет превращаться в тепло.

Заметим, что между гидромуфтой и обычной фрикционной муфтой, например главным фрикционом, много общего. Обе они не меняют мо­мента, а могут менять только скорость; часть энергии двигателя при буксовании фрикциона уходит на трение его дисков и превращается в тепло. Если остановить ведомый вал фрикциона (это происходит, напри­мер, в момент трогания танка), вся энергия двигателя идет на трение во фрикционе. Если фрикцион не буксует, т. е. если его ведущие и ве­домые диски вращаются с одной и той же скоростью, потери мощности нет, и вся мощность двигателя передается ведущим колесам танка.

То же происходит и в гидромуфте. Если ее ведомый вал вращается почти с той же скоростью, что и ведущий, почти вся мощность двигателя передается ведомому валу. Мы сказали «почти» потому, что ведомый вал гидромуфты всегда вращается несколько медленнее ведущего; при этом часть мощности тратится на внутренние потери в муфте, но это неболь­шая часть, обычно 1—1,5%.

Таким образом, гидромуфта хотя и не может выполнять задачи коробки передач, но частично выпол­няет задачи главного фрикциона в трансмиссии танка. Гидромуфта и применяется иногда в дополнение к главному фрикциону. По сравнению с обычным фрикционом гидромуфта имеет ряд преимуществ: она не боится перегрева, не требует регулировок, более плавно работает. Если танк с гидро­муфтой, наехав на препятствие, остановится, двигатель не заглох­нет. Трогание танка с места также происходит более плавно; увеличи­вая постепенно число оборотов двигателя, а с ним и насоса, механик-водитель этим самым плавно повышает число оборотов турбины, вслед­ствие чего растет и скорость танка. Гидромуфту не требуется выключать; достаточно уменьшить обороты двигателя настолько, чтобы крутящий момент, подведенный от насоса к турбине, стал меньше, чем момент сопротивления движению, приложенный к ведущим колесам танка, и тур­бина остановится, хотя насос будет продолжать вращаться. Таким обра­зом, фрикционная муфта при наличии гидромуфты нужна только для от­ключения двигателя от коробки передач на время переключения передач.

Чтобы сделать гидродинамическую передачу пригодной для исполь­зования в качестве коробки передач, между насосом и турбиной ставят неподвижное (невращающееся) колесо с лопатками — направляю­щий аппарат. Гидродинамическая передача с направляющим аппа­ратом называется гидротрансформатором или преобразовате­лем момента (рис. 444 и 446).

Рис. 446. Схема гидротрансформатора

Уже указывалось, что если сопротивление на ведущих колесах танка увеличивается и вследствие этого вращение турбины замедляется, жид­кость как бы сильнее упирается в лопатки, и крутящий момент увеличи­вается. Но, чтобы «упереться» в лопатки турбины, жидкость должна с такой же силой «оттолкнуться» от какой-либо опоры. В гидромуфте такой опорой были лопатки насоса; поэтому для увеличения момента со­противления требовалось увеличить момент двигателя, в гидромуфте всегда М_Д=М_С. В трансформаторе опорой служат лопатки неподвиж­ного направляющего аппарата. Вследствие этого трансформатор автома­тически изменяет скорость при увеличении сопротивления, т. е. является не только непрерывной, но и автоматической передачей.

На направляющий аппа­рат действуют два момента,направленных в разные стороны: момент насоса М_Д и мо­мент турбины М_С. Момент аппарата М_а всегда равен раз­ности  этих двух моментов.

Таким образом, к гидро­трансформатору приложены не два момента, как к муфте, а три—М_д, М_с и М_а, причем М_а = М_С - М_Д .  

Например, пусть момент сопротивления равен 10 кгм, а момент двигателя 5 кгм. Тогда М_а = 10 — 5 = 5 кгм.

Если сопротивление увеличится и М_с возрастет до 15 кгм, а двигатель будет развивать прежний момент М_Д =  5 кгм, то М_а = 15- 5 = 10 кгм; момент аппарата  увеличился вследствие увеличе­ния момента сопротивления, приложенного к колесу турби­ны» момент же насоса остался неизменным.

Направляющий аппарат существует и в тех механизмах для изменения крутящего момента, с которыми читатель уже знаком. Так, в ко­робке передач роль «аппарата» играет закрепленный в танке картер коробки. Если освободить картер, позволив ему вращаться, крутящий момент вкоробке увеличиваться не будет; какие бы шестерни мы ни вводили в зацепление, крутящий момент на ве­дущем и ведомом валах будет одинаков, а картер будет вращаться, увлекаемый ва­лами. В планетарной передаче направляющим аппаратом служит закрепленная деталь —  шестерня или венец.

Для гидротрансформатора особенно важно, чтобы возможно боль­шая часть мощности двигателя передавалась турбине, а потери энер­гии на удары, завихрение жидкости, на трение и т. д. были возможно меньшими.

Для этого лопатки направляющего аппарата располагают так, чтобы обеспечить наиболее плавное изменение скорости жидкости. Тогда потери энергии на удар о лопатки при определенном числе оборотов турбины,. т. е. ори определенном передаточном числе, будут наименьшие. С изме­нением числа оборотов турбины в ту или иную сторону потери будут возрастать, так как изменение общей скорости жидкости при входе в тур­бину и выходе из нее будет более резким. Если гидротрансформатор обеспечивает изменение скорости танка в пределах диапазона d= 2 то потери редко превышают 15—20% передаваемой мощности. С увеличе­нием диапазона потери растут; поэтому гидротрансформаторы обычно рассчитывают лишь на диапазон не более 4—4,5. Это соответствует рабочему диапазону скоростей танка. Для уве­личения общего диапазона можно поставить дополнительную механиче­скую коробку на две-три передачи.

Чтобы уменьшить потери и тем самым повысить диапазон скоростей гидротрансформатора, иногда делают лопатки направляющего аппарата поворачивающимися. Это дает возможность обеспечить плавный поток жидкости и уменьшить потери при разных передаточных числах.

С той же целью гидротрансформаторы делают двух- или трехступен­чатыми, т. е. ставят на ведомом валу не одну, а две-три турбины, распо­лагая между ними направляющие аппараты. Жидкость, двигаясь по ло­паткам турбин и аппаратов, отдает свою энергию не сразу, а постепенно. Плавное изменение скорости при переходе жидкости из одной ступени гидротрансформатора в другую уменьшает потери.

Иногда для уменьшения потерь гидротрансформатор устраивают так, что при уменьшении момента сопротивления до величины момента дви­гателя направляющий аппарат автоматически освобождается (растормаживается) и соединяется с насосом или турбиной, вращаясь заодно с ним. Благодаря этому гидротрансформатор превращается в гидромуфту, а в ней почти нет потерь мощности.

На рис. 447 показана осуществленная практически схема гидродина­мической трансмиссии танка с дополнительной механической коробкой передач.

Рис 447. Схема гидромеханической трансмиссии танка (вид в плане)

Направляющий аппарат здесь установлен на полом валу, ко­торый с помощью кулачковой муфты соединяется либо с неподвижным картером (передача работает как гидротрансформатор), либо с валом турбины (работает как муфта).

• Назад
• Вперед