О ВЛИЯНИИ ОБРАБОТКИ КРОМОК ЛОПАСТЕЙ РАБОЧИХ КОЛЕС ТРАКТОРНОГО ГИДРОТРАНСФОРМАТОРА НА ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ

Полный текст

Введение При разработке и серийном производстве гидродинамических передач тягово-транспорт-ных машин наибольшие технологические затруднения возникают при изготовлении рабочих колес. Для достижения высоких значений КПД необходимо точно выполнять геометрию лопастной системы. Это касается, в частности, углов входа и выхода в лопасти и направления линий тока в межлопастном пространстве. В настоящее время необходимость выполнения этих требований определяет выбор технологии изготовления рабочих колес гидротрансформаторов [1, 2]. Наиболее распространенными способами являются изготовление лопастей штамповкой с последующей сборкой и приваркой к торовым поверхностям и отливка рабочих колес с образованием межлопастного пространства специальными стержнями сложной пространственной формы, которые закрепляются в кокиле модельной оснастки. Первый способ гарантирует получение заданных углов входа и выхода лопастей, но не дает эквидистантности линий тока рабочей жидкости в межлопастном пространстве, поскольку лопасти, отштампованные из листового материала, имеют одинаковую толщину по длине. Как следствие, происходит увеличение потерь энергии при движении рабочей жидкости и снижается КПД. Второй способ позволяет получить лопасти переменной толщины (так называемый крыловой профиль), но имеет ограничения по минимально достигаемой в литье толщине кромок лопастей на входе и выходе, а также по радиусу закругления кромок лопастей на входе. Более того, кромки лопастей приходится подрезать при токарной обработке колес, и закругление кромок лопастей на входе в рабочие колеса отсутствует. Добиться необходимых размеров и формы кромок можно слесарной обработкой каждой лопасти. Излишне говорить, что такая технологическая операция весьма трудоемка и требует квалифицированного персонала. При крупносерийном и, тем более, массовом производствах эта технологическая операция должна быть исключена. Цель исследования Изучение влияния обработки кромок лопастей рабочих колес тракторного гидротрансформатора на его характеристики Материалы, методы исследования и обсуждение результатов Для того чтобы выяснить, насколько геометрия кромок лопастей, получаемая после токарной подрезки кромок лопастей отливки без последующей слесарной обработки, влияет на показатели гидротрансформатора, были проанализированы результаты стендовых испытаний тракторного гидротрансформатора ЛГ-420-35 [3], в ходе которых он последовательно комплектовался рабочими колесами с обработанными и необработанными кромками. На рис. 1 показана типовая схема слесарной обработки лопастей рабочих колес гидротрансформатора, полученных отливкой. Для уменьшения толщины кромки металл снимали с обеих сторон лопасти (заштрихованные области на рис. 1) с тем, чтобы не изменить направление средней линии профиля. Закругление на входе получали, убирая острую кромку лопастей с вогнутой стороны лопасти. Острая кромка получалась в результате токарной подрезки кромок лопастей после литья. Слесарная обработка лопастей рабочих колес гидротрансформатора ЛГ-420-35 позволяла получить следующие толщины кромок (измеренные нормально к средней линии тока) и радиусы закругления: для первого реактора: 8in = 2,85 мм, 8out = 0,95 мм, Rin = 1,4 мм; для второго реактора: 8in = 3,7 мм, 8out = 1,0 мм, Rin = 1,85 мм; для насосного колеса: 8in = 3,0 мм, 8out = 1,0 мм, Rn = 1,5 мм; для турбинного колеса: 8 . = 4,0 мм, 8 t = 2,0 мм, R. = 2,0 мм. n out n На первом этапе исследований была проведена оценка влияния обработки кромок лопастей для каждого колеса в отдельности, за исключением второго реактора. Для второго реактора исследование не проводили, так как его лопасти после отливки вынужденно обрабатывали вследствие недопустимо больших отклонений формы и размеров кромок лопастей от предусмотренных конструкцией. Для оценки влияния слесарной обработки кромок лопастей каждого из колес в отдельности проводилось сравнение характеристик гидротрансформатора, в котором кромки лопастей всех колес были обработаны, и гидротрансформатора, у которого исследуемое колесо было заменено на экземпляр с необработанными кромками. Все сравнительные испытания проводились на стенде [4], который обеспечивал точность измерения крутящих моментов с погрешностью ± 0,2 %. Погрешность в определении частот вращения насосного и турбинного колес гидротрансформатора не превышала 0,1 %. В качестве рабочей жидкости использовалось масло веретенное АУ ГОСТ 1642-50 [5], температура рабочей жидкости в процессе испытаний поддерживалась в пределах 90±5 °С, частота вращения вала насосного колеса составляла 1700 мин-1. В результате проведенных испытаний установлено, что слесарная обработок лопастей первого реактора слабо влияет на характеристики гидротрансформатора ЛТ-420-35. Увеличение КПД вследствие обработки кромок данного колеса наблюдается лишь в интервале передаточных отношений 0,47 < i < 0,6 и не превышает 0,6 % (0,890 вместо 0,864 при i = 0,56). Слесарная обработка кромок лопастей насосного колеса также слабо сказывается на характеристике гидротрансформатора. Значения коэффициентов первичного момента для сравниваемых гидротрансформаторов практически одинаковы во всем диапазоне передаточных отношений. КПД незначительно повышается только в относительно узком диапазоне передаточных отношений 0,71 < i < 0,85. Максимальное повышение КПД составляет 0,8 % при передаточном отношений . = 0,75. Кривые коэффициентов трансформации почти полностью совпадают для обоих вариантов, кроме участков передаточных отношений 0 < . < 0,07, а также 0,71 < . < 0,85. В пределах указанных участков коэффициент трансформации для варианта с необработанным насосным колесом несколько ниже. Снижается и коэффициент трансформации на стоповом режиме (K = 3,453 вместо K = 3,53). Для варианта с необработанными кромками лопастей кривая коэффициента трансформации в области малых передаточных отношений (0 < i < 0,07) приобретает выпуклый вид. Это свидетельствует о стеснении потока рабочей жидкости в межлопаточном пространстве, вызванном, очевидно, большей толщиной кромок лопастей у необработанного насосного колеса. Наиболее заметное и неоднозначное влияние на характеристики гидротрансформатора оказывает обработка кромок лопастей турбинного колеса. У этого колеса, как было отмечено выше, после обработки кромок 8in = 4,0 мм, Rin = 2,0 мм, 8out = 2,0 мм. Необработанное колесо имело 8in = 4,1 мм, 8out = 3,0 мм. Закругление кромки на входе отсутствовало. Как показали испытания, установка турбинного колеса с необработанными кромками лопастей несколько изменяет нагружающие свойства гидротрансформатора в диапазоне передаточных отношений 0,6 < i < 0,9. В этом диапазоне коэффициент момента входного звена с необработанными кромками лопастей турбины ниже, чем для гидротрансформатора со всеми обработанными колесами: при i = 0,8 он ниже на 4 %. При других передаточных отношениях кривые коэффициента момента входного звена для обоих вариантов гидротрансформатора практически совпадают. В пределах передаточных отношений 0,59 < i < 0,85 КПД гидротрансформатора с необработанными лопастями турбины оказывается даже выше, чем для гидротрансформатора со всеми обработанными колесами. Максимальный КПД при передаточном отношении i = 0,69 равен 0,913 против 0,908, т.е. выше на 0,5 %. Максимальное приращение КПД наблюдается при i = 0,8: 0,888 вместо 0,875, т.е. выше на 1,3 %. В зоне низких передаточных отношений: 0 < i < 0,14, КПД гидротрансформатора с необработанной турбиной несколько ниже. Протекание кривых коэффициента трансформации соответствует протеканию кривых КПД. При передаточных отношениях i < 0,2 кривая значения K для гидротрансформатора с необработанной турбиной ниже, чем для гидротрансформатора со всеми обработанными колесами. Однако зависимость K = f (i) носит нормальный характер, что свидетельствует об отсутствии стеснения потока рабочей жидкости необработанными лопатками турбинного колеса. Коэффициент трансформации на стоповом режиме для гидротрансформатора с необработанными кромками составляет K = 3,429 против K = 3,53 для гидротрансформатора со всеми обработанными колесами (ниже на 3 %). Таким образом, слесарная обработка кромок лопастей турбинного колеса не только не улучшает, но и даже несколько ухудшает КПД гидротрансформатора ЛГ-420-35 в основном рабочем диапазоне передаточных отношений. Коэффициент трансформации на стоповом режиме снижается. Коэффициент момента входного звена меняется вследствие слесарной обработки кромок лопаток турбинного колеса незначительно. На втором этапе исследований была выполнена оценка совместного влияния обработки кромок лопастей трех колес - первого реактора, насосного колеса и турбинного колеса одновременно. Для получения такой оценки было проведено сравнение показателей гидротрансформатора, у которого кромки всех рабочих колес были обработаны, и гидротрансформатора, у которого колеса первого реактора, насосного колеса и турбинного колеса имели необработанные кромки. Для эксперимента были использованы рабочие колеса, ранее испытанные в сочетании с обработанными колесами. Установка в гидротрансформатор трех необработанных колес снижает энергоемкость гидротрансформатора в пределах передаточных отношений 0,45 < i < 0,95. Наибольшее снижение коэффициента момента входного звена наблюдается в районе i = 0,89 (на 6 %). Наблюдается также общее снижение КПД, особенно в зоне передаточных отношений 0,45 < i < 0,85. Величина максимального КПД для гидротрансформатора с необработанными лопастями составляет 0,902 против 0,908, или ниже на 0,6 %. Наибольшее понижение КПД, доходящее до 0,8-1 %, наблюдается в зоне передаточных отношений 0,5 < i < 0,6 - в месте, где располагается первый максимум КПД на режиме трансформации момента (при обоих остановленных реакторах). Несколько ниже КПД также и в зоне передаточных отношений i < 0,35. Анализируя характер протекания кривой КПД для гидротрансформатора с тремя необработанными колесами, можно отметить, что снижение коэффициента полезного действия происходит в тех же зонах передаточных чисел, где КПД снижается при установке какого-либо одного необработанного колеса. Однако это снижение более ярко выражено и сопровождается одновременным снижением также и максимального КПД. Кривая КПД для гидротрансформатора с тремя необработанными колесами, в основном, располагается несколько ниже, чем для гидротрансформатора со всеми обработанными колесами, кроме зоны передаточных отношений 0,3 < i < 0,45, где эти кривые совпадают. Коэффициент трансформации на стоповом режиме составляет для гидротрансформатора с необработанными колесами K = 3,333, против K = 3,53, или ниже на 6,2 %. Заключение Таким образом, проведенные исследования позволяют заключить, что установка в гидротрансформатор ЛГ-420-35 трех рабочих колес (первого реактора, насоса и турбины) с лопастями, кромки которых не подвергнуты слесарной обработке, позволяет, тем не менее, получить достаточно высокие значения максимальных коэффициента трансформации и КПД. Можно рекомендовать в условиях массового производства не производить обработки кромок лопастей указанных колес при одновременном некотором утонении выходных кромок в литье. В случае, если обработка кромок лопастей все же будет признана необходимой, следует ее проводить для рабочих колес первого реактора и насосного колеса. Необходимость в слесарной обработке кромок лопаток турбины отсутствует. Степень влияния на параметры гидротрансформатора слесарной обработки второго реактора требует дополнительных исследований. Литература

Об авторах

Е. А Дьячков

Волгоградский государственный технический университет

Email: tig@vstu.ru
д.т.н.

Е. А Федянов

Волгоградский государственный технический университет

Email: tig@vstu.ru
д.т.н.

Список литературы

Дополнительные файлы