Коперчук А.В., к.техн.н. Мурин А.В.

Юргинский технологический институт Национального исследовательского Томского политехнического университета, Россия

ПОВЫШЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ МЕХАНИЗМА БЛОКИРОВКИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ МУФТЫ

Гидродинамические муфты (гидромуфты) достаточно широко применяются в приводах горных и горно-транспортных машин. Применение в приводе муфт такого типа обеспечивает плавный разгон ведомого звена под нагрузкой, защищает приводной двигатель при возникновении перегрузок, позволяет осуществить плавный разгон больших маховых масс, поглощает вибрации и демпфирует ударные нагрузки. Однако серьезным недостатком гидромуфт является потеря энергии на установившемся режиме из-за наличия проскальзывания. Устранить скольжение в установившемся режиме можно при помощи механизма блокировки, который в идеале сохранил бы пусковые и предохранительные свойства обычной гидромуфты, не создавая жесткой связи между ведущим и ведомым элементом. Некоторые конструкции блокируемых гидромуфт рассмотрены в работах [1], [2].

В Томском политехническом институте была разработана [3] гидродинамическая предохранительная блокируемая муфта с блокирующим механизмом, представляющим собой центробежную муфту с дробью и гофрированным диском (рис.1).

Муфта содержит насосное колесо 1, турбинное колесо 2, блокирующее устройство 3 в виде центробежной муфты с дробью 5 и гофрированным диском 4, жестко соединенным с выходным валом.

Достоинствами данного блокирующего механизма являются: конструктивная простота; технологичность деталей; автоматическое восстановление работоспособности; компактные размеры, позволяющие разместить его внутри гидравлической части гидромуфты, не увеличивая ее габариты.

Максимальный момент М_тор (нм), передаваемый блокирующим элементом с полуторовой рабочей полостью можно определить по зависимости:

,

где f - коэффициент трения; g- плотность материала сыпучего тела, кг/м³; к_g - коэффициент пористости сыпучего материала; w₁ - угловая скорость корпуса муфты, с^-1; r - радиус полутора, м; r₀ - радиус свободной поверхности сыпучего тела, м; r₁- наибольший радиус плоской внутренней поверхности корпуса, м.

Рис.2

Статическая характеристика гидромуфты при степени наполнения 85%

Рис.3

При сопоставлении рабочего момента экспериментальной гидромуфты М_рг (рис.2), и максимального момента блокирующего механизма М_тор (f = 0,15(сталь-сталь со смазкой [4]);g = 7800 кг/м³; к_g=0,65 [4]; w₁ = 157,1 с^-1; Н = 2r =0,040 м; r₀ = 0,06 м; R₀ = 0,09 м (рис.3)) можно сделать вывод, что нагрузочная способность последнего недостаточна.

В связи с этим возникла необходимость повышения нагрузочной способности механизма блокировки. Т.к. пространство внутри насосного колеса гидромуфты не позволяет увеличить радиальный и осевой размер рабочей полости (см. рис.1), предложено повысить максимальный момент блокирующего механизма за счет изменения формы внутренней полости. Из соображений технологичности выбраны цилиндрическая (рис.4 а) и клиновая (рис.4 б) форма.

а)	б)
Рис.4

Были разработаны зависимости, определяющие максимальный момент, передаваемый механизмом с этими формами внутренней полости [5].

,

.

В экспериментальных исследованиях в качестве сыпучего рабочего тела были использованы шарики от подшипников из стали ШХ15 диаметром 4,763 мм. Материал корпуса сталь 20. Результаты испытаний представлены в таблице.

	Мтор, нм	Мкл, нм (α=30°)	Мкл, нм (α=15°)	Мцил, нм
Расчетное значение Мрасч.	89	69	93	135
Среднее экспериментальное значение Мэксп.ср.	130	121	130	179
Мэксп.ср./Мрасч.	1,46	1,75	1,4	1,33

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Отличия в величине максимального момента, определенного экспериментальным и расчетным методами, говорит о том, что значение коэффициента трения f=0,15 [4] явно занижено. Его значение нужно принимать равным 0,2…0,22, что достаточно хорошо согласуется с данными [6] для коэффициента трения шариков из стали ШХ15.

2. Для блокирующего механизма экспериментальной предохранительной гидромуфты возможно применение любой из рассмотренных форм внутренней полости, но наиболее пригодной с точки зрения технологичности и общей массы устройства является цилиндрическая.

Литература:

1. Мурин А. В., Коперчук А.В. Снижение потерь энергии в приводах горных машин за счёт применения блокируемой гидродинамической муфты.- Горное машиностроение: Сборник материалов. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня.-2011. - № ОВ2. – М.: издательство «Горная книга».- C. 337-343.

2. Гавриленко Б.А., Семичастнов И.Ф. Гидродинамические муфты и трансформаторы.- М.: Машиностроение, 1969.-392 с.

3. А.с. 1075027А СССР. МКИ⁴ F16D39/00. Гидродинамическая предохранительная блокируемая муфта/ А.В. Мурин, В.А. Осипов (СССР).- №3390034/25-27; Заявлено 05.02.82; Опубл. 23.02.84, Бюл. №7.- 4 с.

4. Осипов В.А. Основы выбора параметров предохранительных блокируемых муфт и предохранительных инерционных муфт для приводов машин (на примере машин химического производства)/ Дисс. канд. техн. наук.- Томск: ТПИ, 1987.-118 с.

5. Коперчук А.В., Мурин А.В. Влияние параметров рабочей полости центробежных муфт с сыпучим рабочим телом на их энергоемкость.- Материалы докладов пятого международн. научн. симп. им. акад. М.А. Усова. Томск: Изд-во НТЛ. 2001.- 561 с.

6. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения.- М.: Машгиз, 1962.- 220 с.