книги из ГПНТБ / Люблинский К.И. Шахтные подъемные машины и лебедки с турбомуфтами

К. И. ЛЮБЛИНСКИЙ, П. Л. СВЕТЛИ

ШАХТНЫЕ ПОДЪЕМНЫЕ МАШИНЫ

И ЛЕБЕДКИ

СТУРБОМУФТАМИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

ЛИТЕРАТУРЫ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ

Москва — 1960

Г'ОС. ПУБЛИЧНАЯ г /ГXV) AL

>.У^Н ТЕХНИЧЕх идя! fh у У L-—.

6©

Л'. ^640?

АННОТАЦИЯ

В брошюре описываются устройство и принцип действия турбозубчатого редуктора для подъемных машин, регулируемой турбомуфты для тягальных лебедок и предельной турбомуфты для лебедок бес­ конечной откатки, созданных в последние годы в Советско^м Союзе; приводятся электрические схемы и данные об электрооборудовании для подъемных ма­ шин и лебедок с турбомуфтами, даются указания по эксплуатации этих машин.

Брошюра рассчитана на широкий круг работни­ ков, связанных с эксплуатацией, изготовлением и проектированием шахтных подъемных установок.

Мб.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ и УСТРОЙСТВО ТУРБОМУФТЫ

Муфтами в технике называют устройства для соединения

валов машин и механизмов друг с другом и передачи крутя­ щего момента с одного вала на другой. Чаще всего соедини­

ит. д.

Вотличие от таких муфт турбомуфта передает крутящий момент от одного вала к другому через жидкость, приведен­ ную в движение.

На рис. 1 представлена схема, по которой легко понять принцип передачи момента через жидкость.

Вал 1 центробежного насоса 4 соединяется с двигателем. При работе двигателя насос по трубе 3 засасывает жидкость

из резервуара 2 и подает ее по нагнетательной трубе 5 на

лопатки колеса турбины 6, вращая его. Так происходит пере­

дача вращения от вала 1 к валу 7. Жидкость, выходя из тур­ бины по каналу 8 в резервуар 9, возвращается по сточной трубе 10 в резервуар 2.

Можно так сконструировать насосное колесо и колесо тур­ бины, что необходимость в нагнетательном и сточном трубо­ проводах, изображенных на схеме, отпадает. При этом лопатки насоса будут подавать жидкость под напором прямо на лопатки турбины, с которых жидкость, потерявшая напор, будет сте­ кать на лопатки насоса.

Совокупность предельно сближенных друг с другом колес насоса и турбины специальной конструкции и называется турбомуфтой (рис. 2). Конструкция насосного и турбинного колес турбомуфты показана на рис. 3.

Каждое из этих колес представляет чашу, полость которой

разделена радиальными лопатками. Если эти чаши закрепить

шпонками на концах двух валов, сблизить их на минимально возможное расстояние, образовавшуюся полость наполнить

жидкостью и предотвратить вытекание ее, то и получится узел,

который называют турбомуфтой, гидромуфтой, гидросцепле­ нием, иногда жидкостным маховиком.

При вращении насосного колеса частицам жидкости в ра­

бочей полости действием лопаток будет сообщена центробеж­

ная сила, под воздействием которой жидкосте> устремится от центра к периферии по направлению стрелки (см. рис. 2), за­ тем, развив определенную скорость, она будет выброшена на лопатки турбинного колеса и заставит вращаться последнее;

отдав турбинному колесу свою энергию, жидкость переместится

Жидкость образует круг циркуляции, заставляя вращаться турбинное колесо вслед за насосным с меньшей скоростью вращения, зависящей от наполнения муфты жидкостью.

Таким образом, движение передается от одного вала к дру­

гому. При этом турбомуфта осуществляет эластичную связь между ведущим и ведомым валами.

Толчки и кратковременные перегрузки, вибрации и другие динамические явления воспринимаются муфтой и не передаются от машины к двигателю, а также резкий рывок двигателя при разгоне сглаживается муфтой, благодаря чему пуск машины осуществляется плавно.

Использование жидкости для передачи нагрузки создает возможность применения турбомуфты не только как эластич­ ного соединительного устройства, но и как устройства, регу­ лирующего скорость вращения машины.

При отсутствии в муфте и вращающемся двигателе жидко­ сти машина будет неподвижной, а при максимально наполнен­ ной жидкостью муфте машина будет вращаться почти с такой же скоростью, как и двигатель, отставая от него по числу

оборотов на 3—5%.

Если же наполнение турбомуфты жидкостью будет иметь какие-то промежуточные величины, например 60, 50, 40% ее объема, то соответственно изменению наполнения муфты будет изменяться скорость вращения ведомого вала муфты. Следо­ вательно, чем меньше жидкости будет в циркуляционном по­ токе, тем с меньшей скоростью будет вращаться турбинное колесо . при постоянной скорости вращения насосного колеса.

Таким образом, меняя наполнение турбомуфты, можно регу­ лировать скорость вращения машины при постоянной скорости вращения двигателя.

Длительное время управление подъемными машинами и ле­ бедками осуществлялось посредством управления их двигате­ лями. В связи с этим на подъемных машинах и лебедках применялись только регулируемые электрические двигатели.

Применение же турбомуфт позволит отказаться от регули­ руемых двигателей в приводе подъемных машин и лебедок и перейти на более простые, дешевые и экономичные нерегули­

руемые двигатели (синхронные и короткозамкнутые асин­

хронные) .

Турбомуфта может быть использована также в качестве предохранительного узла, защищающего машину от поломки

или опасной перегрузки. В этом случае турбомуфта конструи­ руется таким образом, что при возникновении перегрузки жидкость из муфты автоматически вытекает в сообщенный с ней

резервуар и машина не в состоянии развивать усилия больше того, на которое она рассчитана. После снятия перегрузки жидкость, вытекшая из муфты в резервуар, автоматически воз­ вращается в муфту.

В соответствии с этим ниже рассмотрено применение турбо­ муфт на подъемных машинах в турбозубчатом редукторе, на тягальных лебедках в качестве регулирующих и на откаточ­ ных лебедках в качестве предохранительных.

За последнее десятилетие турбомуфты нашли широкое при­

менение в судостроении, автотранспорте, на экскаваторах, теп­ ловозах, самолетах, различного вида конвейерах, вентиляторах,

на машинах обогатительных и брикетных фабрик.

В настоящее время ведутся работы по применению турбо­ муфт в горных машинах: подъемных машинах и лебедках, вру­

бовых машинах, комбайнах и конвейерах.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТУРБОМУФТ

Применение турбомуфты обеспечивает снижение скорости

вращения ведомого вала при увеличении нагрузки на него.

Втурбомуфтах различной конструкции увеличение нагрузки

по-разному влияет на скорость вращения ведомого вала.

Водних муфтах с увеличением нагрузки скорость вращения

ведомого вала значительно снижается, а в других — остается

более или менее постоянйой.

Зависимость скорости вращения ведомого вала турбомуфты от передаваемого турбомуфтой крутящего момента называется жесткостью муфты. Обычно эта зависимость изображается

графически.

Если по горизонтальной оси (рис. 4) отложить передаваемый турбомуфтой крутящий момент М, а по вертикальной — ско­ рость вращения в оборотах в минуту л2 ведомого вала, то при постоянной скорости вращения пх ведущего вала и различных

величинах заполнения маслом турбомуфты можно построить

на основании испытаний кривые, характеризующие зависи­ мость п2 от М.

На рис. 4 представлены характеристики турбомуфты, полу­ ченные в лаборатории привода ВУГИ.

Характеристика 1 соответствует работе турбомуфты при

полном заполнении рабочей полости маслом, характеристики 2, 3, 4, 5 и т. д. — при частичном заполнении.

6

Из характеристик видно, что муфта с направляющим

устройством отличается большой жесткостью и при увеличении крутящего момента в 4 раза (участок а—а') скорость враще­ ния «9 уменьшается незначительно.

Только при очень малых заполнениях муфты характери­

фициент полезного действия.

П1

Графически зависимость к. п. д. ц от скорости вращения ведомого вала п<2 выражается прямой (см. рис. 4). При номи­ нальном режиме, соответствующем точке А, к. п.д. равен 0,95

(точка Е). При увеличении скольжения ведомого вала отно­

сительно ведущего к. п. д. уменьшается (точки Е' — 0,80, Е" —

9,46, Е'" — 0,15). Коэффициент полезного действия показывает, какая часть мощности, подведенной к турбомуфте при данном режиме работы, используется полезно. При режимах работы,

соответствующих точкам А, А', Л", А'", полезно используется

к. И. Люблинский, П. Л. Светличный

муфты практически равны между собой. Mj = M2, т. е. коэффи­ циент трансформации момента у турбомуфты равен единице:

На основании вышеизложенного можно определить, какая часть мощности двигателя за цикл подъема полезно исполь-

зуётся на подъемной машине, оборудованной турбомуфтой.

Крутящий момент [5] на валу подъемной машины изобра­ жается ступенчатым графиком (рис. 5, а), т. е. турбинное ко­ лесо испытывает за цикл подъема переменную нагрузку.

Рис. 5. Графики крутящего момента, скорости и мощности турбомуфты

Поскольку М2=Л4ь то и насосное колесо и двигатель за цикл подъема испытывают почти такую же нагрузку (рис. 5,6).

Только в последний период имеют место потери холостого хода двигателя.

Скорость вращения подъемной машины за цикл подъема — переменная и чаще всего изображается трапецеидальной тахо­

рение подъема возрастает по мере заполнения муфты жидко­ стью. Насосное колесо имеет постоянную скорость (рис. 5, г),

8