INTERNACIONALNI UNIVERZITET U TRAVNIKUSAOBRAĆAJNI FAKULTET

TRAVNIK

HIDRODINAMIČKE SPOJNICE

SEMINARSKI RAD

Predmet: Transportna sredstva i uređaji

Mentor: Student:Prof.dr. Sato Olević Faruk Tahmiščija

Br. indexa: 51/10-I

Travnik, januar 2013

SADRŽAJ

Strana

1. UVOD 3

2. SPOJNICE 4

3. HIDRODINAMIČKE SPOJNICE 63.1. Prosta hidrodinamička spojnica 103.2. Hidrodinamička spojnica za povećanje okretnog momenta 103.3. Hidromehanička spojnica 11

4. ZAKLJUČAK 13

LITERATURA14

POPIS SLIKA14

2

UVOD

Hidrodinamička spojnica je osnovna i najjednostavnija komponenta u hidrodinamičkom prenosu snage. Obzirom na proces koji se odvija u hidrodinamičkom prenosu snage, koji je sasvim različit od uobičajenih klasičnih sistema, a u cilju optimalnog iskorištenja potrebno je poznavati princip rada, radne parametre i njihovo usaglašavanje sa pogonskom i radnom mašinom.

Princip rada hidrodinamičke spojnice je da ona prenosi energiju posredstvom fluida, bez čvrste mehaničke veze između pogonske i radne mašine. Sastoji se iz dva osnovna elementa:

1. pumpnog kola koje je spojeno na vratilo pogonskog motora i2. turbinskog kola koje je spojeno na vratilo radne mašine

Spojnica se puni mineralnim uljem visoke tačke paljenja i velikom postojanošću sa 65 do 80% zapremine. Ova spojnica prigušćuje oscilacije i udarce, a rad je miran. U slučaju da je spojnica preopterećena duže vrijeme, dolazi do pregrijavanja ulja. Zato spojnica ima lahko topljivi čep koji se usljed povišene temperature topi pri čemu dolazi do isticanja ulja i prekidanja veze.

3

2. SPOJNICE

Spojnice su mašinski sklopovi kojima se omogućuje spajanje dva vratila i time omogućuje prenos obrtnog kreatanja sa jednog na drugo vratilo.

Cilj spajanja vratila je da se prenos snage odnosno momenta sa jednog sklopa prenese na drugi sklop ili postrojenje.

Zadatak spojnice je pored spajanja i razdvajanje prenosa momenta sa jednog dijela mašine na drugi što je slučaj kod vozila ili kada se neka vratila ne upotrebljavaju u određenom vremeu na nekoj radnoj mašini.

Pored ovog zadatka spojnicama se rešavaju i određeni dopunski zadaci. prigušenje udarnih opterećenja i mogućnost postepenog povećanja obrtnog

momenta eliminacija kritičnih brojeva okretaja u opsegu radne brzine ispravljaju se netačnosti i nepravilnosti u radu vratila uzrokovanih

montažom i sl. osiguranje sklopova ili pogonskog motora od preopterećenja.

Da bi u potpunosti odgovorile svojoj namjeni spojnice se najčešće postavljaju iza motora i ispred radne mašine (što bliže osloncu vratila) slika1.

Slika 1. Spojnica u sistemu prenosa snagePM-pogonska mašina, RM-radna mašina, L-ležajevi.

Osnovni parametar spojnice je obrtni moment koji prenosi i ugaona brzina (broj okretaja)

Glavne konstrukcione karakteristike spojnice su: masa, moment inercije, gabaritne dimenzije i brlo bitna dimenzija prečnikotvora za vratilo.

Često se spojnice proizvaode za jednu veličinu momenta i za čitavu familiju prečnika vratila. Osnovni tipovi spojnica su standardizovani.

Proračun spojnica se provodi uglavnom kod ugradnje na odgovorne mašine u ostalim slučajevima spojnice se biraju na osnovu kataloških vrijednosti proizvođača a prema momentu koji je jednak T = KA Tn,gdje je KA - dinamički koeficijent, faktor spoljnjih uticaja, Tn-nominalni obrtni moment spojnice.

4

Na veličinu faktora KA utiče krutost spojnice ali prvenstveno neravnomjernost rada mašine tako za mašine sa malim inercionim masama i pri tihom radu (KA =1...1,5), za mašine sa srednjim inercionim masama i pri promjenljivom opterećenju (KA =1,5...2,0), a kod mašina sa velikim i udarnim opterećenjima (KA =2,5...3,0), pa i veće vrijednost.

Prema svojim karakteristikama u toku rada- eksploatacije spojnice mogu biti:

A) Nerazdvojive kod kojih u toku rada su vratila stalno spojena i prenos snake je stalan, ovdje spadaju: krute, elastične i zglobne spojnice.

B) Razdvojive spojnice kod kojih u toku rada se veza može razdvojiti bez rasklapanja spojnice, od ovih najviše u primjeni su: kandžaste, zupčaste, frikcione, i sinhro spojnice.

C) Specijalne spojnice koje su uglavnom razdvojivog tipa i pored prenosa obrtnog momenta imaju i određenu specifičnu funkciju. Ovdje spadaju: sigurnosne, centrifugalne, hidrodinamičke, jednosmjerne i td.

Sigurnosne spojnice imaju zadatak da kod prekoračenja određene veličine momenta dolazi do prekida određenog sigurnosnog elementa (vijak, čivija itd.) koji je proračunat za tu veličinu momenta.

Centrifugalne spojnice se uključuju i isključuju tek kada centrifugalna sila dostigne određenu vrijednost (ugaona brzina) (automobili , motorne pile i sl).

Jednosmjerne spojnice prenose obrtni moment samo u jednom smjeru dok u suprotnom smjeru okretanje je slobodno (pogon bicikla, valački stanovi).

U mašinstvu uopšte koriste se različiti tipovi, ovdje će mo posebnu pažnju posvetiti oni spojnicama koje nalaze primjenu u transportnim sredstvima.

____________________Sarvan M. , Transportna sredstva i uređaji

5

3. HIDRODINAMIČKE SPOJNICE

Hidrodinamičke spojnice (turbo spojnice) pripadaju grupi specijalnih spojnica i primjenjuju se kod velikog broje mašina posebno kod sistema prenosa snage kod motornih vozila. Osnovni elementi i princip rada vide se na slici 2.

Slika 2. Osnovni elementi i princip rada hidrodinamičke spojnice: PS – pogonski strojRS – radni stroj, P – pumpni dio prenosnika, T – turbinski dio, R – reakcijski član

Hidrodinamička spojnica sastoji se od pumpe P vezane za pogonski stroj, turbine T vezane za radni stroj RS te kućišta kao reakcijskog člana R. Sva tri glavna elementa konstruktivno se nalaze u kompaktnoj izvedbi kao na slici 3. i 4.

Radni stroj pogonom pumpnog dijela povećava kinetičku energiju tekućine koja se troši na turbinskom dijelu prenosnika spojenom na radni stroj, prolazeći pri tome i kroz statorske lopatice. Konstruktivno je moguće predvidjeti da se reakcijski član može osloboditi, čime se prenosnik pretvara u spojnicu sa proklizavanjem.

Slika 3. Hidrodinamička spojnica

6

Odlikuje se specifičnim principom rada u odnosu na ostale, naime prenos snage se ostvaruje posredstvom fluida najčešće ulja pa je veza pogonskog i gonjenog vratila veoma elastična. Prednosti ove spojnice u odnosu na ostale je:

«meki» prenos obrtnog maomenta, velika mogućnost regulacije izlazne brzine i momenta, prigušenje udara i vibracija, pouzdan rad, automatsko odvajanje pogonskog i radnog dijela mašine pri malim ugaonim

brzinama.

Ova posljednja karakteristika je značajna kod vozila jer pri čestim zaustavljnjima nije potrebno isključivati motor od transmisije. Posebno je pogodna primjena kod vozila gradskog saobraćaja gdje vozač na 100 km isključi frikcionu spojnicu i do 2000 puta.

Rad hidrodinamičke spojnice je uvijek praćen proklizavanjem odnosno razlikom vrijednosti ugaonih brzina pogonskog (1) i gonjenog (2) vratila.

Kod velikih proklizavanja veoma je mali stepen korisnosti što predstavlja osnovne nedostatke. Ovo proklizavanje je najveće na početku rada te je tada i stepen iskorišćenja najmanji što je nepovoljno u sitemu rada vozila. Ovaj nedostatak se otklanja regulacijom obrtnog momenta.

Hidrodinamička spojnica nikada potpuno ne odvaja i pri praznom hodu se prenosi neki manji obrtni moment što je nepovoljno za slučaj uključenja menjačkog prenosnika kod vozila. Ovo se neutrališe ili ugradnjom dodatne frikcione spojnice ili ugradnjom specijalnog planetarnog prenosnika.

Pri radu hidrodinamičke spojnice dolazi do proklizavanja (1...3) % tj. ugaona brzina turbinskog kola je manja od ugaone brzine pumpnog kola odnosno centrifugalna sila u radnom fluidu u pumpnom kolu je veća od reaktivne sile fluida u turbinskom kolu.

Proklizavanje hidrodinamičke spojnice je uslov njenog rada. Jednake brzine pumpnog i turbinskog kola su u slučaju kada nema prenosa obrtog momenta.

Prenos snage je bez posrednika te su obrtni momenti na pumpnom i turbinskom kolu isti odnosno Tp=Tt.

U toku rada hidrodinamičke spojnice dolazi do zagrijavanja srazmjerno proklizavanju.

Jedna od prednosti hidrodinamičke spojnice je i mogućnost regulacije obrtnog momenta, promjenom ulazne ugaone brzine pumpnog kola ili promjenom količine fluida u spojnici. Karakteristike ovih spojnica su date standardima.

Na slici 4. prikazano je ravnotežno stanje između pumpnog, turbinskog i reakcijskog člana za tri karakteristična stanja. Kao kod svih prenosnika, ovi odnosi dobiju se iz uslova da suma vanjskih momenata mora biti jednaka nuli.

____________________Sarvan M. , Transportna sredstva i uređaji

7

Slika 4. Stanje ravnoteže za tri karakteristična stanja hidrodinamičke spojnice

Karakteristični parametri hidrodinamičkih spojnica su:

Stepen pretvaranja momenta

Stepen pretvaranja brzine

Značajka proporcionalnih ili pogonskih karakteristika

Stepen iskorišćenja hidrodinamičke spojnice je:

gdje je PT - snaga na turbinskom kolu, Pp - snaga na pumpnom kolu, t - ugaona brzina turbinskog kola, p - ugaona brzina pumpnog kola.

8

Obrtni moment koji spojnica može da prenese zavisi od vrste fluida i režima strujanja fluida uključujući i otpore koji nastaju, ugaone brzine i gabarita spojnice,

gdje je: - gustina fluida, p - ugaona brzina pumpnog kola, D - maksimalni prečnik kruga cirkulacije fluida u pumpnom kolu spojnice, mh - koeficijent hidrauličkog momenta odnosno obrtni moment koji prenosi radni fluid pumpnog kola pri D=1m, =1rad/s, =1kg/m3. Ovaj koeficijent zavisi od konstrukcije hidraulične spojnice i njenog proklizavanja, a određuje se eksperimentalno i daje se kao bezdimenzionalna karakteristika.

Stepen proklizavanja (s) jednak je

, odakle je =1-s,

Slika 5. Karakteristike hidrodinamičke spojnice pri np = const.

Na slici 5 vide se karakteristični parametri. Može se uočiti da faktor iskorištenja raste do nekog maksimuma a onda opet opada, što znaći da postoji relativno usko područje ekonomičnog rada hidrodinamičke spojnice. Kod dvofaznog pretvaraća može se kod niskog prenosnog odnosa isključiti reakcijski član čime stepen iskorištenja postaje znatno veći. Kod kombinovanih prenosnika jedan od načina je taj da se u trenutku pada stepena iskorištenja, automatski uključi mehanički stepen čime iskorištenje znatno raste.

Stepen iskorišćenja hidrodinamičke spojnice je u direktnoj vezi sa odnosom ugaonih brzina turbinskog i pumpnog kola odnosno od proklizavanja spojnice. Tako za stepen proklizavanja s=0,02 (2%) stepen korisnosti spojnice je 0,98.

U toku rada hidrodinamičke spojnice dolazi do zagrijavanja srazmjerno proklizavanju.____________________Sarvan M. , Transportna sredstva i uređaji

9

Jedna od prednosti hidrodinamičke spojnice je i mogućnost regulacije obrtnog momenta, promjenom ulazne ugaone brzine pumpnog kola ili promjenom količine fluida u spojnici. Karakteristike ovih spojnica su date standardima.

3.1. Prosta hidrodinamička spojnica

Prosta hidrodinamička spojnica se sastoji od pogonskog i goljenog kola. Pogonsko kolo ima lopatice pumpe i spojeno je na koljenasto vratilo, a gonjeno kolo ima lopatice turbine i spojeno je na vratilo gonjenog mehanizma. Pogonsko kolo ili kolo pumpe još se naziva primarna zdjelica, a gonjeno kolo ili kolo turbine sekundarna zdjelica. Spojnica je ispunjena uljem koje kroz nju neprekidno cirkuliše pod pritiskom 3 – 4 bara

Slika 6. Hidrodinamička spojnica1 – Primarna zdjelica, 2 – sekundarna zdjelica, 3 – stražnji dio primarne zdjelice

Okretanjem koljenastog vratila lopatice pumpe zahvataju ulje i centrifugalnom silom ga tjera prema obodu pumpe. Izlaskom sa lopatica pumpe ulje udara u lopatice turbine usljed ćega se kolo turbine pokreće. Takvo djelovanje ulja u hidrodinamičkoj spojnici naziva se akcija ili akcijsko djelovanje.

3.2. Hidrodinamička spojnica za povećanje okretnog momenta

Hidrodinamička spojnica za povećanje okretnog momenta osim primarne i sekundarne zdjelice ima i zdjelicu praznog hoda ili međukolo. Međukolo je za kućište vezano jednosmjernom spojnicom koja međukolu dopušta okretanje samo u jednom smjeru. U drugom smjeru jednosmjerna sspojnica ukrućuje međukolo.

Za razliku od strujanja od strujanja ulja kroz prostu hidrodinamičku spojnicu u ovoj spojnici ulje izlaskom iz sekundarne zdjelice udara u lopatice međukola. Zbog toga ulje

10

naglo usporava, a reakcija njegovog udaranja prenosi se natrag prema lopaticama sekundarne zdjelice. Tako na lopatice sekundarne zdjelice djeluje dodatna sila kojom se sekundarnoj zdjelici za dva do tri puta povećava okretni moment.

Slika 7. Hidrodinamička spojnica za povećanje okretnog momenta:1 – Primarna zdjelica, 2 – sekundarna zdjelica, 3 – zdjelica praznog hoda

4 – poklopac, 5 – jednosmjerna spojnica

3.3. Hidromehanička spojnica

Stepen iskorištenja hidrodinamičke spojnice iznosi 90-97 % i zavisi od brzine obrtanja spojnice. Ostatak energije od 3-10 % su gubitci koji se pretvaraju u povećanje toplotne energije ulja. Da bi se izbjegli ti gubitci, u hidrodinamičke spojnice se ugrađuju dodatne mehaničke spojnice.

Kombinacijom hidrodinamičke i mehaničke spojnice dobije se hidromehanička spojnica u kojoj, u području većih brzina okretanja, nema gubitaka energije.

Mehanička spojnica vezana je za kolo turbine a njeno uključivanje i isključivanje obavlja upravljačka jedinica.

U području nižih brzina obrtanja upravljačka jedinica propusti ulje pod pritiskom sa lijeve strane tanjira i drži ga isključenim.

U području većih brzina obrtanja upravljačka jedinica propusti ulje pod pritiskom sa desne strane tanjira zbog čega se tanjir pomakne u lijevo i spoji kolo turbine sa kućištem pumpe

____________________Kalinić Z.; Cestovna vozila 4/ Održavanje cestovnih vozila

11

Slika 8. Hidromehanička spojnica sa lamelnom mehaničkom spojnicom:1 – kolo pumpe, 2 – kolo turbine, 3 – međukolo sa jednosmjernom spojnicom

4 – unutrašnja lamela sa prigušnicom uvojnih vibracija, 5 – vanjska lamela6 – potisna ploča, 7 – poklopac

Slika 9. Hidromehanička spojnica sa tanjirastom mehaničkom spojnicom:1 – kolo pumpe, 2 – kolo turbine, 3 – međukolo sa jednosmjernom spojnicom

4 – tanjir sa prigušnicom uvojnih vibracija, 5 – poklopac

3.3. Hidromehanička spojnica

U tekućem održavanju hidrodinamičke spojnice zamjenjuje se filter ulja, kontroliše nivo ulja, stanje pumpe i stanje hladnjaka ulja. Vizuelno se kontrolišu cjevi i u slučaju propuštanja otklanja se uzrok. Kada se utvrdi ispravno stanje svih komponenti, konačno stanje spojnice se utvrđuje probnim radom..

12

4. ZAKLJUČAK

Hidrodinamičke spojnice se predviđaju za rad pri klizanju 2 – 3 % u radnom režimu. Ova vrijednost klizanja se reguliše pravilnim izborom veličine spojnice i odgovarajućim punjenjem. Količina punjenja kod svih hidrodinamičkih spojnica se kreće u granicama 65 – 80 % od ukupne zapremine spojnice i ove granice se ne smiju prekoračiti.

Pri dužem radu sa većim proklizavanjem dolazi do zagrijavanja ulja u spojnicama. Ako se ulje zagrije na 140° dolazi do topljenja sigurnosnih čepova na obodu spojnice. Ulje izlazi iz radnog prostora i dolazi do prekida snage odnosno pogonski sistem je rasterećen.

Prednosti primjene: Bezudarno kontinuirano ubrzanje velikih inercionih masa uz primjenu

kratkospojnih elektromotora Prigušenje mogućih oscilacija opterećenja u toku rada Jednostavno prilagođavanje karakteristika motora i hidrospojnica Lako sinhronizovanje zajedničkog rada više elektromotora Dimenzionisanje motora prema nominalnom opterećenju Rasterećeno pokretanje motora i kod opterećene ili blokirane radne mašine Spriječava mogućnost gašenja motora pod „malim“ gasom ili pri

preopterećenju Sigurna zaštita motora i transmisije od prevelikih opterećenja Visok stepen korisnosti u trajnom radnom režimu

Hidrodinamičke spojnice, zahvaljujući prednostima nalazi široku primjenu pri prenosu energije u svim granama industrije:

Transportna sredstva kontinuiranog i prekidnog transporta Procesna oprema za kožarsku, prehrambenu, hemijsku industriju i rudarstvo Mašine za obradu i preradu metala, drveta i tehstila Mašine za geoistraživanje i eksploataciju nafte Svi ostali pogoni mašina i uređaja gdje se zahtjeva siguran i ekonomičan

prenos snage.

13

LITERATURA

1 Sarvan M.; Transportna sredstva i uređaji (predavanje 6); Internacionalni univerziteta u Travniku; Travnik, 20112 Kalinić Z.; Cestovna vozila 4/Održavanje cestovnih vozila; Udžbenik za strukovne škole, 2012

POPIS SLIKA

Slika 1. Spojnica u sistemu prenosa snageSlika 2. Hidrodinamička spojnica sa sa planetarnim dvosmjernim mjenjačemSlika 3. Hidrodinamička spojnicaSlika 4. Stanje ravnoteže za tri karakteristična stanja hidrodinamičke spojniceSlika 5. Karakteristike hidrodinamičke spojnice pri np = const.Slika 6. Hidrodinamička spojnicaSlika 7. Hidrodinamička spojnica za povećanje okretnog momentaSlika 8. Hidromehanička spojnica sa lamelnom mehaničkom spojnicomSlika 9. Hidromehanička spojnica sa tanjirastom mehaničkom spojnicom

14