Среди прочих видов тормозных устройств гидравлические тормоза в настоящее время получили большое распространение. 
По сравнению с электрическими тормозами они характеризуются меньшими габаритами и стоимостью и большим диапазоном поглощаемой мощности. Поглощение мощности в гидротормозе происходит либо вследствие гидродинамической работы, затрачиваемой на перемещение жидкости, либо вследствие трения ротора о жидкость.
Действие большинства гидротормозов основано на сопротивлении жидкости перемещению вращающегося в ней ротора. При вращении ротора движущаяся вместе с ним жидкость передает полученную от ротора энергию на неподвижную стенку балансирно подвешенного статора и стремится, как бы увлечь его за собой, создавая на корпусе статора момент, измеряемый тем или иным силоизмерительным устройством. Изменение нагрузки достигается большим или меньшим заполнением статора водой либо изменением величины активной поверхности ротора.
В качестве рабочей жидкости применяют воду, обладающую большой теплоемкостью и дешевизной. Иногда применяется масло с повышенной вязкостью, благодаря чему удается получение большей тормозной мощности.
Все разнообразные конструкции гидротормозов можно свести к следующим: лопастные, штифтовые и дисковые.
Основные параметры, характеризующие гидротормоз
Тормозная мощность N в кВт; 
Тормозной момент М в Нм;
Скорость вращения п в об/мин;

Величина предела регулирования тормоза по скорости  ;
Величина предела регулирования тормоза по моменту  ;
Температура рабочей жидкости, чаще всего воды, t°C.
Величины а и β характеризуют возможные пределы использования гидротормоза по скорости и по моменту.
Для определения размеров проточной части динамометров-гидротормозов пользуются расчетами по формулам подобия, основывающиеся на испытании геометрически подобной модели [1].
Теория размерностей позволяет получить выражение для определения размеров гидротормоза по формулам подобия:

 QUOTE   (1)

где M –момент поглощаемый динамометром-гидротормозом;
λ – коэффициент пропорциональности (момента), который принимается постоянным для геометрически подобных машин, работающих в режимах закритических Re;
ρ – плотность рабочей жидкости;
D – характерный размер гидротормоза (наибольший размер колеса гидротормоза – активный диаметр;
n – число оборотов гидротормоза.
Поскольку мощность N = Mn, то

 (2)

где А коэффициент мощности постоянный для геометрически подобных машин).
Расчет по формуле (1), а также по формуле (2) требует, чтобы для модели были известны величины, определяющие ее работу, т. е. М; ρ; п; D или λ и ρ.
Задавая значения перечисленным величинам, можно рассчитать гидротормоз.
Для штыревого гидротормоза величина  может быть заменена произведением , где S—статический момент проекции штыря на плоскость, проходящую через ось гидротормоза и штыря относительно оси гидротормоза.
Величина S может быть определена из:

 ^,

где L — длина погружаемой части штыря;
b — его ширина;
— радиус, на котором расположен центр тяжести штыря.
Подставляя это выражение в формулу (1), получим

 , (3)

где k — постоянная величина, зависящая от рода жидкости.
Из формулы (3) следует, что тормозной момент на валу гидротормоза зависит от длины штыря L, его ширины b и среднего радиуса  .
На рис. 1 представлена зависимость величины L от  для различных конструкций гидротормозов.

Рисунок 1 – Зависимость величин L и b от  .

Так как штырь выполняется постоянной ширины, то определение его предельной ширины следует производить на среднем радиусе r_цт, т. е.

Расчет динамометра-гидротормоза штыревой конструкции выполняется в два этапа – расчет первого приближения и расчет второго приближения [2].

Предварительно задают значения величин L и b в долях от r_цт и подставляют в формулу (3), после чего получают

. (4)

Здесь 0,87 — опытный коэффициент при L = 0,2rцт и b = 0,05 rцт.
Показатели степени при r и п также скорректированы на основании опытов.
Решая это выражение относительно r_цт, получим

 . (5)

В формуле (4) Ni — расчетная мощность, приходящаяся на один штыревой венец на роторе. 
После определения величины r_цт проводится проверка скорости, допустимой на радиусе r_цт:

где u_цт — скорость на радиусе r_цт;
где r_цт — [м]; п — [об/мин].

Зная r_цт, по графикам, представленным на рис.1, определяют длину и ширину штыря L , b. 
Вычисляют размер барабана гидротормоза:

Определяют приемлемость длины штыря на отсутствие резонанса:

 ,

где  момент инерции штыря ;
 — частота возмущающей силы;
; 
z_c — число штырей в одном ряду на статоре. 
При необходимости длина L штыря корректируется. Проверяется прочность штыря на разрыв центробежными силами.
Расчет второго приближения сводится к определению размеров, обеспечивающих прочности и жесткость элементов проточной части гидротормоза.
При необходимости размеры элементов изменяются и расчет повторяется вновь. Мощность вычисляется по формуле

 (6)

k=1 ÷ 0,75 — коэффициент пропорциональности между шагом штырей t и их длиной L; t = kL.

Рисунок 2 – Вид характеристики динамометра-гидротормоза штыревой конструкции

Для воспроизведения условий обкатки и испытания ДВС выбрана штыревая конструкция гидродинамического тормоза, как наиболее технологичная.

1. Кац С.М. Балансирные динамометры для измерения вращающего момента. – М. – Л: Госэнергоиздат, 1962, – 142с
2. Гавриленко Б.А., Минин В.А., Оловников Л.С. Гидравлические тормоза – Москва: Государственное научно-техническое изд-во машиностроительной литературы, 1961. – 244 c.

Все статьи автора «Сергеев Николай Николаевич»