Водяной тормоз

Информацию о методе приведения в действие тормоза, обычно используемом в транспортных средствах, см. в разделе «Гидравлический тормоз» .

Схема водяного тормоза на динамометрическом стенде.

4-минутное видеоруководство, объясняющее, как работают амортизаторы водяного тормоза с динамометрическим стендом.

Водяной тормоз — это тип гидромуфты, используемый для поглощения механической энергии, и обычно состоит из турбины или гребного винта, установленного в корпусе, заполненном водой.

Когда турбина или пропеллер вращаются, механическая энергия передается воде за счет турбулентности и трения . Удар, вызванный ускорением воды при ее прохождении из карманов статора в карманы вращающегося ротора, требует энергии. Эта энергия нагревает воду из-за трения, когда вода проходит через водяной тормоз. Почти вся мощность системы, вращающей ротор (обычно двигателя внутреннего сгорания), преобразуется в изменение температуры воды. Очень небольшое количество энергии потребляется подшипниками и уплотнениями внутри устройства. Следовательно, вода должна постоянно проходить через устройство со скоростью, пропорциональной поглощаемой мощности. Температура воды на выходе из устройства должна поддерживаться на уровне 120–160 °F (50–70 °C) во избежание образования накипи и кавитации. Вода поступает в центр устройства и, пройдя через карманы в статоре и роторе, выходит наружу корпуса через регулируемое отверстие. Величина загрузки зависит от уровня воды внутри корпуса. Некоторые водяные тормоза изменяют нагрузку, контролируя только объем входящей воды, и имеют установленный размер выпускного отверстия в зависимости от желаемой потребляемой мощности, а некоторые одновременно управляют как входными, так и выходными отверстиями, что позволяет лучше контролировать температуру воды на выходе. Корпус вентилируется наружу, что позволяет воздуху вытеснять воду по мере того, как уровень воды в блоке поднимается и падает.

Величина крутящего момента, который может быть поглощен, определяется уравнением T=kN. ² Д ⁵ где T = крутящий момент, N = частота вращения, D = диаметр ротора и k = константа, зависящая от размера, формы и угла карманов ротора/статора.

В системах, в которых требуется измерение крутящего момента испытуемой системы, обычно используется тензодатчик, установленный на моментном рычаге, который прикреплен к корпусу перпендикулярно входному валу. Корпус/статор установлен на роликовых подшипниках, а ротор установлен на роликовых подшипниках внутри корпуса/статора так, что он может вращаться независимо от ротора и рамы. Тензорезистор соединяет моментный рычаг с рамой в сборе и удерживает корпус от вращения, когда корпус пытается повернуться в том же направлении, что и турбина. (третий закон Ньютона).

Величину сопротивления можно изменять, изменяя количество воды в корпусе в любой момент времени. Это достигается с помощью водяных клапанов с ручным или электронным управлением. Чем выше уровень воды в тормозе, тем больше нагрузка. Водяные тормоза обычно используются в некоторых видах динамометров, но также используются на железнодорожных транспортных средствах, таких как британский усовершенствованный пассажирский поезд .

Гидрокинетическая конструкция (поглощение крутящего момента)

Водяной тормоз Froude основан на гидрокинетической конструкции или (поглощении крутящего момента).

Машина состоит из крыльчатки (ротора), которая за счет своего вращения ускоряет воду наружу. Скорость воды изменяется статором, который заставляет воду возвращаться во внутренний диаметр ротора. Для данной массы воды это изменение скорости приводит к соответствующему изменению импульса, а скорость изменения импульса пропорциональна силе. Эта сила, действующая в какой-то точке внутри ротора и статора, находится на расстоянии от центральной линии вала, и сила, умноженная на расстояние, создает крутящий момент.

См. также

• Чтобы преобразовать крутящий момент