Гидродинамические передачи мощности.
Требования, предъявляемые к передаче тепловоза.
Силовая передача в значительной степени определяет тягово-экономическую характеристику, эксплуатационные качества, вес и стоимость изготовления тепловоза.
Нагрузка и скорость тепловоза меняется от нулевых значений до максимально возможных. Дизель не обладает свойством приспособляемости к условиям работы тепловоза в широком диапазоне изменения нагрузок и скоростей движения. Поэтому требования, предъявляемые к силовой передаче, диктуются необходимостью приспособления неэластичной характеристики дизеля к специфическим условиям работы тепловоза. Эти требования следующие:
Классификация гидродинамических передач.
Гидропередачи тепловозов делятся на две основные группы: гидравлические и гидромеханические.
В многоскоростной
гидравлической передаче (МГП) мощность передается при помощи гидравлических
элементов – гидротрансформаторов и гидромуфт.
Гидравлической передаче свойственна бесступенчатость изменения передаточного
отношения, автоматичность действия, относительная дешевизна и др. Повышающая
зубчатая передача от дизеля или зубчатых колес между выходным валом гидропередачи
и колесами тепловоза (например осевого редуктора), не изменяющая тяговых свойств
МГП, не ставит и в группу гидромеханических.
Многоскоростная гидромеханическая передача (МГМП) составлена из гидравлических машин и зубчатых колес. Мощность передается последовательно или параллельно; в некоторой части диапазона скоростей тепловоза возможна передача мощности только гидравлическим или только механическим путем. Гидромеханической передаче присущи свойства как гидравлической, так и механической передач.
Главным достоинством механической передачи является ее высокий к.п.д. Однако передача мощности здесь весьма несовершенна, так как в моменты переключения скоростей падения числа оборотов сопровождается понижением передаваемой мощности. Глубокие «провалы» в момент переключения не позволяют сохранить достигнутую на предыдущей ступени скорость, вследствие чего замедляется дальнейший разгон.
Чтобы падение мощности было небольшим, необходимо иметь большое число ступеней скоростей.
Ступенчатая тяговая характеристика тепловоза с механической передачей не обеспечивает всех удобств управления и работы, получающихся при силе тяги изменяющейся по гиперболической кривой, соответствующей постоянной мощности.
В гидромеханической передаче объединены положительные свойства как гидравлической, так и механической передачи; преобладание свойств той или другой передачи зависит от компоновки гидравлических и механических элементов.
На рисунке представлена классификация многоскоростных гидравлических передач.
Подавляющее большинство существующих гидравлических передач относится к однопоточным, у которых вся мощность дизеля передается единым силовым потоком.
Многопоточные гидравлические передачи не нашли широкого применения на тепловозах и были выполнены в единичных экземплярах фирмами Фойта и Круппа. В передачах такого типа к каждой движущей оси тепловоза мощность передается через отдельные гидротрансформаторы. Существенным признаком многопоточной гидропередачи является независимость вращения выходных валов гидропередачи.
Как однопоточные, так и многопоточные передачи могут быть составлены из одного или нескольких гидротрансформаторов и гидромуфт или кругов циркуляции.
Одциркуляционная гидропередача.
Одноциркуляционная гидропередача с одним гидротрансформатором встречается достаточно редко. Схема и тяговая характеристика одноциркуляционной гидропередачи приведена на рисунке.
Примером может служить английский тепловоз «Ханслет» мощностью 204 л.с. с одноступенчатым гидротрансформатором без коробки скоростей. Он предназначен для специальной маневровой работы на малой скорости, но с большой нагрузкой в течение продолжительного времени (для подачи состава на вагонные весы).
Наибольшее распространение на сегодняшний день получили однопоточные многоциркуляционные передачи с двумя и тремя кругами циркуляции.
Двухциркуляционные гидропередачи.
При двух кругах циркуляции возможны два типа гидропередачи: с одним гидротрансформатором и одной гидромуфтой и с двумя гидротрансформаторами. Ко второму типу относятся передачи Фойт L24, L26, L28, L620 и другие.
На рисунке показан общий вид двухциркуляционной гидропередачи L620 с двумя гидротрансформаторами.
Трехциркуляционные
гидропередачи.
Трехциркуляционные гидропередачи бывают трех типов.
Гидропередачи первого типа составлены из гидротрансформатора и двух гидромуфт. К ним относятся передачи Фойт L37,L37zu, Т212bre, а также унифицированная гидропередача Муромского завода мощностью 350-500 л.с.
Гидропередачи второго типа составлены из двух гидротрансформаторов и одной гидромуфты. К ним относятся передача Фойта L217, передачи SEM, а также унифицированная передача Калужского машиностроительного завода мощностью 750-1200 л.с.
Гидропередачи третьего типа составлены из трех гидротрансформаторов, к ним относятся передачи Фойта L36, L306 и L308.
Схема трехциркуляционной гидропередачи с гидротрансформатором и двумя гидромуфтами типа Т212bre приведена на рисунке.
В многоциркуляционных передачах переключение с одного круга циркуляции на другой или переключение скоростей движения тепловоза производится путем опорожнения одного и заполнения маслом другого круга циркуляции. При оптимальном совмещении процессов опорожнения и наполнения с помощью несложной автоматики достигается сравнительно быстрое (3 – 5 сек) и надежное переключение скоростей без снижения силы тяги.
Трогание с места и разгон всегда производятся на гидротрансформаторе. При холостом ходе, стоянке или на ходу все круги циркуляции опоражниваются.
В представленной таблице приведана характеристика основных типов гидропередач применяемых на отечественных железных дорогах.
Параметры
|
Тип
передачи |
|||||||
УГП
750-1200 |
УГП 750/ 2Т |
ГДП
1000 |
ТГМ3 |
Л60 |
УГП
350-500 |
L26 |
L217 |
|
Схема
передачи |
ГТР1+
ГТР2+ ГМ |
ГТР+
ГТР |
ГТР+
ГТР |
ГТР+
КПП |
ГТР+
ГТР |
ГТР+
ГМ+ ГМ |
ГТР+
ГТР |
ГТР+
ГТР+ ГМ |
Число
ступеней скорости |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
3 |
2 |
3 |
Мощность,
л.с. |
750
- 1200 |
750
- 840 |
1000 |
750 |
1000 |
350
- 500 |
360 |
1000 |
Максимальный
к.п.д., % при работе на: |
||||||||
ГТР1 |
85,0 |
85,0 |
85,0 |
85,0 |
85,0 |
84,0 |
85,0 |
84,0 |
ГТР2 |
85,0 |
85,0 |
87,0 |
- |
85,0 |
- |
85,0 |
85,0 |
ГМ1 |
90 |
- |
- |
- |
- |
91 |
- |
92 |
ГМ2 |
- |
- |
- |
- |
- |
89 |
- |
- |
Средний
к.п.д., % |
82,5 |
82,5 |
83,0 |
83,0 |
81,5 |
83 |
83 |
82,5 |
Диапазон
рабочих скоростей при к.п.д. более 78% |
6,0 |
5,2 |
4,5 |
5,0 |
5,5 |
4,8 |
4,2 |
5,0 |
Серия
тепловоза |
ТГМ3А,
ТГ102К, ТГМ6, ТГМ10 |
ТГМ3Б,
ТГ16 |
ДР1,
ДР1П |
ТГМ3 |
ТГ102 |
ТГМ1,
ТГМ3 |
ТГМ1 |
ТГ102 |
Масса
передачи в сборе, кг |
5670 |
5500 |
3080 |
4070 |
5170 |
7600 |
6400 |
4450 |