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:

  1. Сила тяги тепловоза в зависимости от скорости движения должна изменяться плавно, приближаясь к гиперболе (одинаково для переднего и заднего хода).
  2. Передача должна обладать возможно большим отношением вращающих моментов, т.е. отношение момента, развиваемого передачей при трогании с места, к моменту при наибольшей скорости должно быть максимальным при полной мощности дизеля. Для маневровых тепловозов это отношение равно 4-5, для магистральных оно достигает 10-12.
  3. Высокий к.п.д. на всех режимах работы тепловоза.
  4. Передача должна автоматически приспосабливаться к внешней нагрузке, обеспечивая работу дизеля и передачи на наиболее экономичных режимах.
  5. Передача должна иметь реверсивный механизм для изменения направления движения тепловоза (при нереверсивном дизеле).
  6. Передача должна допускать разъединение дизеля от движущих осей тепловоза как на стоянке, так и при движении; первое условие позволяет производить пуск дизеля без нагрузки.
  7. Расходы на ремонт и эксплуатацию передачи должны быть возможно меньшими, а пробег тепловоза между ремонтами – максимальным.
  8. Передача должна иметь малый вес и низкую стоимость.
  9. Передача должна быть надежной в эксплуатации, простой по конструкции и в обслуживании.

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/

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


 

Форум СЦБистов - Railway Automation Forum