Вспомогательные гидроприводы агрегатов локомотивов.

Гидравлические приводы вспомогательных механизмов и агрегатов нашли достаточно широкое распространение на локомотивах. В частности, довольно распространенным является использование гидравлических машин для приводов вентиляторов охлаждающих устройств тепловозов и компрессоров. В данном разделе рассмотрены лишь некоторые из них.

 

Гидропривод вентиляторов холодильника тепловоза ТЭП70.

Данный тип привода относится к гидрообъемным. Он состоит из четырех гидромашин типа МН250/100, представляющих из себя роторные аксильно-поршневые гидромашины с наклонным блоком и двойным несиловым карданом (см. раздел гидронасосы). Две гидромашины работают в режиме гидронасосов и две в режиме гидродвигателей. Схема привода приведена на рисунке.

 

От вала дизеля через повышающий редуктор (мультипликатор) 1 приводятся в действие два гидронасоса 2, 3, закачивающих масло из фильтра-бака 10 и подающих его к гидродвигателям 7, где энергия давления масла превращается в механическую энергию вращения вентиляторов 8. В номинальном режиме работы дизеля гидронасосы обеспечивают максимальную подачу масла, заставляя гидродвигатели вращать вентиляторы с максимальной частотой 1330 об/мин. Изменение частоты вращения вентиляторов достигается перепуском масла после гидронасосов мимо гидродвигателей. Изменение перепуска выполняют терморегуляторы 5, 6, имеющие датчики тем-ператур, омываемые водой или маслом дизеля. Под действием температуры среды изменяется объем наполнения датчика, что вызывает перемещение золотника терморегулятора, уменьшающего или увеличивающего перепуск масла от гидронасосов, минуя гидродвигатели.

В систему гидропривода включен фильтр тонкой очистки масла 11, не пропускающий частицы более 25 мкм, и бак фильтр 10, служащий одновременно и резервуаром для масла и фильтром, задерживающим частицы более 45 мкм. Для поддержания нормальной рабочей температуры масла в системе гидро-привода (60 – 70 град. С) предусмотрено охлаждение масла в одной масловоз-душной секции 9, устанавливаемой в шахте охлаждающего устройства.

Для того чтобы преодолеть момент сопротивления вращению вентилятора, требуется значительное давление масла на поршни блока цилиндров. Благодаря повышающему редуктору блок цилиндров гидронасоса имеет высокую частоту вращения, что обеспечивает большую подачу масла насосом и высокое его давление в нагнетательном трубопроводе 10-12 МПа. При постоянной частоте вращения вала дизеля частота вра-щения вентилятора изменяется перепуском части масла из нагнетательной в сливную магистраль. При этом в соответствии с изменением количества масла, подаваемого гидродвигателю, изменяется и его давление. Изменение количества передаваемого на слив масла осуществляют терморегуляторы.

 

Гидропривод вентилятора холодильника тепловоза 2ТЭ10в.

Привод вентилятора охлаждающего устройства тепловоза 2ТЭ10В, показанного на рисунке, осуществляется от заднего распределительного редуктора 1 через карданные валы 2, промежуточный вал, установленный в подшипниках редуктора 4 привода синхронного подвозбудителя 3, гидромуфты 5 вентилятора с угловым редуктором, вертикальный карданный вал 2 и вал 13 вращающийся в подшипниках подпятника 7.

Чугунный корпус 19 гидромуфты показанной на рисунке имеет две полости: переднюю открытую с торца, предназначенную для размещения гидромуфты и заднюю с двумя взаимно перпендикулярными расточками, служащими для установки валов 15 конического редуктора. Нижняя часть передней полости служит емкостью для масла, откуда оно через фильтр отсасывается лопастным насосом 4. Передняя полость корпуса закрыта фланцем 9, в расточке которого укреплена ступица 8. В торцовой ее части смонтирован шариковый подшипник, служащий опорой для приводного вала 2. Второй опорой вала является подшипник 22, запрессованный в расточку фланца 9. На коническом хвостовике вала напрессован приводной фланец 1, к фланцу на втором конце вала прикрепле-но болтами насосное колесо 11 гидромуфты. Турбинное колесо напрессовано на конический хвостовик горизонтального вала 15, вращающегося в шарико-вом упорном и роликовом подшипниках. Колокол гидромуфты образован двумя чашами 10, прикрепленными к насосному колесу 11.

Насосное и турбинное колеса имеют радиальные лопатки. Колеса гидромуфты отлиты из алюминиевого сплава. Между ступицей 8 и валом 2 установлена втулка-шестерня 7, представляющая собой втулку, на одном конце кото-рой снаружи нарезаны зубья, а на другом насажена шестерня 21. Зубчатый венец шестерни 21 связан с рейкой 6, а зубья на втором конце втулки входят в зацепление с двумя шестернями 21, приваренными к концам черпачковых трубок 20. Шестерни вместе с черпачковыми трубками могут поворачиваться на пустотелых штуцерах, укрепленных в неподвижной ступице 8.

Гидромуфта заполняется маслом через штуцер из системы дизеля. Подвод масла осуществляется по каналам во фланце 9 и ступице 8, кольцевому зазору между втулкой 7 и ведущим валом 2, затем по каналам внутри вала - во внутреннюю полость между колесами гидромуфты. Из рабочего объема гидромуфты масло поступает по отверстиям в насосном колесе в дополнительный объем, образованный наружной поверхностью насосного колеса и внутренней поверхностью чаши 10 (полость б). При заполнении гидромуфты маслом вращение от ведущего вала к ведомому горизонтальному валу передается за счет давления потока масла, отбрасываемого от лопаток вращающегося насосного колеса на лопатки турбинного колеса. При полном заполнении маслом полости колокола турбинное колесо имеет максимальную частоту вращения (на 2— 3 % меньше частоты вращения насосного колеса за счет «скольжения»). При частичном заполнении колокола маслом частота вращения турбинного колеса будет снижаться в зависимости от степени за-полнения колокола. Регулируя степень заполнения колокола маслом, можно регулировать частоту вращения вентилятора, к которому вращение передается от горизонтального вала через конический редуктор и вертикальный карданный вал.

 

Гидропривод вентилятора холодильника тепловоза ТГМ6А.

Приводной вал гидроредуктора 2 воспринимает вращающий момент от вала дополнительного отбора мощности дизеля и передает его через цилиндрические зубчатые колеса, гидромуфту и конические зубчатые колеса вентилятору. Все детали гидроредуктора рассчитаны на длительную работу; изнашивающимися элементами являются только зубчатые колеса и подшипники. Соединения зубчатых колес, турбинного колеса 5 и фланцев с валами выполнены конусными с гарантированным натягом. Схема гидроредуктора показана на рисунке.

Чугунный корпус 1 редуктора составной. Передняя часть его с двумя параллельными расточками служит для размещения повышающей цилиндрической зубчатой пары, средняя – для гидромуфты и задняя, имеющая две взаимно перпендикулярные расточки, - для конического редуктора. В корпусе имеются окна для осмотра зубчатых соединений и гидромуфты, отверстия и расточки для подвода и слива масла. Нижняя часть средней полости служит емкостью для сбора масла, стекающего из гидромуфты и подшипниковых узлов.

Ведущий вал 2 редуктора установлен в нижней расточке передней части корпуса и опирается на два шариковых подшипника. На вал напрессованы фланец и шестерня (z=47). В торцах этого вала (так же как в торцах валов 7 и 8) выполнены резьбовые отверстия и каналы, предназначенные для подвода масла при распрессовке фланца и шестерни. Масло, попадающее затем в сборник, установленный под шестерней, используется для смазывания зубчатого зацепления в момент пуска дизеля.

Полый насосный вал 3 опирается на два шариковых подшипника. Второй подшипник фиксирует вал от осевого смещения. Между подшипниками запрессована шестерня (z=21). К правому утолщенному концу вала призонными болтами прикреплено насосное колесо 4. Сквозное осевое отверстие диаметром 18мм внутри вала предназначено для подвода масла к насосному колесу. Турбинный вал 7 установлен на шариковом и роликовом подшипниках. На вал насажены коническая шестерня (z=19) и турбинное колесо 5. Колесо имеет стальную ступицу для обеспечения надежной посадки. Шариковый подшипник фиксирует вал от осевого смещения.

Насосное 4 и турбинное 5 колеса, имеющие соответственно 40 и 42 радиальные лопатки, вместе с колоколом 6 образуют гидромуфту. Активный диаметр гидромуфты 390мм. Колеса устанавливают с зазором равным 2мм. Гидромуфта передает вращающий момент без изменения его по величине и знаку. В рабочем состоянии она заполнена маслом дизеля. Часть его постоянно сливается из гидромуфты через два отверстия диаметром 3,2мм в колоколе 6.

Подшипниковый узел выходного вертикального вала 8 состоит их двух роликовых и одного шарикового подшипников. На нижний конец вала напрессована коническая шестерня (z=27).Уплотнение выступающего конца вала выполнено бесконтактным (лабиринтным). В стакане и крышке подшипникового узла, а также в шестерне просверлены каналы для слива масла с целью предотвращения его течи через лабиринтовое уплотнение. Масло для питания гидромуфты подводится через золотник наполнения 9. Золотник приводится в действие воздушным цилиндром 10 с двумя последовательно расположенными поршнями. Сжатый воздух от электропневматических вентилей 50% и 100%-ного наполнения гидромуфты подается соответственно к верхнему и нижнему поршням цилиндра. Под действием воздуха поршни перемещаются и, преодолевая сопротивление пружины, сдвигают золотник вниз. Верхний поршень имеет ограниченный ход, позволяющий золотнику лишь частично открыть подводящее отверстие. При этом количестве масла, поступающего в гидромуфту недостаточно для 100%-ного заполнения ее рабочего объема, так как часть масла постоянно выбрасывается наружу через отверстия в колоколе под действием центробежной силы. В этом случае частота вращения вала вентилятора составляет примерно одну треть от номинальной частоты. Нижний поршень не имеет ограничения хода и перемещает золотник до полного открытия подводящего отверстия. Полностью заполненная гидромуфта обеспечивает номинальную частоту вращения вала вентилятора.

На корпусе гидроредуктора имеется два штуцера, через которые постоянно поступает масло для смазывания зубчатого зацепления повышающей пары и подшипникового узла вертикального вала с коническим редуктором. Остальные подшипники смазываются маслом, разбрызгиваемым шестернями и гидромуфтой.

Система автоматического управления гидроприводом вентилятора холодильника показана на рисунке (жалюзи холодильника и система управления ими не показана).

Автоматическое регулирование температуры овды основного и дополнительного контуров дизеля обеспечивает минимальный расход мощности на привод вентилятора, позволяет поддерживать температуру воды в строго определенных пределах. Температура масла дизеля и гидропередачи при этом также поддерживается в заданных пределах благодаря правильному выбору площади водомаслянных теплообменников.

Регулирование температуры воды осуществяляется своевременным открытием и закрытием жалюзи, включением и выключением вентилятора. Первичным элементом системы автоматического управления жалюзи и приводом вентилятора являются однопредельные термореле Т-35. Три таких реле установлены на водяном трубопроводе основного контура на выходе из дизеля, еще три - в трубопроводе дополнительного контура перед охладителем наддувочного воздуха, два из них управляют работой жалюзи (на рисунках не показаны); а четыре приводом вентилятора.

	Если температура воды в основном контуре ниже +80 град. С, а в дополнительном контуре ниже +62 град. С, то термореле отвечающие за включение вентилятора не срабатывают, а следовательно масло не поступает в гидромуфту и ее наососное колесо не вращается. Вентилятор остановлен.
	При повышении температуры воды в основном контуре до +80 град. С или в дополнительном до +62 град. С, сработает реле 6 или 5 соответсвенно. При этом термореле Т35 запитает катушку, шток которой поднимется и воздух под давлением поступит к верхнему поршню золотника 13.
	Верхний поршень золотника 13 переместится вниз, заставляя перемещаться и нижний поршень. Так как ход верхнего поршня ограничен, то расположенный в золотнике канал, соединяющий маслянный насос с гидромуфтой откроется неполностью. Так как масло из гидромуфты постоянно посутпает на слив, то гидромуфта будет наполнена лишь примерно на 50%. При этом обороты ее насосного колеса и и колеса вентилятора будут вращаться с частотой вращения ниже номинальной.
	При повышении температуры воды в основном контуре до +90 град. С или в дополнительном до +67 град. С, сработает реле 4или 3соответсвенно. При этом второе термореле Т35 запитает катушку, шток которой поднимется и воздух под давлением поступит к нижнему поршню золотника 13. Когда температура станет на три градуса ниже предела срабатывания реле, оно отключится и тем самым произведет слив масла из гидромуфты.
	Так как ход нижнего поршня не ограничен, то он переместится еще ниже и полностью откроет канал, соединяющий маслянный насос с гидромуфтой. При этом гидромуфта будет заполнена маслом на 100%, а следовательно, насосное колесо гидромуфты и вентиляторное колесо холодильника будут вращаться с номинальной частотой вращения. Если температура снизится на 3 градуса ниже предела срабатывания реле, то оно отключится и система перейдет на работу с 50% заполнением гидромуфты.

 

Гидропривод компрессора тепловоза ТГМ6А.

Компрессор приводится во вращение от вала дополнительного отбора мощности гидропередачи через гидромуфту переменного наполнения. Применение в качестве привода компрессора гидромуфты переменного наполнения дает следующие преимущества:
1. обеспечение в режиме холостого хода дизеля около 2/3 номинальной подачи компрессора, а в диапазоне частот вращения коленчатого вала дизеля от 550 до 1000 об/мин (3 – 8-я позиции контроллера) номинальную подачу;
2. возможность остановки компрессора по достижении необходимого давления воздуха в главных резервуарах и автоматическое включение при падении давления, что уменьшает расход мощности на привод и увеличивает долговечность компрессора;
3. обеспечение защиты компрессора благодаря передаче мощности гидравлическим путем от динамических нагрузок, источником которых является дизель.

Гидромуфта с приводными шестернями и вспомогательными устройствами объедена в агрегат, называемый гидроредуктором привода компрессора. Гидроредуктор установлен на общей раме с компрессором и соединен с ним втулочно-пальцевой муфтой. Через такую же муфту осуществляется и привод его от вала отбора мощности УГП. Схема гидропривода компрессора показана на рисунке.

Шестерня приводного вала 1 передает вращение ведомой шестерне и, следовательно, сидящему на одном валу с ней насосному колесу 4. Прифланцованный к торцу турбинного колеса колокол 3 образует вместе с турбинным колесом 5 вращающийся корпус гидромуфты. В колоколе размещены по периметру три центробежных клапана 8 и один мембранный клапан 6 опорожнения гидромуфты. Масло в рабочую полость гидромуфты подается через золотник наполнения 2, закрепленный на крышке корпуса. Золотник удерживается пружиной в открытом положении. Поэтому сразу же при пуске дизеля масло, подаваемое питательным насосом гидропередачи, начинает поступать из масляной системы через проточку золотника в рабочую полость гидромуфты. Одновременно часть масла по каналу в турбинном валу и приваренной к турбинному колесу трубке поступает в полость над мембраной 6 и прижимает ее к седлу, закрывая слив масла из рабочей полости. До частоты вращения коленчатого вала дизеля 550 об/мин рабочая полость гидромуфты полностью заполнена маслом, и вал компрессора вращается с частотой, близкой к частоте вращения насосного колеса, достигая при n=550 об/мин номинальной частоты вращения.

Для поддержания в диапазоне n=550-1000 об/мин примерно одной и той же частоты вращения вала компрессора служат центробежные клапаны, обеспечивающие слив части масла из полости гидромуфты. При достижении турбинным колесом частоты вращения 1450 об/мин центробежная сила, действующая на золотники клапанов, становится достаточной, чтобы золотники, преодолев сопротивление пружин, переместились и своими кромками открыли окна в корпусах клапанов 8 для слива части масла из рабочей полости. При этом частота вращения турбинного колеса уменьшается. В дальнейшем по мере увеличения частоты вращения вала дизеля сливные окна клапанов остаются постоянно открытыми, поддерживая тем самым такую степень заполнения полости гидромуфты, которая обеспечивает примерно номинальную частоту вращения вала компрессора. Клапан в двух положениях показан на рисунке.

При достижении максимального давления воздуха в главных резервуарах тепловоза регулятор давления воздушной системы 3РД подает воздух в цилиндр управления золотника наполнения 2; золотник переводится в положение, при котором прекращается подача масла из масляной магистрали в полость гидромуфты. При этом снимается давление, прижимающее мембрану клапана опорожнения 6 к седлу, под действием центробежной силы мембрана отрывается от седла, открывая слив масла из гидромуфты. По мере опорожнения гидромуфты компрессор замедляет ход и, наконец, останавливается. При достижении давления воздуха в главных резервуарах минимально допустимого значения 3РД прекращает подачу воздуха в цилиндр управления золотника наполнения, и пружина золотника переводит его в положение, соответствующее подаче масла из масляной магистрали в рабочую полость гидромуфты.
Масло для питания гидромуфты и смазывания подшипников отбирается из масляной системы гидропередачи в точке, находящейся перед подпорным клапаном (см. управление УГП750-1200). Отработавшее масло сливается через сливную трубу в отверстие в крышке на задней стенке корпуса гидроредуктора.