Определение основных параметров и выбор оборудования гидропередачи

Гидропередачи должны обеспечивать:

автоматическое переключение скоростей в зависимости от скорости движения тепловоза и угловой скорости вала дизеля;

при переключении передач и работе дизеля по внешней характеристике снижение силы тяги не более чем на 40%;

принудительную смазку вращающихся частей;

нормальную и безаварийную эксплуатацию при температурах от -50 до +40 °С;

время реверсирования передачи не более 2 с с момента мгновенного уменьшения нагрузки двигателей при заторможенном тепловозе;

отношение скорости движения на горизонтальном участке пути к скорости на руководящем подъеме, равное 5 для магистральных и 10-12 для маневровых тепловозов;

широкую унификацию узлов и деталей.

Применяют гидропередачи следующей мощности: до 230, 230-370, 550-880 и 1000-1470 кВт. Для выбора и расчета гидропередачи проектируемого тепловоза исходными данными являются номинальная мощность дизеля Р_ен, коэффициент свободной мощности дизеля, номинальная угловая скорость коленчатого вала дизеля, минимальная угловая скорость вала дизеля , при которой допускается его работа по внешней характеристике, длительная и конструкционная скорости движения тепловоза, безразмерные характеристики гидромашин.

Выбор тягового оборудования гидропередачи заключается в определении ее кинематической схемы, основных параметров и характеристик гидромашин. Кинематическую схему выбирают в зависимости от мощности и назначения тепловоза.
Для автомотрис и промышленных локомотивов малой мощности можно применять гидромеханическую передачу, включающую гидромуфту или гидротрансформатор в сочетании с механической коробкой передач.

Для тепловозов мощностью до 370 кВт целесообразно использовать один пусковой гидротрансформатор и две гидромуфты. Диапазон регулирования скорости у такой передачи не превышает 4, 5. Однако применение режимного устройства, переключаемого на стоянке, позволяет в 2 раза увеличить максимальную скорость движения тепловоза

Тепловозы средней мощности (550—880 кВт) в основном выполняют маневровую работу, но в некоторых случаях их используют для передвижения местных грузовых и пригородных пассажирских поездов. Тяговая характеристика таких тепловозов должна обладать большей универсальностью, и коэффициент регулирования скорости (при = 13÷ 15 км/ч) не должен быть меньше 6-7. Этим требованиям удовлетворяют передачи, состоящие из двух гидротрансформаторов и одной гидромуфты.

Для магистральных тепловозов с дизелями мощностью 1400-2200 кВт значения длительной и конструкционной скорости выравниваются, поэтому требуемый диапазон регулирования скорости не превышает 3, 5. Такой диапазон обеспечивается при гидропередаче с одним гидротрансформатором и двумя гидромуфтами.

Однако использовать гидропередачу с диапазоном регулирования скоростей меньше 5в этом случае нецелесообразно, так как уменьшается экономичность ее работы в зоне высоких скоростей при частичных нагрузках дизеля.

Окончательно кинематическую схему уточняют на основании сопоставления предельной и частичных тягово-экономических характеристик локомотива при различных вариантах кинематической схемы гидропередачи.

Внешними характеристиками гидромашин называются зависимости крутящих моментов насосного колеса и турбинного колеса и КПД гидромашины от отношения при (рисунок 60), где - угловая скорость соответственно насосного и турбинного колеса. Если при и , то трансформатор называется непрозрачным. Если при изменении значений и меняется момент , то трансформатор называют прозрачным. Непрозрачный трансформатор обеспечивает постоянство режима работы дизеля при переменном режиме работы тепловоза. КПД трансформатора с увеличением передаточного отношения сначала возрастает от нуля до наивысшего значения ( ), а затем снова уменьшается до нуля.

У гидромуфты (рисунок 60, а) направляющий аппарат отсутствует, поэтому и . Момент, подводимый к насосному колесу гидромуфты, при уменьшении и возрастает и достигает наибольшего значения при . КПД гидромуфты . При передаче номинального момента с понижением частоты уменьшается по линейной зависимости.

По условиям наибольшей экономичности тепловоза гидромашины должны работать с высоким КПД ( ). Интервал экономичной работы гидромашин ограничен передаточным отношениями и (рисунок 60, а). Отношение называют диапазоном передач гидромашины. Для выполненных гидромашин диапазон передач равен 1, 9-2, 4. Диапазон скоростей тепловоза (отношение конструкционной скорости к длительной ) значительно больше диапазона передач. Этим обусловлена необходимость применения в гидропередаче нескольких гидромашин (многоциркуляционные передачи) или одной гидромашины в сочетании с механической коробкой передач (гидромеханические передачи). Гидропередачи могут быть однопоточными, двухпоточными и смешанными.

 

 

Рисунок 60. Характеристики гидромашин:

а – гидротрансформатора; б – гидромуфты; 1 - ; 2 - ; 3 - ; 4 - .

 

В однопоточных передачах весь поток мощности от дизеля к колесам локомотива проходит через гидротрансформатор или гидромуфту. Эти передачи выполняют с двумя гидротрансформаторами (рисунок 61, а, г), с тремя гидротрансформаторами (рисунок 61, б), с одним трансформатором и двумя гидромуфтами (рисунок 61, в), с двумя трансформаторами и одной гидромуфтой (рисунок 61, д), с одним гидротрансформатором и механической коробкой передач (рисунок 61, е).

Двухпоточными (гидромеханическими) называются передачи, в которых одна часть мощности передается от ведущего вала на ведомый вал гидравлическим путем, а другая часть – механическим. Обычно двухпоточные гидропередачи выполняют с суммирующим (рисунок 61, ж) или разделительным (рисунок 61, з) планетарным механизмом.

Смешанными передачи называются такие, в которых при пуске, разгоне и движении локомотива с небольшими скоростями энергия передается через гидропередачу, а при движении с большими скоростями – через механическую передачу. Двухпоточные и смешанные передачи не получили распространения на тепловозах.

К основным параметрам гидромашины относятся мощность, поглощаемая насосным колесом , угловая скорость входного вала и активный диаметр (наибольший диаметр по кругу циркуляции) . При определении основных размеров гидропередач и других расчетах широко используют теорию подобия и приведенные характеристики гидромашин.

 

 

Рисунок 61. Принципиальные схемы гидропередач: а – Л60 для тепловоза ТГ102; б – К32Р для тепловоза ТГП50; в – ГП400 для тепловоза ТГМ1 и Ч37; г – для тепловоза ТГ106; д – УГП для тепловозов ТГМ21, ТГМ23, ТГ46, ТГМ3А, ТГМ5, ТГМ6 и 217; е – К184; ж – гидромеханической с суммирующим рядом; з – гидромеханической с разделительным рядом.

 

Приведенными характеристиками гидротрансформаторов и гидромуфт называются характеристики соответствующие подобным гидромашинам и зависящие от их размеров и угловых скоростей ведущего вала. В этом случае моменты насоса и турбины выражаются формулами

 

, (3.15)

 

 

где и - коэффициент момента соответственно насосного и турбинного колеса;

- плотность жидкости.

На рисунке 62 показаны приведенные характеристики некоторых гидромашин, применяемых в гидропередачах отечественных локомотивов.

Мощность, поглощаемая насосным колесом гидромашины пропорциональна кубу угловой скорости насосного колеса. При заданной величине целесообразно увеличивать . Это приводит к уменьшению диаметра , а, следовательно, размеров передачи иобъема рабочей жидкости. Наибольшее значение ограничено прочностью колеса (предельной окружной скоростью) и затруднениями, возникающими при отводе тепла от рабочей жидкости при малых размерах гидромашин больших мощностей. В современных конструкциях гидротрансформаторов угловая скорость насосных колес составляет не более 370 рад/с. Поскольку угловая скорость вала тепловозных дизелей не превышает 150-160 рад/с, то между дизеля и валом насосного колеса устанавливают повышающий редуктор.

 

Рисунок 62. Приведенные характеристики отечественных гидромашин:
а — гидротрансформатора Т06 тепловоза ТП100; б — гидротрансформатора ГПС6; в — комплексного гидротрансформатора ГТК-П; г -е — гидротрансформаторов ГПС5, ГПС3 и Т04 соответственно; ж— гидромуфты М58; 1— КПД гидротрансформатора ; 2— коэффициент момента ; 3— коэффициент трансформации момента .

 

При использовании в передаче имеющихся гидроаппаратов передаточное число повышающего редуктора определяют из условия равенства моментов: подводимого от дизеля к насосному колесу и воспринимаемого гидромашиной т. е.

 

, (3.16)

 

где - коэффициент момента гидромашины, определяемый по приведенной характеристике при для гидротрансформатора и при для гидромуфты.

При подстановке в уравнение (3.16) имеем

, (3.17)

где и - номинальные значения соответственно момента и угловой скорости вала дизеля;

- КПД пары зубчатых колес повышающего редуктора.

В передаче проектируемого тепловоза не всегда можно использовать имеющиеся гидромашины. В этом случае активный диаметр гидромашины находят из равенства

 

. (3.18)

Подставив в уравнение (3.18) получим

 

, (3.19)

где - допускаемая попрочности колес гидромашины линейная скорость по максимальному диаметру насосного колеса.

Наибольшая угловая скорость насосного колеса

 

, (3.20)

передаточное число повышающего редуктора

 

. (3.21)

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: