Гидравлические передачи

Принцип действия и классификация. На тепловозах с гидравлической передачей мощность дизеля передается движущим колесным парам через жидкость, циркулирующую в замкнутом объеме. Дизель передает энергию гидравлическому насосу, который сообщает ее жидкости, подавая ее под давлением к гидравлическим двигателям (гидромоторам или гидротурбинам), связанным с колесными парами тепловоза. От двигателей жидкость возвращается к насосу. Жесткая механическая связь между валом дизеля и колесами тепловоза отсутствует.

Таким образом, в гидравлических передачах происходит двойное преобразование энергии (см. рис. 1.1,6): сначала механическая энергия вращения коленчатого вала дизеля в гидравлическом насосе сообщается жидкости, а затем в гидравлических двигателях энергия, полученная жидкостью, снова преобразуется в механическую энергию, но теперь уже в энергию вращения колесных пар.

В этом отношении можно провести некоторую аналогию с электрической передачей (см. рис. 1.1, а). В ней энергия также преобразуется дважды: тяговый генератор за счет механической энергии дизеля вырабатывает электрическую энергию, которая в свою очередь тяговыми электродвигателями преобразуется в механическую, и передается движущим колесам.

Следовательно, движение жидкости в гидравлической передаче играет роль электрического тока в электрической передаче. Отсутствие в обоих случаях непосредственной связи между валом дизеля и колесными парами тепловоза облегчает регулирование передаточного отношения между ними и позволяет изменять его в определенных пределах плавно.

Гидравлические передачи могут быть двух типов: гидростатические (объемные) и гидродинамические.

В гидростатических передачах работа передается за счет высоких давлений жидкости при незначительных ее расходах (скоростях). Гидравлические насос и мотор выполняются в таких передачах в виде поршневых или ротационных машин, в которых изменение объема осуществляется принудительно. Гидростатические передачи не нашли применения в качестве силовых передач тепловозов из-за различных технических трудностей (большие потери на трение, наличие утечек при высоких давлениях и т. д.). Однако такие передачи небольшой мощности используются для привода вспомогательных агрегатов тепловозов (например, вентилятора холодильника на пассажирских тепловозах ТЭП60 и ТЭП70-см. гл. 6).

На тепловозах почти исключительно применяют гидродинамические передачи, в которых используется кинетическая энергия жидкости, циркулирующей в замкнутом постоянном объеме. Эти передачи состоят из центробежного насоса и турбины, в которых имеет место не изменение объемов, а изменение скоростей жидкости.

Различают передачи, в которых мощность передается только через гидравлические элементы на всех режимах работы тепловоза (например, на тепловозах ТГМ1, ТГМЗА и ТГМЗБ, ТГМ23, ТГМ6, ТГ16), и передачи, в которых мощность частично или полностью на отдельных режимах передается, минуя гидравлические элементы, через коробку скоростей (механическую передачу) - тепловозы ТГМ2, ТГМЗ, дизель-поезд Д1. Первые обычно называются просто гидравлическими, а вторые - гидромеханическими.

Гидродинамические передачи имеют ряд достоинств, которые способствуют их использованию в тепловозостроении. Основными их преимуществами по сравнению с электрической передачей являются меньшие габаритные размеры, вес и стоимость на единицу мощности, а также малый расход цветных металлов. В то же время преобразование энергии в гидропередачах происходит с несколько большими потерями, что приводит к повышенному расходу топлива тепловозом (примерно на 5 % в среднем).

Гидромуфты и гидротрансформаторы. В соответствии с изложенным выше принципом работы схему гидропередачи можно представить, как показано на рис. 7.5, а. Центробежный насос Н, получая энергию от двигателя через вал 1, засасывает жидкость из трубопровода 4 и нагнетает ее по трубопроводу 5 в радиальную турбину Т, из которой жидкость возвращается в трубопровод 4. При течении жидкости в замкнутом контуре 4-Н-5-Т-4 возникают потери ее энергии из-за трения и вихреобразования. Потери на трение зависят от скорости течения, длины трубопроводов и качества их внутренних поверхностей; вихревые потери - от изменений направления и скорости течения. Поэтому для уменьшения потерь на трение в трубопроводах 4 и 5 приходится увеличивать их поперечные сечения, чтобы снизить скорость течения. Для уменьшения вихревых потерь при выходе из насоса и постепенного снижения скорости служит направляющий аппарат (диффузор) НА\. Однако перед турбиной в направляющем аппарате НА2 скорость течения должна быть снова повышена для увеличения кинетической энергии жидкости.

Попытки создать работоспособную передачу по этой схеме долгое время не могли увенчаться успехом: потери в трубопроводах и направляющих аппаратах были настолько велики, что . к. п. д. передачи был недопустимо низок. Выход был найден в ликвидации всех трубопроводов и объединении насоса и турбины в одном корпусе в виде единого гидроаппарата. В связи с этим отпали потери на трение в трубопроводах, а также значительная часть вихревых потерь.

Тепловозы- основы теории

Контур циркуляции жидкости в гидроаппаратах ограничен пространством между лопатками рабочих колес Н и Т и направляющего аппарата НА (рис. 7.5, б). Это позволило существенно поднять к. п. д. гидроаппаратов. Для некоторых случаев оказалось возможным исключить из круга циркуляции и направляющий аппарат (рис. 7.5, в), получив простую конструкцию, состоящую лишь из упрощенных насосного и турбинного колес. Таким образом, в гидродинамических передачах применяются аппараты двух типов: гидро-

Тепловозы- основы теории
Рис. 7.6. Гидромуфта трансформаторы, в которых, помимо вращающихся рабочих колес (насосного и турбинного), имеется и неподвижный направляющий аппарат (реактор), и гидромуфты, в которых жидкость циркулирует только между лопатками рабочих колес.

Гидромуфта (рис. 7.6) конструктивно состоит из трех основных деталей. Насосное колесо Н жестко связано с ведущим валом 1. Турбинное колесо Т находится на ведомом валу 2. Каждое из колес состоит из наружного тороидального корпуса и внутреннего тора, пространство между которыми перегорожено радиальными лопатками. (Используются конструкции гидромуфты и без внутреннего тора.) Для ограничения рабочего пространства гидромуфты от утечек жидкости служит наружный корпус (колокол) 3, который в данной конструкции жестко соединен с насосным колесом и вращается вместе с ним.

Рабочее пространство круга циркуляции гидромуфты представляет собой замкнутые каналы между лопатками насосного и турбинного колес, которые в процессе работы заполнены жидкостью.

Жидкость в межлопаточных каналах совершает сложное движение. Проследим за движением какой-то частицы (небольшого объема) жидкости в круге циркуляции. Входя в насосное колесо Н на радиусе Г\ частица жидкости движется в радиальном направлении под действием центробежной силы. Одновременно вместе с колесом частица вращается с переносной (окружной) скоростью Ы|н = яПнп/ЗО, где п„ - частота вращения насосного колеса, об/мин.

При перемещении частицы жидкости от входа на лопатки (радиус г\) к выходу (радиус г2) она по инерции стремится сохранить свою окружную скорость и в новом положении, но лопатка колеса обладает в этой точке большей переносной скоростью: и2н = лл„Г2/30. Поэтому колесо как бы стремится обогнать частицу и своей лопаткой давит на нее. Таким образом, частице жидкости от лопаток сообщается энергия, которая ускоряет ее и заставляет двигаться со скоростью лопатки колеса. Аналогичное воздействие испытывают все частицы жидкости. Следовательно, в насосном колесе лопатки сообщают рабочей жидкости кинетическую энергию.

В каналах турбинного колеса жидкость, наоборот, движется от периферии к центру, поэтому в них происходит обратная картина. Здесь жидкость, перемещаясь к центру, теряет окружную скорость. Поэтому она давит на лопатки турбинного колеса, и, отдавая им энергию, заставляет вращаться турбинное колесо.

Таким образом, происходит замкнутое движение жидкости в круге циркуляции. Необходимым условием этого движения является наличие скольжения, т. е. некоторой разности частот вращения рабочих колес. Только при этом условии центробежные силы жидкости, находящейся между лопатками насосного колеса, смогут преодолеть центробежные силы жидкости, заключенной в каналах турбинного колеса, и все сопротивления пути циркуляции. Направление циркуляции показано стрелками на левой проекции рис. 7.6.

Скольжением гидромуфты 5 называется отношение разности частот вращения насосного (п„) и турбинного (гат) колес к частоте вращения насосного колеса:

где « = пт/п„- передаточное отношение.

Передача мощности в гидромуфте осуществляется непосредственно от насосного колеса к турбинному через жидкость. Поэтому вращающий момент на ведомом валу всегда равен моменту на ведущем валу Так как мощность равна произведению момента на частоту вращения, то вследствие скольжения (т. е. отставания ведомого вала) мощность, подводимая к гидромуфте, всегда больше мощности на ведомом валу.

Полный к. п. д. гидромуфты

Тепловозы- основы теории

Отсюда следует, что к. п. д. гидромуфты при постоянном п„ возрастает с увеличением частоты вращения ведомого вала (турбинного колеса).

Характеристика к. п. д. гидромуфты, т. е. его зависимость от передаточного отношения ( (рис. 7.7, а), имеет вид прямой линии. Теоретически эта линия должна была бы придти в точку (1=1, т)гм=1). Однако, как мы установили, работа гидромуфты при 5 = 0 (пх = п„) невозможна. По этой причине, а также вследствие некоторых неучтенных потерь характеристика к. п. д. при 0,97 4-0,98 резко обрывается и при 1 = 1 к. п. д. равен нулю (муфта не передает энергию).

Другой важной характеристикой гидромуфты является зависимость передаваемого момента от передаточного отношения. Как видно на рис. 7.7, а, с возрастанием скольжения я (т. е. с уменьшением I) при постоянном п„ абсолютная величина Рис. 7.7. Характеристики:

Тепловозы- основы теории

а - гидромуфты; б - гидротрансформаторов момента, который может передать гидромуфта, увеличивается.

Таким образом, гидромуфта может служить для передачи энергии между двумя валами. Она обладает способностью смягчать ударные нагрузки и крутильные колебания, возникающие в передаче.

Гидромуфта, связанная с валом дизеля, допускает его пуск при полностью заторможенном ведомом вале.

Обычно гидромуфты работают при к. п. д. на номинальном режиме 0,96-0,97, что соответствует скольжению 3-4 % (при номинальной частоте вращения ведущего вала). При этом они должны передавать номинальный (расчетный) момент.

Гидротрансформатор (рис. 7.8) в отличие от гидромуфты, помимо насосного Н и турбинного Т колес, имеет неподвижный направляющий аппарат (реактор) НА, который, так Рис. 7.8. Гидротрансформаторы:

Тепловозы- основы теории

а - первого класса; б - второго класса же как и рабочие колеса, состоит из специально спрофилированных лопаток.

Направляющий аппарат меняет направление потока жидкости и обеспечивает постоянный угол входа жидкости на лопатки насосного колеса. Таким образом, условия их обтекания практически не меняются при изменении режима работы турбинного колеса и это дает возможность преобразовывать (трансформировать) момент, передаваемый гидротрансформатором.

Поскольку момент на любом валу вообще прямо пропорционален мощности и обратно пропорционален частоте вращения, то при постоянной мощности и уменьшении частоты вращения турбинного вала момент на нем увеличивается (и наоборот).

Направляющий аппарат в круге циркуляции гидротрансформатора конструктивно может быть расположен или перед насосным колесом (рис. 7.8, а), или перед турбинным колесом (рис. 7.8, б). В первом случае гидротрансформатор относят к первому классу, во втором - ко второму. При этом характерно, что для гидротрансформаторов первого класса турбинное колесо может вращаться только в направлении вращения насосного колеса, тогда как для гидротрансформаторов второго класса направление вращения турбинного колеса может быть любым - в зависимости от расположения лопаток направляющего аппарата.

В обоих случаях назначение направляющего аппарата одинаково - увеличивать кинетическую энергию жидкости (динамический напор) за счет преобразования части статического давления путем изменения скорости и направления потока на неподвижных лопатках вследствие их реакции. Так как направляющий аппарат воспринимает реактивные силы, при изменении режима работы турбинного колеса на него действует переменный по величине и знаку крутящий момент, передающийся на неподвижный корпус. Знак этого момента зависит от направления потока на лопатки направляющего аппарата. Момент турбинного колеса в соответствии с законом сохранения энергии равен МТ=МН± ±МНА. На рис. 7.7, б показаны зоны передаточных отношений с положительными и отрицательными значениями момента направляющего аппарата. При этом, если направляющий аппарат расположен перед входом в турбинное колесо (гидротрансформаторы второго класса), то он увеличивает момент, передаваемый турбинному валу, по сравнению с моментом на ведущем валу. Если направляющий аппарат расположен перед насосным колесом (гидротрансформаторы первого класса), то реактивный момент (момент на направляющем аппарате) складывается с моментом, приобретаемым жидкостью в насосном колесе, что в конечном итоге также приводит к увеличению момента на валу турбинного колеса. Таким образом, в обеих схемах осуществляется преобразование момента и скорости вращения ведомого вала при постоянных моменте и скорости вращения ведущего вала.

Отношение момента турбинного колеса Мт к моменту насосного колеса Мн называют коэффициентом трансформации момента: й = Мт/Мн.

Теоретически при заторможенном турбинном вале его момент должен быть бесконечно большим. Однако из-за значительных потерь на этом режиме момент будет иметь конечные значения, но в несколько раз превышающие момент насосного колеса (при пт = 0 обычно & = 4-+5). При увеличении пт коэффициент трансформации & уменьшается по характеристике, приведенной на рис. 7.7, б.

Таким образом, гидротрансформатор может быть использован не только для передачи мощности между двумя нежестко связанными валами, но и для изменения момента на ведомом валу в зависимости от частоты его вращения при постоянной мощности и частоте вращения вала двигателя. Такой характер изменения момента в основном соответствует требуемой тяговой характеристике тепловоза.

К. п. д. гидротрансформатора, так же как и гидромуфты, представляет отношение мощности, снимаемой с турбинного колеса, к мощности, затрачиваемой на вращение насосного колеса:

Тепловозы- основы теории

Передаточное отношение гидротрансформатора может изменяться от нуля до единицы. Однако, как видно из характеристики (см. рис. 7.7, б), только при одном значении I, называемом оптимальным (или расчетным) передаточным отношением 1р, достигается наивысшее значение к. п. д. В этом режиме в рабочей полости устанавливается практически безударная циркуляция жидкости с минимальными потерями. При всяком отклонении режима от номинального в ту или другую сторону возникают ударные явления при переходе жидкости с колеса на колесо. Чем больше отклонение от расчетной точки, тем больше ударные потери и, следовательно, ниже к. п. д. гидротрансформатора. В точках г' = 0 (в начале координат) и 6 = 0 (см. оис. 7.7. б) к. п. д.. как это и следует из вышеприведенной формулы, равен нулю.

Качество гидротрансформатора определяется формой кривой зависимости к. п. д. от передаточного отношения. Чем положе эта кривая в области вершины (у расчетного режима), т. е. чем шире диапазон сравнительно высоких к. п. д., тем совершеннее гидротрансформатор. Очевидно, что нецелесообразно допускать длительную работу гидротрансформатора на малых и высоких передаточных отношениях, т. е. в тех зонах, где его к. п. д. невелик. Такие режимы работы при малых передаточных отношениях гидротрансформатора или при малых скоростях тепловоза допустимы лишь кратковременно.

Если у гидротрансформатора момент насосного колеса не зависит от момента и частоты вращения турбинного колеса, изменения внешней нагрузки не влияют на нагрузку дизеля. Момент Мн остается постоянным во всем диапазоне изменения Мт. Такая характеристика условно называется «непрозрачной» (см. рис. 7.7, б, сплошные линии). В этом случае и сам гидротрансформатор тоже называется «непрозрачным».

«Прозрачным» называют гидротрансформатор, у которого момент насосного колеса меняется с изменением частоты вращения турбинного колеса (см. рис. 7.7, б, пунктирные и штрихпунктирные линии).

Большинство тепловозных гидротрансформаторов имеют некоторую «прозрачность» характеристики, что требует согласования характеристики дизеля и гидропередачи.

Конструкции гидравлических передач. Как видно из характеристик, ни гидромуфта, ни гидротрансформатор не могут в отдельности обеспечить более или менее существенный диапазон экономичного регулирования скорости и, стало быть, каждый из аппаратов не может в отдельности служить передачей для тепловоза. Однако использование в гидропередаче двух аппаратов значительно расширяет возможную область экономичной работы, при которой к. п. д. передачи оказывается выше заранее заданного минимально допустимого значения к. п. д. т)зад. На рис. 7.9 показано, что при использовании в передаче гидротрансформатора и гидромуфты диапазон передаточных отношений, в котором к. п. д. г| выше заданного Т)3ад, ШИре, Чем СООТВеТСТВуЮ-ЩИЙ диапазон для каждого аппарата в отдельности. Поэтому гидропередачи тепловозов обычно состоят не менее чем из двух (чаще всего трех) гидроаппаратов (гидротрансформаторов и гидромуфт), т. е. ВЫПОЛНЯЮТСЯ двух- или трехциркуля-ционными.

Возможны следующие сочетания гидроаппаратов в трехциркуляцион-ной передаче: гидротрансформатор и две гидромуфты; два гидротрансформатора и гидромуфта; три гидротрансформатора. В случае применения двух гидротрансформаторов один из них рассчитывают на работу при трогании с места и на малых скоростях движения, когда требуется высокая трансформация момента. Его называют пусковым. Второй гидротрансформатор, который используется при движении со средними и высокими скоростями, называют маршевым.

В тепловозных передачах в качестве пусковых гидроаппаратов иногда применяют многоступенчатые гидротрансформаторы, имеющие по две и более турбинных ступеней и направляющих аппаратов. В этих аппаратах создаваемый насосным колесом напор реализуется не на одной ступени турбины, а равномерно распределяется по нескольким турбинным колесам (ступеням). Такие гидротрансформаторы, как правило, рассчитываются на пониженные передаточные отношения (1 = 0,34--=-0,45) и характеризуются большими коэффициентами трансформации момента & при стоповом режиме (/=0).

Рабочие жидкости для гидроаппаратов. В качестве рабочих жидкостей могут быть использованы вода или масло. Вода используется в крупных стационарных передачах. Для передач транспортных машин, в том числе и тепловозов, наиболее выгодной жидкостью является масло, хотя из-за его меньшего удельного веса габариты передач несколько увеличиваются. Масло как рабочая жидкость обладает следующими преимуществами: использование масла обеспечивает одновременно и смазку всех трущихся частей, тогда как при работе на воде требуется создание специальной смазочной системы; температура испарения масла выше, чем воды; температура затвердевания масла ниже, чем воды, что уменьшает опасность замерзания передачи при низких температурах. С другой стороны, так как теплоемкость масла примерно вдвое меньше, чем воды, возникает необходимость создания специальной системы для внешнего охлаждения циркулирующего в передаче масла.

В гидропередачах используют минеральные масла и их смеси, отвечающие целому ряду специальных требований.

Для тепловозных гидропередач обычно применяется специальное масло ГТ50, содержащее присадки против вспенивания и окисления. Также применяется масло «Турбинное 22» с добавкой антипенной присадки ПМС200А. Могут применяться и некоторые другие сорта масел.

Устройство трехциркуляциониой гидропередачи. Рассмотрим устройство унифицированной гидропередачи УГП750, УГП1200, примененной на нескольких сериях тепловозов (в частности, ТГМЗ) в модификациях УГП750, УГП1000 и УГП1200.

Передача (рис. 7.10) состоит из двух одинаковых гидротрансформаторов б и 7 и одной гидромуфты 4. (В передаче тепловоза ТГМЗБ гидромуфты нет.) Насосные колеса всех гидроаппаратов сидят на одном валу, который приводится во вращение от входного вала 1 через повышающую зубчатую пару 3-2. При трогании тепловоза с места включается пусковой гидротрансформатор 7, турбинное колесо которого через зубчатую пару 8-9 вращает вал 10. При средних скоростях движения включен гидротрансформатор 6, при высоких - гидромуфта 4. В обоих случаях вал 10 приводится через зубчатую передачу 5-11.

Переключения ступеней производятся путем поочередного опорожнения и заполнения отдельных гидроаппаратов. Для передачи вращения от вала 10 на выходной вал служит реверсивный двухрежимный редуктор. (Модификация УГП1000 не имеет режимного устройства.) Реверсирование передачи осуществляется переключением кулачковых муфт 20 (передний ход) и 14 (задний ход). Поездной режим передачи обеспечивается перемещением влево кулачковых муфт 20 (для движения вперед) и 14

Тепловозы- основы теории
Рис. 7.9. Совмещенная характеристика к. п. д. гидротрансформатора ц„ и гидромуфты пгм

(для движения назад). Перемещение муфт 20 и 14 вправо обеспечивает маневровый режим передачи.

Таким образом, выходной вал передачи 18 может получить вращение от вала 10 следующими различными путями:

через шестерни 19 и 17 (включена муфта 20 влево) - поездной режим, движение вперед;

через шестерни 21 и 16 (включена муфта 20 вправо) - маневровый режим, движение вперед;

через шестерни 11 и 12 (они находятся в постоянном зацеплении. На рис. 7.10 эта связь показана пунктирными линиями), 15 и 17 (включена муфта 14 влево) - поездной режим, движение назад;

Тепловозы- основы теории
Рис. 7.10. Кинематическая схема унифицированной тепловозной гидропередачи УГП750, 1200

через шестерни 11, 12, 13 и 16 (включена муфта 14 вправо) - маневровый режим, движение назад.

Приспособление унифицированной гидропередачи к конкретному дизелю по частоте вращения осуществляется подбором нужного передаточного отношения зубчатой пары 2-3, а изменение скоростного диапазона тепловоза - сменой шестерен реверсивного редуктора.

На базе конструкции гидропередачи УГП750 разработаны ее модификации УГП820 (для тепловоза ТГ16) и УГП1200 (для ТГМ5 и ТГМ6).

Управление гидравлическими передачами сводится к переключению режимов передачи в зависимости от изменения условий ее работы и осуществляется автоматически специальной системой. Система автоматического управления переключением ступеней скорости (САУ) может быть однокоординатной (переключения производятся в зависимости от изменения одной координаты - скорости движения тепловоза) или двухкоординатной' (моменты переключения связываются и с изменением второй координаты - частоты вращения вала дизеля). В первом случае наивыгоднейшая тяговая характеристика тепловоза достигается лишь на номинальном режиме работы дизеля, во втором - на всех режимах.

Любая САУ состоит из измерительных устройств - датчиков скорости, которые могут быть механическими (центробежный регулятор) или электрическими (тахогенератор, переменное сопротивление), и исполнительных органов, осуществляющих переключение гидроаппаратов.

Гидропередача УГП750 имеет двухкоор-динатную электрогидравлическую САУ. Ее электрическая часть является измерительной и состоит из датчика скорости тепловоза- тахогенератора трехфазного переменного тока, кинематически связанного с выходным валом передачи,- и двух корректирующих реостатов, движки которых связаны с рукояткой контроллера машиниста. Эти реостаты играют роль датчиков скорости вращения вала дизеля.

Тепловозы- основы теории
Рис. 7.11. Принципиальная гидравлическая схема системы автоматического управления унифицированной гидропередачи На часть напряжения тахогенератора, скорректированную реостатами, включены реле скорости, управляющие электрогидравлическими вентилями 8, 9, 14 гидравлической части САУ (рис. 7.11). Последние, в свою очередь, управляют распределительным устройством 16, осуществляющим питание гидроаппаратов передачи. Оно состоит из трехпозиционного 17 и двухпозиционного 19 золотников, соединенных каналами 18 и 22.

Рассмотрим работу САУ. На схеме рис. 7.11 система показана в нейтральном положении. Дизель Д работает, приводя во вращение вал насосных колес гидроаппаратов, однако гидропередача отключена, так как гидротрансформаторы и гидромуфта опорожнены. Сливной трубопровод 24 гидротрансформатора ГТ1 через золотники 17 и 19 сообщен со сливным трубопроводом 20, ведущим в картер гидропередачи 1 (на схеме длина сливных трубопроводов 11, 12, 15, 20 условно сокращена). Сливной трубопровод 25 трансформатора ГТ1І соединен с картером через золотник 19 и трубопровод 20. Гидромуфта ГМ опоражнивается непосредственно в картер через три нормально открытых клапана (на схеме слив показан условно трубопроводом 27).

Электрическая часть схемы обесточена, так как тепловоз неподвижен. Питательный насос 3 приводится во вращение дизелем и засасывает масло из картера по трубопроводу 2, однако его нагнетательные трубопроводы перекрыты: 6 - золотником 17, а 5 - вентилями 8, 9 и 14. Последние в обесточенном положении сообщают полости под поршнями золотников 17 и 19 через трубопроводы 7, 10, 13 и 11, 12, 15 с картером.

Первый (пусковой) гидротрансформатор ГТІ используется для трогания с места и разгона (на тепловозе ТГМЗА до скорости 13,2 км/ч на маневровом режиме или 27 км/ч на поездном). Для включения передачи в электрической схеме замыкается цепь питания катушки вентиля 8, включение которого приводит к подаче масла от насоса 3 по трубопроводам 4, 5 и 7 в левую полость золотника 17. (Включенное положение вентиля 8 можно представить, если мысленно переместить верхний Квадратик его условного изображения на схеме на место нижнего, к которому подходят неподвижные трубопроводы 5, 7 и 11. При этом, как показывает стрелка, будут сообщены трубопроводы 5 и 7. Сливной трубопровод 11 будет отключен.)

Под действием давления масла на поршень золотник 17 переместится из нейтрального среднего в правое положение. Масло из правой полости будет вытесняться при движении золотника по трубопроводу 10 через вентиль 9 н трубопровод 12 в картер. (Включенное положение золотника 17 можно представить, если поместить правый квадрат его условного изображения на место среднего.) Трубопровод 4 от насоса будет через трубопровод 6 и золотник 17 сообщен с трубопроводом 23 наполнения ГТ1. Трубопровод 24 слива из ГТ1 будет перекрыт. Наполнение ГТ1 приведет к троганию с места и разгону тепловоза.

Второй гидротрансформатор ГТП используется для движения со средними скоростями (на ТГМЗА соответственно 13,2-26,8 или 27- 55 км/ч). Это основной рабочий режим передачи. Переход на ГТП происходит после замыкания в электрической схеме цепей катушек вентилей 9 к 14 и размыкания цепи катушки вентиля 8. Включение вентилей 9 и 14 приводит к подаче масла от насоса по трубопроводам 10 и 13 в правые полости золотников 17 и 19. Золотники перемещаются влево (на схеме левые квадраты их изображений надо перенести к неподвижным трубопроводам), обеспечивая: а) линию питания ГТП - трубопроводы 4 и 6", золотник 17, канал 22, золотник 19, трубопровод 21; б) линию слива из ГТ1 - трубопровод 24, золотник 17, канал 18, золотник 19, трубопровод 20. Золотник 19 одновременно перекрывает трубопровод 25 слива из ГТП.

Разрыв цепи катушки вентиля 8 вызывает перемещение вентиля под действием пружины в прежнее, нейтральное, положение. При этом обеспечивается линия слива из левой полости золотника 17 по трубопроводам 7 и 11.

Гидромуфта служит для работы на скоростях выше указанных пределов. Переход на нее осуществляется при отключении вентиля 14 (вентиль 9 остается включенным). Вентиль 14 в обесточенном положении создает линию слива на правой полости золотника 19. Последний под действием пружины перемещается, вытесняя масло, в первоначальное положение. Это приводит к следующим переключениям: а) создается линия питания ГМ - трубопровод 6", золотник 19, трубопроводы 26 и 27; б) обеспечивается слив из ГТП- трубопровод 25, золотник 17, трубопровод 20; в) сохраняется слив из ГТ1 - трубопровод 24, золотник 17, канал 18, золотник 19, трубопровод 20.

Обратные переходы в гидропередаче - при снижении скорости движения - осуществляются в противоположном порядке.

Гидрореверсивиые передачи. Одним из путей повышения производительности маневровых тепловозов является использование наряду с тяговыми режимами работы гидротрансформаторов так называемых тормозных режимов, или режимов противовращения, когда направление вращения турбинного колеса изменяется на противоположное по сравнению с направлением вращения в режиме тяги. Исследование этого принципа привело к созданию гидрореверсивных передач, способных развивать тормозные моменты, приложенные к колесам движущегося локомотива, путем слива жидкости из гидротрансформатора, предназначенного для переднего хода тепловоза и наполнения гидротрансформатора для обратного хода.

Турбинное колесо в последнем случае находится в тормозном режиме противовращения, что обеспечивает интенсивное торможение локомотива и плавный переход без его остановки к движению в обратном направлении в режиме тяги.

Гидрореверсивные передачи строят с одним или двумя гидротрансформаторами для каждого направления движения, при этом в механической части передачи находится либо четное, либо нечетное число шестерен. Гидрореверсивные передачи имеют систему регулирования тормозной мощности во всем рабочем диапазоне скоростей путем изменения количества жидкости в гидроаппаратах или посредством поворота лопаток в направляющем аппарате.

Работы по применению гидрореверсивных передач для маневрово-промышленных тепловозов мощностью до 1000 л. с. проводятся в СССР и за рубежом.

⇐ | Типы тяговых передач | | Тепловозы: Основы теории и конструкция | | Электрические передачи | ⇒