Принцип действия и классификация гидравлических передач. Гидромуфты и гидротрансформаторы

Конструкция гидравлических передач. Схема управления.

Принцип действия и классификация гидравлических передач

Гидравлическая передача тепловоза передает мощность дизеля движущим колесным парам через жидкость, циркулирующую в замкнутом объеме.

Дизель приводит в действие и передает энергию гидравлическому насосу, который передает ее жидкости и подает ее под давлением к гидравлическим двигателям (гидромоторам или гидротурбинам), которые приводят в действие колесные пары.

От гидравлических двигателей рабочая жидкость возвращается к насосу и связывает насос с двигателем, таким образом, жесткая связь между коленчатым валом дизеля и колесными парами тепловоза отсутствует.

В гидравлических передачах происходит двойное преобразование энергии. Механическая энергия вращения коленчатого вала дизеля в гидравлическом насосе сообщается рабочей жидкости, а затем в гидравлических двигателях энергия, полученная рабочей жидкостью, преобразуется в механическую энергию вращения колесных пар.

Гидравлическая передача, как и электрическая передача, приспосабливает дизель к тяговой службе. Гидравлические передачи делят на гидростатические (гидрообъемные) и гидродинамические. В гидростатических или гидрообъемных передачах гидравлическими аппаратами являются гидронасос и гидромотор, выполненные в виде поршневых или роторных машин, в которых изменение объема происходит принудительно. Работа передается за счет высоких давлений жидкости при неизменных ее расходах.

Гидравлические передачи используют на отечественных тепловозах пока только в приводах вспомогательных механизмов (привод вентилятора холодильников тепловозов ТЭП60, ТЭП70).

Для тяговых передач на тепловозах в настоящее время применяют только гидродинамические передачи, в которых используется кинетическая энергия жидкости, циркулирующей в замкнутом постоянном объеме.

Передачи состоят из центробежного насоса и турбины, в которых объем жидкости не меняется, а изменяется скорость.

Гидродинамические передачи подразделяются на передачи, в которых мощность передается только через гидравлические элементы на всех режимах работы тепловоза (тепловозы ТГМ1, ТГМЗА, ТГМЗБ, ТГМ23, ТГМ6, ТГ16). Эти передачи называют обычно просто гидравлическими, а передачи, где мощность частично или полностью на отдельных режимах передается, через гидравлические аппараты, через коробку скоростей (механическую передачу) называют гидромеханическими (тепловоз ТГМ2, ТГМЗ, дизель-поезд Д1)

По сравнению с электрической передачей гидравлическая передача имеет меньшие габаритные размеры, вес и стоимость на единицу, малый расход цветных металлов. Основными аппаратами гидродинамической передачи являются гидромуфта и гидротрансформатор.

Гидромуфта (рис. 168) имеет насосное колесо Я жестко связанное с ведущим валом 1 и турбинное колесо Т, которое находится на ведомом валу 2. Каждое из колес гидроаппаратов состоит из наружного тороидального корпуса и внутреннего тора, пространство между которыми перегорожено радиальными лопатками.

Корпус 3 колокола гидромуфты служит для ограничения рабочего пространства от утечек жидкости, жестко соединен с насосным колесом. При вращении вала 1 вращается насосное колесо и корпус (колокол). Турбинное колесо неподвижно, неподвижен и вал 2. Рабочее пространство круга циркуляции гидромуфты представляет собой замкнутые каналы между лопатками насосного и турбинного колес, которые в процессе работы заполнены жидкостью. Вследствие чего вращается турбинное колесо и вал 2. В межлопаточных каналах жидкость совершает сложное движение.

Частица жидкости, входя в насосное колесо на радиус г, движется в радиальном направлении под действием центробежной силы. Одновременно с насосным колесом частица жидкости с переносной (окружной) скоростью.

где пн — частота вращения насосного колеса, об/мин.

Частица жидкости, перемещаясь от входа на лопатки (радиус г,) к выходу (радиус г2) она по инерции стремится сохранить свою окружную скорость в новом положении, но лопатка колеса обладает в этой точке большой переносной скоростью;

Рис. 168. Гидромуфта:

1 — ведущий вал; 2 — ведомый вал; 3 — колокол

Колесо как бы стремится обогнать частицу жидкости и лопаткой давит на нее. Частицам жидкости от лопаток насосного колеса сообщается энергия, которая ускоряет ее и за ставляет двигаться со скоростью лопатки насосного колеса.

Все частицы жидкости испытывают аналогичное воздействие.

Таким образом, в насосном колесе лопатки сообщают рабочей жидкости кинематическую энергию. В каналах турбинного колеса рабочая жидкость движется от периферии к центру, поэтому в них происходит обратная картина. Жидкость перемещается к центру, теряет окружную скорость, давит на лопатки турбинного колеса, отдавая им энергию, и заставляет вращаться турбинное колесо. Происходит замкнутое движение жидкости в круге циркуляции.

Необходимым условием этого движения является наличие скольжения (некоторой разности частот вращения рабочих колес гидромуфты).

Соблюдая это условие, силы жидкости, находящейся между лопатками насосного колеса, смогут преодолеть центробежные силы жидкости, заключенной в каналах турбинного колеса, и все сопротивления пути циркуляции.

Отношение разности частот вращения насосного (ин) и турбинного (и) колес к частоте вращения насосного колеса называется скольжением.

Формула

Из формулы видно, что к. п. д. гидромуфты при постоянной частоте вращения насосного колеса ин возрастет с увеличением частоты вращения вала турбинного колеса іц.

Зависимость к. п. д. гидромуфты от передаточного отношения і имеет прямой вид (рис. 169, а). Теоретически прямая линия должна бы придти в точку (/=1,Г|=1), но работа гидромуфты при 5=0 (пт = пн) невозможна.

По этой причине и из-за некоторых неучтенных потерь характеристика к. п. д. при п > 0,97-^0,98 резко отрывается и при /=1 к. п. д. =0 (гидромуфта не передает энергии).

Рис. 169. Характеристики гидромуфты и гидротрансформатора: а — гидромуфты; б — гидротрансформаторов

Важной характеристикой гидромуфты является так же зависимость передаваемого момента от передаточного отношения. Как видно из рисунка 154, а при возрастании скольжения 51 (уменьшении /) при постоянном пн абсолютная величина момента, который может передать гидромуфта, увеличится. Следовательно, муфта может служить для передачи энергии между двумя валами.

Гидромуфта смягчает ударные нагрузки и крутильные колебания, возникающие в передаче. К.п.д. гидромуфты на номинальном режиме равен 0,96-0,97, что соответствует скольжению 3-4 % (при номинальной частоте вращения насосного колеса).

Гидротрансформатор (рис. 170) имеет насосное Н, турбинное Т колеса и неподвижный направляющий аппарат НА. Направляющий аппарат, как и рабочие колеса (Н, 7), состоит из специально спрофилированных лопаток. Он меняет направление потока жидкости, обеспечивая постоянный угол входа жидкости на лопатки насосного колеса. Условия обтекания лопаток насосного колеса рабочей жидкостью практически не меняются при изменении режима работы турбинного колеса, и это дает возможность преобразовывать (трансформировать) момент, передаваемый гидротрансформатором.

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

Направляющий аппарат в круге циркуляции рабочей жидкости гидротрансформатора может быть расположен перед насосным колесом (рис. 170, а). Такой гидротрансформатор относят к первому классу. Гидротрансформатор, у которого направляющий аппарат находится перед турбинным колесом, относится ко второму классу (рис. 170, б). У гидротрансформаторов первого класса турбинное колесо может вращаться только в направлении вращения насосного колеса. У гидротрансформаторов второго класса направление вращения турбинного колеса может быть любым и зависит от расположения лопаток направляющего аппарата.

Поскольку направляющий аппарат воспринимает реактивные силы, при изменении режима работы турбинного колеса, на него действует переменный по величине и знаку крутящий момент. Знак этого момента зависит от направления потока рабочей жидкости на лопатки направляющего аппарата. В соответствии с законом сохранения энергии момент турбинного колеса равен МТН±МНД. На рис. 169, б показаны зоны передаточных отношений с положительными и отрицательными значениями момента направляющего аппарата.

У гидротрансформаторов второго класса направляющий аппарат увеличивает момент, передаваемый валу турбинного колеса, по сравнению с моментом на валу насосного колеса. У гидротрансформаторов первого класса момент на направляющем аппарате складывается с моментом, приобретаемом жидкостью в насосном колесе, что в конечном итоге так же приводит к увеличению момента на валу турбинного колеса.

Таким образом, у гидротрансформаторов первого и второго классов осуществляется преобразование момента и скорости вращения вала турбинного колеса при постоянных моменте и скорости вращения вала насосного колеса.

Коэффициентом трансформации называется отношение момента турбинного колеса Мт к моменту насосного колеса А/н, К-М^М^. При заторможенном вале турбинного колеса его момент теоретически должен быть бесконечно большим. Практически из-за значительных потерь на этом режиме момент будет иметь конечные значения, но в несколько раз превышающее момент насосного колеса (при п=0, к=4 +5). При увеличении пт коэффициент трансформации уменьшается, что видно из рис. 169, б.

Следовательно, гидротрансформатор может быть использован не только для передачи мощности между нежестко связанными валами, но и для изменения момента на валу турбинного колеса в зависимости от частоты его вращения при постоянной мощности и частоте вращения коленчатого вала двигателя и вала насосного колеса.

Характер изменения момента в основном соответствует тяговой характеристике тепловоза.

К.П.Д. гидротрансформатора:

где 1 — передаточное отношение гидротрансформатора может изменяться от 0 до 1, но только при одном значении 1,называемым оптимальным (расчётным)

Передаточным отношением 1 достигается наивысшее значение К.П.Д. (рис. 169, б).В этом режиме работы гидротрансформатора в рабочей полости устанавливается практически безударная циркуляция жидкости с минимальными потерями.

При отклонении режима от номинального в ту или другую сторону возникают ударные явления при переходе жидкости с колеса на колесо.

Чем больше отклонение, тем больше ударные потери и ниже К.П.Д. гидротрансформатора. В точке =0 и =0 К.П.Д., как это и следует из формулы, равен 0. Качество гидротрансформатора определяется формой кривой зависимости т) от /. Чем положе кривая в области вершины (у расчётного режима), т.е. чем шире диапазон сравнительно высоких к.п.д., тем совершенней гидротрансформатор.

Нецелесообразно работать гидротрансформатору на низких и высоких передаточных отношениях /, т.е. в тех зонах, где его к.п.д. невелик. Такие режимы работы трансформатора допустимы лишь кратковременно. Гидротрансформаторы, у которых момент Мк остаётся постоянным во всем диапазоне изменения Мт, его характеристику называют «непрозрачной» (рис. 169,6) сплошные линии, а гидротрансформатор «непрозрачным». Гидротрансформатор, у которого момент Мн изменяется с изменением частоты вращения турбинного колеса, называют «прозрачным» (рис. 169, б) пунктирные и штрихпунктирные линии. Гидротрансформаторы, имеющие некоторую «прозрачность» характеристики, требуют согласования характеристик дизеля и гидропередачи.

Компоновка оборудования. Требования, предъявляемые к расположению оборудования и планировка помещений ТПС | Конструкция тягового подвижного состава | Конструкция гидравлических передач

Добавить комментарий