При рассмотрении принципа работы гидротрансформатора и гидромуфты было установлено, что характеристика каждого из них в отдельности не может обеспечить необходимой тяговой характеристики тепловоза по диапазону скоростей и к. п. д. Поэтому гидропередачи тепловозов выполняются многоступенчатыми, состоящими из различных комбинаций гидроаппаратов между собой или одного гидроаппарата и механической коробки скоростей.
По конструкции и способу действия гидравлические передачи тепловозов очень разнообразны. В зависимости от способа передачи энергии их можно разделить на однопоточные, двухпоточные и смешанные.
Однопоточные гидропередачи — это такие передачи, в которых весь поток мощности дизеля проходит через гидроаппарат. Им свойственна бесступенчатость изменения передаточного отношения, автоматичность действия, относительная дешевизна и пр. Входящие в их схему зубчатые передачи от дизеля или от выходного вала до ведущих осей тепловоза не определяют качественно тяговые свойства и поэтому не могут служить классификационным признаком.
В схемах однопоточных тепловозных гидропередач поток мощности может проходить через различное количество последовательно работающих гидравлических аппаратов. В зависимости от этого можно составить следующие схемы гидропередач:
1) один гидротрансформатор. В тепловозах применения не получила;
2) гидротрансформатор плюс гидротрансформатор. По такой схеме выполнены гидропередачи Ворошиловградского тепловозостроительного завода (тип Л60 на тепловозах ТГ102), Калужского машиностроительного завода (типы УГП 750/2Т на тепловозах ТГМЗБ, ТГ16 и ГДП1000 на дизель-поездах ДР1), фирмы Фойт (типы Ь24, Ь26, Ь28) и др.;
3) гидротрансформатор плюс гидротрансформатор плюс гидротрансформатор. По такой схеме выполнены гидропередачи Коломенского тепловозостроительного завода (тепловоз ТГП50), фирмы Фойт (типы Ь36, Ь306, Ь308);
4) гидротрансформатор плюс гидромуфта. Схема практически возможна, но применения не получила;
5) гидротрансформатор плюс гидромуфта плюс гидромуфта. Такую схему имеют гидропередачи Муромского завода (тепловозы ТГМ1, ТГМ23) и фирмы Фойт (тип Ь37);
6) гидротрансформатор плюс гидротрансформатор плюс гидромуфта. Эта схема широко распространена в тепловозных гидропередачах. К ним относятся гидропередачи Калужского машиностроительного завода (тип УГП 750-1200 на тепловозах ТГМЗА, ТГ102), фирмы Фойт (тип Ь217 на тепловозе ТГ102);
7) гидротрансформатор плюс механическая коробка передач. По такой схеме выполнены гидропередачи тепловозов ТГ100 и ТГМ2 Во-рошиловградского тепловозостроительного завода, тепловоза ТГМЗ Людиновского тепловозостроительного завода, фирмы Майбах (тип КТ 04 и КЮ84), фирмы Круппа;
8) гидромуфта плюс механическая коробка передач. Такая схема применена в гидропередачах венгерских дизель-поездов ДП1 и автомотрис.
Однопоточные гидропередачи, состоящие из нескольких последовательно работающих гидроаппаратов, называются многоциркуляционными. В таких гидропередачах переключение с одного круга циркуляции на другой или переключение ступеней скорости движения тепловоза производится путем опоражнивания одного и заполнения рабочей жидкостью другого круга циркуляции. При оптимальном совмещении процессов опорожнения и наполнения смежных гидроаппаратов с помощью системы автоматики достигается сравнительно быстрое (3 — 6 с) и надежное переключение ступеней скорости без значительного снижения силы тяги.
В одноциркуляционных гидропередачах, состоящих из одного гидротрансформатора и механической коробки передач, ступени скорости переключаются вследствие изменения сочетания зубчатых колес в коробке передач. Причем ступени скорости в коробке передач переключаются с помощью многодисковых фрикционных муфт или кулачковых муфт различной конструкции. Кулачковые и фрикционные муфты приводятся в действие гидравлическими или пневматическими силовыми цилиндрами.
Таким образом, в одноциркуляционных гидропередачах, состоящих из одного гидротрансформатора и механической коробки передач, ступени скорости переключаются без слива рабочей жидкости из гидротрансформатора. Рабочая жидкость, находясь в замкнутом объеме, не соприкасается с воздухом, а поэтому меньше склонна к вспениванию и старению. Температура ее может быть повышена по сравнению с температурой жидкости, используемой для многоциркуляционных гидропередач. В таких передачах меньше вентиляционные потери, так как в них нет гидроаппаратов, вращающихся вхолостую. Время переключения ступеней скорости меньше, чем в многоциркуляционных, и составляет 0,2 — 1,8 с. По к. п. д. и весовым показателям одноциркуляционные гидропередачи также превосходят многоциркуляционные.
Выбор той или иной схемы гидропередачи зависит от ряда факторов, определяющих экономичность и надежность тепловоза (назначение тепловоза, характеристика двигателя, производственные мощности завода-изготовителя и т. п.). В тепловозостроении наибольшее распространение получили многоциркуляционные гидропередачи. Объясняется это их большей надежностью (отсутствие фрикционных и кулачковых муфт) и относительной простотой изготовления (меньше зубчатых колес, чем у одноциркуляционных).
Двухпоточные (гидромеханические) передачи — передачи, в которых часть мощности ведущего вала передается на ведомый вал гидравлическим путем, а другая ¦— механическим. Они могут быть с суммированием или с разделением мощности. Суммирование или разделение мощности производится с помощью дифференциальных зубчатых механизмов планетарного типа, поставленных до гидротрансформатора (разделение мощности) или после гидротрансформатора (суммирование мощности).
В гидромеханических передачах объединяются главные положительные качества гидравлической (бесступенчатость) и механической (высокий к. п. д.) передач.
Гидромеханические передачи, как правило, являются одноциркуляционными, а значит, им свойственны положительные качества последних, отмеченные выше.
Гидромеханические передачи применены на отечественных тепловозах ТГ100, ТГМ2 и ТГМЗ (первого выпуска). Опытная эксплуатация этих тепловозов дала возможность установить, что в таких передачах наряду с некоторым снижением коэффициента трансформации момента и усложнением конструкции ухудшены также демпфирующие (защитные) свойства, поскольку связь между ведущими и ведомыми валами осуществляется не только через рабочую жидкость гидротрансформатора, но и через жесткую механическую передачу. Этими недостатками можно объяснить то, что такие передачи не получили широкого распространения в тепловозах.
Смешанные передачи — это такие передачи, в которых при разгоне и небольших скоростях движения передача энергии производится гидравлическим путем (через гидроаппараты), а при больших скоростях — через механическую коробку передач. Выключение гидроаппаратов из кинетической цепи дает возможность повысить к. п. д. передачи в зоне высоких скоростей движения.
Смешанные передачи применяются на небольшие мощности 150 — 600 л. с. в дизель-поездах и автомотрисах.
Рабочие жидкости. Надежность и экономичность работы гидропередачи зависят от сорта и качества рабочей жидкости. Объемная масса жидкости влияет на размеры гидропередачи. Жидкости большей объемной массы позволяют создавать гидропередачи меньшего размера и массы.
В гидравлических передачах в качестве рабочей может служить любая жидкость. Практически применяется минеральное масло (или смесь масел), которое одновременно является смазкой для трущихся частей.
Минеральное масло, применяемое в качестве рабочей жидкости для тепловозных гидропередач, должно удовлетворять следующим требованиям.
1. Масло должно иметь определенную вязкость, при которой достигаются наименьшие потери и необходимые смазочные свойства. В градусах по шкале условной вязкости при температуре 50° С масло должно иметь ВУ° ==2-4-3. Вязкость масла характеризуется также кинематическим коэффициентом вязкости, измеряемым в стоксах (1 см2/с). В качестве основной характеристики в ГОСТах обычно указывают сантистоксы сСт (сотая доля стокса или 10~2 см2/с). Вязкость зависит от температуры. Существуют формулы и таблицы для пересчета градусов условной вязкости в ВУ<° в единицы кинематической вязкости при различной температуре.
2. Температура замерзания масла должна быть возможно более низкой, а температура вспышки ее паров — возможно более высокой. Для тепловозных гидропередач рекомендуется масло с температурой вспышки не ниже +160° С. Вязкость масла в интервалах крайних состояний не должна резко изменяться.
3. Масло должно быть химически чистым и однородным. Не допускается наличие в масле кислот и щелочей, так как они способствуют разложению его и вызывают коррозию деталей. В масле не должно содержаться мылообразующих жиров, которые служат причиной устойчивого ценообразования, а значит, и снижения передаваемой мощности. Для борьбы с пенообразованием в масло вводят специальные жидкости, точно так же для предотвращения кислотности к маслу добавляют антиокислители.
4. Масло должно быть механически чистым и однородным. Содержание асфальтовых и смолистых веществ в масле нежелательно, так как они при высоких температурах выделяются и оседают на стенках трубопроводов и нарушают нормальную работу гидравлических элементов автоматики. Механические примеси в масле вызывают засорение отверстий в органах управления и интенсивный износ подшипников. Поэтому в гидропередачу подают масло, прошедшее через фильтры.
Для тепловозных гидропередач ранее применялись следующие сорта масла (табл. 1): турбинное 22 (ГОСТ 32—53); индустриальное
Таблица 1
Физико-технические свойства масел, применяемых в гидропередачах
|
Показатели |
Марка масла |
||
|
ГТ50 |
Турбинное 22 |
Смесь МС20 и А У с присадками |
|
|
Плотность, г/см3 |
0,876—0,891 |
0,901 |
0,880 |
|
Вязкость кинематическая при 50° С, сст |
11—14 |
20—23 |
35—45 |
|
Температура вспышки, °С, не ниже |
170 |
180 |
180 |
|
Температура застывания, °С, не выше |
—28 |
— 15 |
— 15 |
.МС20 и веретенное АУ (ГОСТ 1707—51). Для снижения пенообразо-вания в смесь масел МС20 и АУ добавляют антипенную присадку ПМС—200А (0,005% в массовом соотношении). Промышленность выпускает для гидроредукторов и гидропередач специальное масло ГТ50 по МРТУ 38-1-256—67.
В реверс-редукторах гидропередач типа А217 применяется смесь масел в составе 95% масла МС20 по ГОСТ 1013—49 и веретенного масла АУ по ГОСТ 1642—50 в равных количествах повесу и 5% присадки ЛЗ 6/9 по ГОСТ 9973—62. (Эта же смесь применяется и для осевых редукторов.)
⇐Принцип действия гидравлической передачи и ее основные элементы | Ремонт гидравлических передач тепловозов | Устройство гидравлических передач отечественных тепловозов⇒