2.3.3. Гидравлические передачи мощности

В гидропередачах главным звеном является жидкость, через которую передается вся энергия. Трансформация энергии обусловлена изменением состояния жидкости (т. е. изменением давления, направления и величины скорости), проходящей через передачу.

Гидропередачи подразделяются на:

1. гидростатические (объемные);

2. гидродинамические (турбопередачи).

Гидростатические передачи характеризуются малыми скоростями движения жидкости (2-3м/с), но большими давлениями (до 350 атм.). Т. е. эти «объемные» передачи используют потенциальную энергию жидкости.

Гидродинамические передачи (иначе ее называют турбопередачей) характеризуется высокими скоростями движения жидкости и работает на принципе использования кинетической энергии последней.

Гидродинамическая передача представляет собой объединенные в одну конструкцию центробежный насос и центростремительную турбину. Иногда между ними устанавливают направляющий аппарат.

Размеры передачи уменьшаются с повышением угловой скорости, следовательно, при недостаточно быстроходных дизелях вал насоса с валом дизеля соединяют через повышающую зубчатую передачу.

Рис. 2.8. Принципиальная схема гидродинамической передачи тепловоза

В гидродинамических передачах применяются:

1) Гидромуфта (ГМ). – основное уравнение ГМ, т.е. гидромуфта не изменяет величину передаваемого крутящего момента;

2) Гидротрансформатор (ГТР). – основное уравнение ГТР, т.е. ГТР изменяет величину передаваемого крутящего момента.

Рис. 2.9. Тяговая характеристика тепловоза с гидропередачей УГП-750/1200

2.3.4. Электрическая передача на постоянном токе

Большинство тепловозов мирового парка с передачей постоянного тока. Это вызвано в основном высокой приспособленностью ТЭД постоянного тока к условиям тяги, что обеспечивает полную автоматизацию регулирования передачи.

Рис. 2.10. Принципиальная схема электропередачи на постоянном токе

С валом дизеля Д через полужесткую муфту соединен вал генератора постоянного тока. Между Д и Г промежуточная передача не устанавливается, т.е. . Остов генератора устанавливают на одной раме с дизелем, нередко на одном подшипнике.

Генератор питает пост. током несколько ТЭД. Все оси тепловоза являются движущими, т.е. число осей равно числу ТЭД. Иногда применяют групповой привод 2^х или 3^х осей по одному двигателю в тележке.

ППТ имеет два звена непрозрачности (два последовательно соединенных коллектора), т.е. они совершено непрозрачны.

Передачи, которые передают все изменения режима с выходного вала на входной – называются прозрачными, а те, которые не передают – непрозрачные.

Два последовательно соединенных коллектора позволяют разделить ППТ на 2 самостоятельных звена:

1. Тепловой двигатель (дизель) – генератор; (дизель-генератор), (ДГУ).

2. ТЭД – движущие оси (КМБ).

Чтобы обеспечить max экономичность работы теплового двигателя необходимо выполнить для каждого режима условия:

(2.8)

Для Г, вал которого соединен с валом Д, это соответствует условию:

(2.9)

Но

(2.10)

где – магнитный поток генератора;

–сила электрического тока генератора.

Если пренебречь изменением КПД генератора, то для обеспечения режима (2.8) достаточно выполнить условие:

(2.11)

ЭДС генератора при следовательно

Следовательно (2.11) можно записать:

(2.12)

Выполнение условия (2.12) обеспечивает постоянство режима теплового двигателя по условию (2.8).

2.3.4.1. Если в ППТ применены ТЭД с постоянным независимым возбуждением, то для них справедливы соотношения:

(2.13)

при =const

(2.14)

Угловая скорость якоря ТЭД пропорциональна отношению Е_д / Ф_д:

(2.15)

но при =const →

(2.16)

Следовательно, справедливы произведения

мощн. мощн.

(2.17)

Но при постоянном соединении ТГ с ТЭД сооблюдается условие:

(2.18)

Следовательно

(2.19)

Из этого равенства видно, что если передача регулируется только изменением возбуждения ТГ, то скоростной диапазон ее определяется диапазоном изменения напряжения , т.е.

(2.20)

где - коэф. изменения передаточных отношений при=const;

= – диапазон изменения напряжения на ТЭД;

= – диапазон изменения напряжения на ТГ.

2.3.4.2. Второй способ регулирования скорости в ППТ

При изменятьСледовательно по ф-ле (2.15)изменяется обратнопропорционально, следовательно диапазон изменения передаточных отношений приравен:

(2.21)

где – коэф. изменения магнитного потока ТЭД.

Вроде бы на первый взгляд это простой способ изменения . Но он ведет к существенному увеличению веса самих ТЭД, хотя вес ТГ и снижается.

2.3.4.3. В основном ППТ для мощных локомотивов выполняют с постоянным соединением ТГ и ТЭД, а регулирование скорости ведут за счет:

а) Изменение (т.е. изменением);

б) Изменением .

Тогда

(2.22)

При несоблюдении условия ППТ может оказаться в той или иной степени прозрачной ППТ. (ТЭ3, типы ТЭ10, ТЭП60, М62, маневр. ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1, ТЭМ2).

2.3.4.4. Преимущества ППТ

1. Отсутствие кинематической связи между дизелем и колесными парами, след. – полная свобода в размещении силового оборудования при конструировании;

2. Возможность плавного регулирования в рабочем диапазоне;

3. Высокий КПД во всем рабочем диапазоне;

4. Высокая степень использования мощности дизеля во всем рабочем диапазоне;

5. Минимальные потери в передаче при разгоне и перегрузках;

6. Отсутствие муфт сцепления и промежуточных зубчатых редукторов;

7. Возможность осуществления электродинамического торможения;

8. Высокая долговечность и надежность;

9. Возможность осуществления изменения направления движения.

Первый магистральный тепловозом с передачей постоянного тока 1924 г. Щ^Л, был похож на паровоз конструкции Щукина, был построен под руководством профессора Гаккеля.

Требования к тепловозам по мощности возрастали. В начале 60^х годов дошли до мощности Р = 2000 кВт (ТЭ10). Затем возникли трудности с надежностью тягового генератора по конструкции. Были попытки создания тягового генератора ГП313 на мощность 2700 кВт, но машина оказалась сложной по конструкции (добавились уравнители 3^его рода, которые устанавливаются со стороны задних лобовых частей якорных обмоток, это не позволило пустить ГП313 в серию). Пришли к убеждению, что повышать мощность можно только в передаче переменно-постоянного тока.