Включение гидравлической передачи осуществляется тумблером «Гидропередача», расположенным на пульте управления, при нулевом положении штурвала привода управления топливной рейкой. Переключение гидроаппаратов (ступеней скорости) происходит автоматически в зависимости от скорости движения тепловоза, причем последняя в свою очередь зависит от заданных оборотов дизеля и нагрузки (сопротивления движения состава).
Работу гидропередачи и узлов системы автоматического управления поясняет рис. 44.
Холостой ход. При работающем дизеле и отключенной гидропередаче движение от первичного вала 38 сообщается валу 40 насосных колес гидропередачи. Вместе с валом посредством шестерен 39 и 41 вращается питательный насос 50. Масло от питательной ступени 49 по каналу 57 поступает к золотниковой коробке гидротрансформатора 7, а также по специальным каналам через отверстие в среднем корпусе гидропередачи к холодильнику 52. Охлажденное масло возвращается по трубопроводу 45 в картер 51.
Масло от вихревой ступени 46 насоса по трубопроводу 44 поступает через щелевой фильтр 43 к плунжеру 21 золотника включения гидропередачи. Дальше масло не проходит, так как плунжер 21 перекрывает доступ масла к центробежному регулятору 18. Благодаря этому золотники золотниковых коробок под действием пружин нахрдятся в своих исходных положениях и сообщают сливные каналы гидроаппаратов с атмосферой. Гидроаппараты опорожнены. Насосные колеса вращаются вхолостую. Турбинные колеса остановлены (если тепловоз стоит) или вращаются от колес, если тепловоз движется по инерции или под уклон. Мощность от дизеля к колесам не передается.
Включение гидропередачи и работа на гидротрансформаторе. Включение гидропередачи осуществляется поворотом тумблера «Гидропередача» на пульте управления. При этом включается электропневматический вентиль и сжатый воздух из главного резервуара подводится к клапану 25 (ЗПК), перемещает золотник 2«? этого клапана влево и поступает, далее, в полость над поршнем 22 цилиндра включения гидропередачи. Под действием сжатого воздуха поршень опускается вниз, перемещая плунжер 21. Кольцевой проточкой плунжер открывает доступ масла от вихревой ступени насоса к центробежному регулятору, откуда по трубопроводу 20 и 13 оно поступает в верхнюю полость золотниковой коробки 7 гидротрансформатора. Поршень 11 опускается в нижнее положение и, сжимая пружинку 5, перемещает золотник 8 в положение «Работа на гидротрансформаторе». Золотник 8 средней проточкой через окна в гильзе соединяет канал 57 от насоса с каналом 47 питания гидротрансформатора 37. Одновременно нижним пояском золотник 8 перекрывает сливной канал 48, соединенный с внутренней полостью гидротрансформатора.
Рис. 44. Схема работы гидропередачи:
1- полость; 2, 3, 60, 67 - отверстия; 4, 56 - крышки- 5, 15, 16, 59 - пружины; 6 - корпус; 7- золотниковая коробка гидротрансформатора; 8, 19, 23, 61 - золотники; 9, 62 - кольцевые проточки; 10 ■- дроссельное отверстие; 11, 22 - поршни; 12, 13, 20, 44, 45, 68 - трубопроводы; 14 - шпилька; 17 - грузик; 18 - центробежный регулятор; 21 - плунжер; 24 - цилиндр включения гидропередачи; 25 -клапан ЗПК; 26, 27, 30, 31 - зубчатые колеса; 28 - ведомый вал; 29 - вторая гидромуфта; 32 - турбинное колесо первой гидромуфты; 33 - колокол; 34 - насос первой гидромуфты; 35 - насос гидротрансформатора; 36 - турбина гидротрансформатора; 37 - гидротрансформатор; 38 - первичный вал; 39, 41 - шестерни; 40 - вал насосных колес; « - шариковый клапан; 43 - щелевой фильтр; 46 - вихревая ступень иасоса; 47, 48, 53, 54, 57, 58 - каналы; 49 - питательная ступень насоса; 50 - питательный насос; 51 - картер; 52 - холодильник; 55 - золотниковая коробка гидромуфт; 63 - втулка; 64, 65 - окна; 66 - турбинное колесо второй гидромуфты
Масло от насоса поступает к гидротрансформатору. Воздух из внутренней полости гидротрансформатора выходит через зазоры в лабиринтовых уплотнениях, через шариковый клапан 42 и отверстия в лопатках второго направляющего аппарата. Быстрое удаление воздуха сокращает время наполнения и стабилизации вращающего момента на рабочих колесах гидротрансформатора, так как при заполнении гидротрансформатора благодаря вращению его насосного колеса воздух, перемешиваясь с рабочим маслом, образует смесь с малым удельным весом. Это значительно снижает мощность, передаваемую гидротрансформатором, и, как следствие, силу тяги при тро-гании тепловоза с места.
Шариковый клапан 42 закрывается при появлении давления во внутренней полости гидротрансформатора, т. е. после заполнения гидротрансформатора.
Вращающееся насосное колесо 35 гидротрансформатора преобразует мощность дизеля в кинетическую энергию потока жидкости и направляет эту жидкость на лопатки турбинного колеса 36. На лопатках турбины кинетическая энергия жидкости превращается в механическую работу турбины.
Момент от турбинного колеса гидротрансформатора через жестко соединенные с ним колокол 33, турбинное колесо первой гидромуфты 32, пару зубчатых колес 31 и 30 передается на ведомый вал и, далее, через реверс-режимный редуктор на колеса тепловоза. Тепловоз трогается с места и набирает скорость.
При трогании с места момент на турбинном колесе в 3,5 раза превышает момент на насосном колесе, что обеспечивает хорошую силу тяги при трогании. К. п. д. гидротрансформатора при этом равен нулю и вся мощность двигателя превращается в тепло, вызывая нагрев масла. По мере разгона к. п. д. увеличивается, полезная мощность растет, а тепловыделение уменьшается.
С целью отвода тепла из полости гидротрансформатора часть нагретого масла сливается через отверстия в лопатках второй ступени направляющего аппарата и через лабиринтовые уплотнения в картер гидропередачи. Взамен сливаемого гидротрансформатор пополняется свежим, более холодным маслом от питательного насоса через канал наполнения 47.
Для охлаждения масла, находящегося в картере гидропередачи, последнее питательным насосом постоянно прокачивается через холодильное устройство на тепловозе. Холодильное устройство поддерживает нормальную температуру масла при скорости движения тепловоза свыше 5 км/ч на маневровом и 10 км/ч на поездном режимах при температуре окружающего воздуха + 40° С. По этой причине длительная езда при полной нагрузке двигателя со скоростями, ниже оговоренных, приводит к перегреву масла гидропередачи.
Переключение с гидротрансформатора на I гидромуфту. Работа на I гидромуфте. При движении тепловоза вращение от ведомого вала 28 парой зубчатых колес 27 и 26 передается шестерням привода регулятора 18, следовательно, скорость вращения грузиков регулятора пропорциональна скорости движения тепловоза. При достижении скорости 14,3 км/ч на маневровом и 28,4 км/ч на поездном режиме золотник 19 центробежного регулятора под действием осевой составляющей центробежных сил грузиков 17, преодолевая силу затяжки пружины 16, переместится влецо до упора в торец шпильки 14, открыв доступ масла в трубопровод 12.
Масло от вихревой ступени насоса через золотник 19 регулятора, трубопровод 12, окна 64, кольцевую проточку в поршне 11, дроссельное отверстие 10 поступает в полость над золотником 8. Золотник 8, сжимая пружину 5, медленно переместится вниз. При своем движении золотник средней проточкой соединит с питательным насосом канал 58. Масло от насоса поступает через золотниковую коробку гидромуфт 55 по каналу 53 на наполнение первой гидромуфты. Одновременно по радиальным каналам в турбинном колесе 32 масло поступает к сливным клапанам гидромуфт и закрывает их.
Расположение и размеры кольцевой проточки 62 золотника 8, а также отверстия в золотниковой втулке 63 выполнены таким образом, чтобы при перемещении золотника 8 в нижнее положение питание гидротрансформатора не прекращалось до момента полного открытия канала питания гидромуфты. Другими словами, при перемещении золотника 8 имеет место одновременное питание гидротрансформатора и первой гидромуфты. Время одновременного питания зависит от скорости перемещения золотника, которая в свою очередь зависит от сечения дроссельного отверстия 10. Диаметр дроссельного отверстия 2 мм подобран таким образом, чтобы к началу слиза из гидротрансформатора успеть частично заполнить I гидромуфту и тем самым обеспечить минимальный провал силы тяги при переключении с гидротрансформатора на I гидромуфту.
Золотник 8 перемещается до упора в крышку 4. В крайнем нижнем положении он прекращает доступ масла от насоса к каналу 47 питания гидротрансформатора и сообщает этот канал кольцевой проточкой и центральным отверстием 60 в золотнике с атмосферным отверстием 3 в крышке. Одновременно сливной канал 48 гидротрансформатора отверстиями 2 золотника также соединяется с атмосферой. Происходит слив масла из гидротрансформатора.
Включившись в работу, гидромуфта загружает двигатель и благодаря своим свойствам, описанным выше, заставляет его снижать скорость вращения коленчатого вала до -1300 об/мин. При дальнейшем движении скорость тепловоза будет изменяться пропорционально изменению скорости вращения двигателя.
Момент от турбинного колеса 32 гидромуфты передается через ту же пару зубчатых колес, что и при работе на гидротрансформаторе.
Переключение с I гидромуфты на II. Работа на II гидромуфте. При достижении тепловозом скорости 17,8 км/ч на маневровом или 35,4 км/ч на поездном режимах, что соответствует скорости вращения вала дизеля ~ 1500 об/мин, центробежные силы грузиков преодолевают усилия затяжки пружин 15 и 16 регулятора и перемещают золотник 19 до упора в крышку грузиков. В этом положении золотника открывается доступ маслу к трубопроводу 68, причем трубопроводы 12 и 13 остаются под напором и, следовательно, золотник 8 остается в нижнем положении. Масло от вихревого насоса поступает в полость над золотником 61 золотниковой коробки 55 гидромуфт. Золотник 61, сжимая пружину 59, перемещается вниз до упорав крышку 56 и сообщает канал 58 с каналом 54 питания II гидромуфты. Масло по этому каналу поступает на наполнение II гидромуфты и по радиальным каналам в турбинном колесе 66 для закрытия сливных клапанов. Одновременно отверстиями 67 и центральным отверстием (сверлением) в золотнике 61 канал 53 питания I гидромуфты сообщается с атмосферой. Благодаря этому начинается слив из I гидромуфты и наполнение II. Когда включается II гидромуфта, скорость вращения вала двигателя снижается до - 1100 об/мин.
При работе на гидромуфтад момент на турбинном колесе равен моменту на насосном колесе. К. п. д. гидромуфты в рабочем диапазоне составляет ~88 - 94%, следовательно, тепловыделение в масло значительно меньше,, чем при работе на гидротрансформаторе, поэтому ограничения по температуре масла гидропередачи во время работы на гидромуфтах тепловоз не имеет.
Для отключения гидропередачи воздух из цилиндра 24 выпускается, при этом плунжер 21 регулятора под действием пружины перемещается вверх и перекрывает доступ масла к регулятору и трубопроводу 20, а трубопроводы 12, 13 и 68 сообщаются со сливом через нижние отверстия во втулке золотника включения и нижнюю проточку плунжера 21. Золотники золотниковых коробок под действием пружин перемещаются в исходные положения и сообщают полости гидроаппаратов со сливом.
Работа системы автоматического переключения при включении гидропередачи после выбега. Как было отмечено выше, при переключении с гидротрансформатора на I гидромуфту для обеспечения минимального провала силы тяги необходимо замедленное перемещение золотника 8. Если же тепловоз движется со скоростью, соответствующей работе гидропередачи на II гидромуфте (или первой), но с отключенной гидропередачей (движение по инерции или под уклон), то медленное перемещение золотника при включении гидропередачи в данном случае (включение после выбега) приведет к одновременному заполнению гидротрансформатора I или II гидромуфты. Гидротрансформатор при этих скоростях движения тепловоза будет работать в режиме торможения, т. е. момент на турбине будет иметь отрицательное значение. Это приведет к нежелательному торможению тепловоза.
На ранее выпущенных тепловозах с целью сокращения до минимума времени перемещения золотника 8 в нижнее положение при включении гидромуфты после выбега тепловоза в системе автоматического управления применялся клапан быстрого включения, который позволял в обход дросселя (дроссель стоял на трубопроводе 12) по широкому каналу подавать масло от регулятора в полость над золотником 8. Однако клапан быстрого включения удорожал конструкцию и работал недостаточно надежно. С тепловоза № 579 его не ставят, а конструкция золотниковой коробки гидротрансформатора несколько переработана (см. рис. 42).
В отличие от ранее выпускаемой конструкции в новой золотниковой коробке на поршне 11 (см. рис. 44) установлен шариковый клапан с дроссельным отверстием 10, в золотниковой втулке коробки гидротрансформатора введены два ряда окон (отверстий) 64 и 65, которые позволяют питать полость над золотником 8 при верхнем положении поршня 11 и полностью перекрываются только при его крайнем нижнем положении. На поршне введена кольцевая проточка, сообщающая отверстия 64 через дроссельное отверстие 10 в шариковом клапане с полостью над золотником 8 при нижнем положении поршня.
Работа системы автоматического управления при включении гидропередачи после выбега тепловоза со скоростью, соответствующей работе на II гидромуфте, заключается в следующем.
При выбеге золотник 19 центробежного регулятора находился в положении «Работа на второй гидромуфте», а золотники 8 я 61 под действием пружин находятся в верхнем положении. Поэтому при включении гидропередачи масло от центробежного регулятора по трубопроводу 13 поступает в полость над поршнем 11 и по трубопроводу 12 через достаточно большие отверстия 64 и 65 в полость над золотником 8. Золотник перемещается примерно вдвое быстрее, чем поршень, так как его скорость пропорциональна расходу жидкости через каналы 12 и 13, а скорость поршня зависит только от расхода через канал 13. Быстрое перемещение золотника будет продолжаться до тех пор, пока движущийся медленнее поршень не перекроет нижний ряд отверстий 64, после чего начнется медленное перемещение золотника. К этому моменту золотник успевает перекрыть канал 47 питания гидротрансформатора.
Под действием напора масла в трубопроводе 68 золотник 61 также быстро переместится в положение «Работа на второй гидромуфте». Происходит включение II гидромуфты 29. Благодаря быстрому перемещению золотника 8 гидротрансформатор не успеет заполниться маслом и торможения не произойдет. Аналогично работает автоматика при включении гидропередачи после выбега тепловоза со скоростью, соответствующей работе на I гидромуфте.
При включенной гидромуфте и нагруженном двигателе турбинное колесо всегда отстает от насосного на величину скольжения 12% (за исключением движения под уклон). Если при этом снизить заданную скорость вращения вала двигателя, турбинное колесо начнет обгонять насосное и за счет инерции тепловоза раскручивать коленчатый вал двигателя. Это приведет к частичному торможению тепловоза. Аналогичное явление произойдет и при включении гидропередачи после выбега, если скорость вращения насосного колеса включаемой гидромуфты окажется ниже скорости турбинного колеса. По этой причине при включении передачи после выбега рекомендуется поднять обороты двигателя до номинальных, иначе произойдет частичное торможение тепловоза.
Обратное переключение гидроаппаратов. Если при движении тепловоза сопротивление движению возрастает, а сила тяги окажется недостаточной для поддержания заданной скорости движения, скорость тепловоза падает. Центробежная сила грузиков регулятора будет уменьшаться до значения, при которой пружины возвратят золотник 19 центробежного регулятора в положение работы на гидроаппарате, предшествующем включенному, т. е. произойдет обратное переключение гидроаппаратов. Скорости обратных переходов на 0,5- 1,5 км ниже прямых. Это исключает звонковую работу автоматики при прямых переходах.
При работе на гидромуфтах с падением скорости движения тепловоза автоматически снижаются обороты двигателя. К моменту перехода со II гидромуфты на I они падают до - 1050 об/мин, а с I гидромуфты на гидротрансформатор - до 1250 об/мин.
Узлы системы автоматического управления гидропередачи | Конструктивные особенности и техническая характеристика тепловоза | Система смазки гидропередачи