Тяговые и экономические качества тепловоза во многом определяются правильным подбором и совмещением характеристик дизеля и гидроаппаратов.
На тепловозах ТГМЗА применяется унифицированная гидропередача, УГП 750-1200, выпускаемая Калужским машиностроительным заводом, которая имеет Два гидротрансформатора и одну гидромуфту.
Гидротрансформатор - это гидравлический аппарат, который, передавая энергию с ведущего вала на ведомый, автоматически преобразует момент в зависимости от соотношения скорости вращения ведущего и ведомого валов. Гидротрансформатор состоит из подвижных насосного и турбинного колес и неподвижного направляющего аппарата. Масло, находящееся в круге циркуляции гидротрансформатора, при выходе из турбинного колеса поступает в направляющий аппарат, который изменяет направление потока жидкости, обеспечивая его безударный вход на лопатки насосного колеса.
Гидромуфта обеспечивает передачу энергии с ведущего вала на ведомый без изменения величины крутящего момента. Гидромуфта состоит из насосного колеса и турбинного (направляющий аппарат отсутствует), поэтому в гидромуфте моменты на насосном и турбинном колесах всегда равны, т. е. гидромуфта не изменяет передаваемого крутящего момента.
Между дизелем и гидроаппаратами передачи устанавливается повышающая зубчатая пара, которая согласует совместную работу дизеля и гидропередачи. Вначале тепловозы ТГМЗА имели гидропередачи с отношением чисел зубчатых колес - = т=. В настоящее время тепловозы выпускаются с передаточным отношением повышающей пары г'п п = - = 1б •
Рис. 4. Схема трансмиссии тепловоза ТГМЗА.
1-6, 9, 10, 15, 16, 17, 22, 23, 25, 26, 30, 32, 33, 34, 36, 37 - шестерни гидропередачи, 7 -насос системы смазки; 8- вал раздаточный, 11-14 - шестерни осевого редуктора, 18 - вал реверса, 19 - насос откачивающий, 20 - насос питательный, 21 - вал вторичный, 24 -вал главный, 27 - датчик скорости, 28 - вал турбинный первой ступени, 29 -вал отбора мощности, 31 - вал турбинный второй ступени; 35- вал насосный, 38 - вал приводной
ТАБЛИЦА 1
Гидропередача
Осевой редуктор
Благодаря этому несколько повысилась касательная мощность я, как следствие, улучшились тяговые свойства тепловоза.
Для определения весовых норм, скорости движения на заданных участках пути, времени хода состава и других целей необходимо знать тяговую характеристику тепловоза. Тяговой характеристикой называется зависимость касательной силы тяги тепловоза от его скорости.
Ниже приведены значения чисел зубьев (табл. 1) и передаточные отношения (табл. 2) трансмиссии тепловоза ТГМЗА, которые используются при построении тяговой характеристики тепловоза. Схема трансмиссии тепловоза изображена на рис. 4.
Механический коэффициент полезного действия трансмиссии определяется при условии движения тепловоза вперед и следующих коэффициентах полезного действия элементов трансмиссии: цилиндрической зубчатой пары - 0,98; конической зубчатой пары - 0,97; карданного вала - 0,99.
Для построения тяговых характеристик тепловоза производится совмещение характеристик дизеля и гидроаппаратов. По имеющимся характеристикам зависимости мощности дизеля от оборотов Nn = f{ng) строится характеристика Мл = /(Яд)- Так как между дизелем и гидроаппаратами находится повышающая зубчатая пара, то необходимо привести крутящий момент насосных колес гидроаппаратов к валу дизеля по следующему соотношению:
ТАБЛИЦА 2
Это выражение представляет собой при уХ = var семейство парабол, а при уХ = const одну квадратичную параболу.
По имеющимся характеристикам гидроаппаратов (рис. 5) могут быть построены нагружающие характеристики их на поле характеристики дизеля. Если бы вся мощность дизеля шла на создание тяги тепловоза, то можно было бы определить точки совместной работы дизеля и гидропередачи и построить тяговую характеристику. Однако на тепловозе имеется целый ряд вспомогательных устройств, которые требуют затраты мощности и без которых работа тепловоза, вообще говоря, немыслима.
Затраты мощности (л. с.) на тепловозе ТГМЗА: питательного насоса гидропередачи JVr> п = 25, потребляемая вентилятором iVB = 15, на привод компрессора NH = 30, вспомогательного генератора NT = 11 л. с.
Указанные мощности относятся к номинальным оборотам дизеля
Для построения тяговой характеристики тепловоза принимают средние затраты мощности на вспомогательные нужды:
где NK.X = 14 л. с- мощность, затрачиваемая при работе компрессора вхолостую; Nr.с = 6 л. с. - средняя мощность вспомогательного генератора. Далее при номинальных оборотах дизеля определяется свободный момент, полностью идущий на гидроаппараты передачи,
и строится характеристика ЛГд= /(пд) (рис. 6), эквидистантная характеристике Лід <= ї(пд), которая также нанесена на рис. 6. Теперь легко определяются точки совместной работы дизеля и гидропередачи, находящиеся на пересечении линий Мнд и М дВ, для которых известны момент, передаваемый от дизеля к колесам тепловоза, обороты дизеля, а также режим работы гидротрансформатора (гидромуфты).
Для каждой точки пересечения ЛЇ вд и определяется касательная сила тяги (кГ) и скорость тепловоза (км/ч) по следующим соотношениям:
где Г>„ = 1,05 м - диаметр колеса тепловоза;
ь. і - коэффициент трансформации и передаточное отношение гидроаппарата (для гидротрансформатора & берется по рис. 5, а, для гидромуфты к - 1);
т)Меї - механический к. п. д. трансмиссии. При принятых выше значениях к. п. д. отдельных элементов механический коэффициент полезного действия трансмиссии тепловоза равеніщи - передаточное отношение трансмиссии для соответствующего режима и ступени скорости. По данным /•"„ и и строится тяговая характеристика тепловоза для данного положения контроллера. На рис. 7 приведена тяговая характеристика тепловоза ТГМЗА для І, IV и VIII позиций контроллера на маневровом и поездном режимах. На маневровом режиме максимальная сила тяги ограничивается
сцепным вессом; тепловоза. На рис. 7, а нанесено ограничение по сцеплению но формуле
где *„=0,25Н----коэффициент сцепления;
По приведенной выше формуле определяют также коэффициент сцепления для тепловозов с электропередачей и индивидуальным приводом к осям. Тепловозы с групповым приводом при благоприятных условиях реализуют коэффициент сцепления на 10-12% выше, чем максимальный коэффициент сцепления по указанной выше формуле, что и подтвердилось при тяговотеплотехнических испытаниях тепловоза ТГМЗА в ЦНИИ МПС. На рис. 7 также построена зависимость коэффициента полезного действия тепловоза от скорости
Описанное построение тягово-экономических характеристик относится к тепловозу ТГМЗА. Тягово-экономические характеристики тепловоза ТГМЗБ отличаются от вышеприведенных только отсутствием кривых, характеризующих работу гидромуфты.
Техническая характеристика тепловоза | Маневровые тепловозы ТГМ3а и ТГМ3б | Диаграмма равновесных скоростей