Призначення передачі потужності і її властивості

Призначення передачі потужності і її властивості

Призначення передачі. Тепловоз, у якого колінчастий вал дизеля безпосередньо з'єднаний з осями рушійних колісних пар (так званий тепловоз безпосередньої дії), практично непрацездатний. Без додаткових пристроїв такий локомотив не зможе зрушити з місця і слідувати із заданою швидкістю по перегону. Це пояснюється тим, що давати навантаження на дизель можна тільки при частоті обертання колінчастого вала, що дорівнює приблизно 1/3 номінального се значення; потужність дизеля збільшується при збільшенні частоти обертання колінчастого вала, нарешті, конструкція дизеля не допускає великих перевантажень.

Момент, що обертає, створюваний дизелем, майже не залежить від частоти обертання його вала (при постійній подачі палива). Сила тяги 1 "до тепловоза безпосередньої дії також не залежить від частоти обертання колінчастого вала. Тягова характеристика (залежність розвивається сили тяги від швидкості) такого тепловоза-лінія 1 (рис. 1.1) не забезпечує рушання і розгін поїзда. На тепловозі необхідно встановлювати додатковий двигун для розгону. Дизель з повним навантаженням зможе працювати тільки на розрахунковому підйомі, а на більш легких ділянках профілю він буде недовантажений. Ідеальна тягова характеристика тепловоза повинна мати залежність у вигляді гіперболи ( крива 2 на рис. 1.1), при якій забезпечується зміна сили тяги обернено пропорційно швидкості руху. Для отримання характеристики, відповідної найбільш ефективній роботі тепловоза, необхідно встановлювати комплекс пристроїв, призначених для передачі потужності від колінчастого вала дизеля до осей рушійних колісних пар, званий передачею потужності. Передача потужності перетворює крутний момент і частоту обертання валу силової установки в змінюються по заданому закону крутний момент і частоту обертання осей коліс них пар.

Вимоги, що пред'являються до передачі потужності. Передача тепловоза повинна забезпечити: силу тяги в момент рушання і розгону поїзда, що набагато перевищує за значенням силу тяги при номінальному режимі; використання повної потужності дизеля в усьому діапазоні швидкостей руху локомотива (т. е. режим дизеля може зберігатися незмінним при різних умовах руху

Мал. 1.1. Залежність сили тяги рк тепловоза від швидкості іпоезда); пуск дизеля і роботу його на холостому ходу; зміна напрямку руху тепловоза при постійному напрямку обертання валу дизеля.

Передача потужності повинна володіти високою надійністю і довговічністю, найменшими розмірами, масою і вартістю, високим к. П. Д. На всіх режимах роботи, мінімальними витратами на обслуговування і ремонт. На тепловозах застосовуються три типи передач потужності: електрична, гідравлічна та механічна. Найбільшого поширення набула електрична передача, яка за багатьма показниками є найбільш ефективною. Для сучасних електричних передач характерно збільшення потужності при збереженні майже тих же габаритних розмірів і зменшенні питомих мас. На тепловозах застосовують електричні передачі потужності постійного, змінно-постійного і змінного струму. Переважне поширення в світовій практиці має передача на постійному струмі. Коефіцієнт корисної дії електричної передачі при тривалому режимі 84-86%. У зв'язку зі збільшенням потужності тепловозів набуває широкого поширення передача змінно-постійного струму.

Електрична передача постійного струму складається з тягового генератора Г, що приводиться в обертання валом дизеля Д, тягових електродвигунів 1, 2, розташованих на рушійних колісних парах тепловоза, системи збудження генератора СВГ (рис. 1.2, а), а також ряду допоміжних машин і апаратів, не вказані на малюнку.

Мал. 1.2. Схеми передачі потужності: а - на постійному струмі; б-на змінно-постійному; в - на змінному токесімость сили тяги тепловоза від крутного моменту і потужності дизеля, т. е. можна отримати велику силу тяги при малій потужності дизеля і малу силу тяги при його великої потужності.

Сила тяги у тепловоза з електричною передачею (при даній потужності дизеля) обмежується нагріванням тягових електричних машин, які допускають велику короткочасне перевантаження (генератори - в 1,5 рази, а електродвигуни - в 2 рази). Перевантаження використовують під час рушання поїзда і подолання крутих підйомів невеликої довжини. Для того щоб потужність дизеля підтримувалася постійною, сила тяги повинна автоматично змінюватися обернено пропорційно швидкості, т. Е. При збільшенні сили тяги, наприклад, в два рази швидкість тепловоза повинна зменшуватися також у два рази.

Дизель-генераторний агрегат і тягові електродвигуни тепловоза конструктивно між собою не пов'язані, що дає можливість створити найбільш просту систему передачі енергії на рушійні колеса. Електрична передача забезпечує зчленовану роботу декількох секцій (по системі багатьох одиниць), керованих з одного поста. Недоліки електричної передачі - велика маса, висока вартість і підвищена витрата кольорових металів в порівнянні з іншими видами передач. Тепловози з цим видом передачі мають порівняно високий к. П. Д. На ободі коліс (28- 30%), тягову характеристику, близьку до ідеальної, плавне рушання з місця, прості і надійні в управлінні.

Розвиток силової напівпровідникової техніки дало можливість створити випрямлячі, що відповідають умовам експлуатації тепловозів.

В СРСР перші тепловози типу те109 з передачею змінно-постійного струму були випущені в 1967 р Передачу змінно-постійного струму мають магістральні тепловози і потужні маневрові тепловози. При передачі змінно-постійного струму (рис. 1.2, б) дизель обертає вал трифазного синхронного генератора СГ, напруга якого підводиться до випрямної установці ВУ і після випрямлення до електродвигунів постійного струму 1, 2. Застосування тягових електродвигунів постійного струму звичайного виконання обумовлює низький коефіцієнт пульсації напруги і його високу частоту. Для зниження пульсацій генератор має дві обмотки статора, з'єднані в зірку із зсувом на 30 ° ел *, а випрямна установка виконана з двома паралельними мостами. Така схема зменшує пульсацію напруги в 2 3 рази і збільшує приблизно в 2 рази частоту.

На тепловозах з електричною передачею постійного струму застосовують електричний пуск дизеля. Для цього на головних полюсах тягових генераторів укладають, крім обмотки незалежного збудження, пускову обмотку, яка одержує харчування від акумуляторної батареї тільки під час пуску дизеля. При пуску тяговий генератор працює в режимі двигуна з послідовним збудженням і приводить в обертання колінчастий вал дизеля. У передачах змінно-постійного або змінного струму для пуску дизеля використовують стартер-гелератори.

В електричної передачі змінного струму використовують в якості тягового генератора синхронний генератор, а в якості тягових електродвигунів - асинхронні короткозамкнутис двигуни. Такі двигуни при однакових параметрах з двигунами постійного струму мають менші габаритні розміри, в 1,2--1,4 разу легше, в 2-3 рази дешевше, практично не мають обмежень по силі тяги і току і мають велику надійність в експлуатації з- за відсутності щітково-колекторного апарату Для умов тяги регулювання частоти обертання ротора асинхронного короткозамкнутого двигуна може здійснюватися зміною частоти струму, що підводиться до двигуна, або числа пар полюсів (ступеневу управління).

Змінна напруга тягового синхронного генератора СГ подається на випрямними установку ВУ (рис. 1.2, в), випрямлена напруга підводиться до тиристорному инвертору І, де воно перетворюється в неременний ток регульованої частоти, яким харчуються асинхронні двигуни А. \ Передача змінного струму забезпечує більш простий перехід від режиму тяги до електричного гальмування. Такий тип передачі має досвідчений тепловоз те120.

* 1 ° ел = 1/360 частини періоду змінного струму. На окружності якоря йому відповідає 1 / р геометричних градусів, де р число пар полюсів. При \> р - 12; ЗЙ1 ел - = 5 ".