CC BY
23
УДК 622.625.28.003.13
Таран Игорь Александрович
доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой управления на транспорте,
Национальный горный университет, 49005, Украина, г. Днепропетровск, пр. Карла Маркса, 19 e-mail: taran 70@mail.ru
Клименко Ирина Юрьевна
ассистент кафедры управления на транспорте, Национальный горный университет, 49005, Украина, г. Днепропетровск, пр. Карла Маркса, 19 e-mail: iryna klvmenko@mail.ru
ПОВЫШЕНИЕ
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ТЯГОВО-ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДВУХПОТОЧНЫХ ТРАНСМИССИЙ
Taran Igor A.
Doctor of technical sciences, associate professor,
the head of Transport management department,
The State Higher Educational Institution
the National Mining University,
49005, the Ukraine, Dnepropetrovsk,
K. Marks av,19
e-mail: taran 70@mail.ru
Klimenko Irina Yu.
assistant of Transport management department,
The State Higher Educational Institution
the National Mining University,
49005, the Ukraine, Dnepropetrovsk,
K. Marks Av., 19
e-mail: iryna klymenko@mail.ru
INCREASING TECHNICAL AND ECONOMIC PARAMETERS OF TRACTION-TRANSPORT VEHICLES USING DUOFLOW TRANSMISSION
Аннотация
Приведены основные преимущества и недостатки гидрообъемно-механических трансмиссий. Проанализированы кинематические и функциональные схемы двухпоточных гидрообъемно-механических трансмиссий. Доказано, что применение бесступенчатых трансмиссий перспективно как на автомобилях, так и на шахтных поездах
Abstract:
The basic advantages and disadvantages of hydro-volumetric and mechanical transmissions are given. Kinematic and functional schemes of double-mechanical transmissions are analyzed. It is proved that employment stepless transmissions is promising both in trucks, and in mine diesel locomotives
Ключевые слова: дизелевоз, трансмиссия, бесступенчатая трансмиссия, гидрообъемно-механическая трансмиссия, мощность, двигатель
Keywords: diesel locomotive, transmission, stepless transmission, hydro-volumetric mechanical transmission, power, engine
В каждом транспортном средстве (ТС), независимо от массово-габаритных характеристик, функционального назначения для трансформации крутящего момента и угловой скорости двигателя используются трансмиссии. Трансмиссия тягово-транспортной машины в значительной степени определяет ее эксплуатационные качества и обуславливает эффективную передачу энергии, реализующей тяговое усилие.
Передача энергии от входного вала к выходному с различной степенью трансформации момента в каждом из них позволяет создавать более совершенные трансмиссии и расширяет возможности их применения.
В последнее время распространение получили двухпоточные бесступенчатые гидрообъемно-механические трансмиссии (ГОМТ), которые используются в мировом автомобиле- и тракторостроении, на железнодорожном транспорте. Усиленно ведутся работы по совершенствованию ГОМТ такими всемирно известными транснациональными корпорациями, как СККН, которая объединяет фирмы Case IH, New Holland (США) и Steyr (Австрия); AGCO, которая объединяет фирмы Fendt (Германия), Massey Ferguson, Challenger (США) и Valtra (Финляндия); SDF, которая объединяет фирмы Same, Lamborghini (Италия) и Deutz-Fahr (Германия), а также двумя крупнейшими компаниями John Deere (США) и Claas (Германия). ГОМТ имеют следующие преимущества [1]:
- могут заменить не только ступенчатую механическую коробку передач, но и всю трансмиссию машины вместе со сцеплением, при этом обеспечивается переключение скоростных поддиапазонов без остановки при движении машины, без разрыва потока мощности;
- повышают управляемость транспортных средств, поскольку позволяют изменять в широких интервалах тяговое усилие на ведущих колесах при достаточно малых усилиях на органах управления;
- обеспечивают плавное регулирование передаточного отношения от двигателя к ведущим колесам, что существенно повышает подвижность и эргономичность мобильных машин;
- бесступенчатое регулирование ГОМТ способствует адаптации самоходной машины для выполнения заданного технологического процесса и поддержки его стабильности;
- ГОМТ, имеющие возможность реверса, обеспечивают переход от движения вперед к движению задним ходом без остановки и переключения передач;
- ГОМТ бортового исполнения обеспечивают поворот транспортного средства на месте с нулевым радиусом поворота;
- способствуют повышению надежности работы двигателя благодаря демпфирующим свойствам рабочей жидкости гидропередачи, вследствие чего устраняется жесткая кинематическая связь ведущих колес с двигателем;
- обеспечивают лучшую тяговую динамику транспортных средств по сравнению со ступенчатыми механическими трансмиссиями, поскольку позволяют максимально загрузить двигатель и поддерживать его максимальную активную мощность;
- при рациональном выборе регулировочных характеристик ГОМТ двигатель способен работать в режиме максимальной мощности или минимальных затрат топлива во всем скоростном диапазоне ТС;
- повышают среднюю скорость движения по бездорожью за счет лучшего использования мощности двигателя.
К основным недостаткам ГОМТ относятся:
- ниже КПД по сравнению со ступенчатыми механическими трансмиссиями (в современных конструкциях КПД ГОМТ на 7 - 10 % ниже);
- при переключении их поддиапазона в поддиапазон на контуре, в котором находится гидропередача, могут скачкообразно изменяться мощность и давление, что приводит к ударным режимам в гидрообъемной передаче (ГОП) и снижению их ресурса;
- рабочие режимы с циркуляцией мощности приводят к относительно большим потерям и тепловыделению, могут быть нежелательными с точки зрения прочности и надежности элементов трансмиссии;
- из-за разности нагрузок на ведущих колесах ТС с ГОМТ бортового исполнения наблюдается вредное явление отклонения от прямолинейного заданного курса, что без соответствующей автоматической системы курсовой коррекции повышает психо-физио-логическую нагрузку на оператора-водителя;
- необходимость использовать качественные рабочие жидкости с высокой степенью чистоты;
- необходимость использования согласовательных редукторов между двигателем и насосами, а также между гидромоторами и колесами;
- повышенный шум при работе на высоком давлении и при высокой частоте оборачивания;
- необходима высокая квалификация персонала для проведения технического обслуживания при эксплуатации;
- выше стоимость и сложность изготовления за счет использования гидромашин большого рабочего объема.
В ГОМТ мощность от силовой двигательной установки к ведущим колесам передается по двум кинематически связанным между собой ветвям, причем в одной из ветвей находится гидрообъемная передача, а в другой - механическая. Характерной особенностью двухпоточных бесступенчатых ГОМТ является наличие в их составе планетарного механизма, на котором суммируются потоки мощности. Известно, что ГОМТ имеют более высокий КПД по сравнению с полнопоточными трансмиссиями, но в отличие от последних им присущи режимы циркуляции мощности, т.е. обратные потоки мощности через вариатор, что существенно снижает их функциональность.
Циркуляция мощности в двухпоточных трансмиссиях выдвигает задачу установления закономерностей формирования и распределения потоков мощности в элементах трансмиссии шахтного дизелевоза в рабочем диапазоне эксплуатационных скоростей, так как это накладывает значительное ограничение на структуру и кинематическую схему такой трансмиссии.
Для класса двухпоточных бесступенчатых гидрообъемно-механических коробок передач существуют три возможных режима работы ГОМТ (рис. 1).
а б в
Рис. 1 - Возможные распределения потоков мощности в двухпоточных ГОМТ: а - параллельное, б - с перегрузом механической ветви, в - с перегрузом гидравлической ветви
Рассмотрим подробно двухпоточную ГОМТ как пример трансмиссии с планетарным механизмом передач на выходе для иллюстрации распределения энергии, потоков мощности и исследования основных рабочих параметров при работе в составе дизелевоза, транспортирующего прицепную часть. Структурная схема ГОМТ и ее конструктивные параметры приведены на рис. 2 [2].
Рис. 2 - Структурная схема ГОМТ и ее конструктивные параметры: Е^А - двигатель; ЯЫА, RedВ, Я^С, Яе® и RedЕ - редукторы; ЛИзА - ГОП; DifА и - планетарные ряды; WЫА и WЫВ - ведущие колеса, FrcА - фрикцион (Ф),
BrkА - тормоз (Т)
е К кВт ДР. МПа кпд кпд ГОП ГШ, кВт
1 2 з 4 5 6 ЛМ 72 000 072 1 44 2-1е 2.88 3.60 4.32 5.04 5.76 6.48 7.28 7.82 8.64 8.36 У,кмч
Рис. 3 - Основные рабочие параметры ГОМТ тягового средства при полной нагрузке
На рис. 3 приведены результаты исследования предложенной выше реверсивной двухпоточной бесступенчатой ГОМТ при полной нагрузке - масса состава 50 т. В качестве основных рабочих параметров ГОМТ выбраны: параметр регулирования е (1); мощность загрузки двигателя N (2), перепад рабочего давления в ГОП (3); КПД ГОМТ (4); КПД ГОП (5) и мощность, протекающая через гидромашину ГМ1 (6). Изменение указанных параметров рассматривается в зависимости от скорости движения тягового средства.
Выводы
Исследование распределения циркулирующих в двухпоточных ГОМТ мощностей с потерями в гидрообъемных передачах и их КПД, анализ и установление взаимосвязей в распределении энергии по ветвям двухпоточных ГОМТ в процессе их работы в составе транспортных средств - основа научного обоснования методологии анализа бесступенчатых ГОМТ во всех возможных режимах работы как на тяговых, так и на транспортных скоростных диапазонах любых транспортных средств, в частности шахтных дизелевозов.
Для иллюстрации распределения энергии, потоков мощности и исследования основных рабочих параметров при работе в составе тягового средства рассмотрена ГОМТ дизелевоза.
Распределение потоков накладывает значительное ограничение на структуру и кинематическую схему двухпоточной бесступенчатой трансмиссии, которая для любого необратимого вариатора должна допускать только параллельные потоки мощности от двигателя до ведущих колес тягово-транспортной машины.
Развитие и усовершенствование методик по анализу и параметрическому синтезу двухпоточных бесступенчатых ГОМТ позволит уже на этапе проектирования получить комплексную оценку данной сложной технической системы, оптимизировать конструктивные параметры трансмиссии с целью повышения ее кинематических, силовых и энергетических характеристик, а также повысить технико-экономические показатели тягового агрегата в целом.
Литература
1. Динамика транспортно-тяговых колесных и гусеничных машин / Е.Е. Александров и др. - Харьков: ХГАДТУ, 2001.- 642 с.
2. Таран И.А. Взаимосвязь кругового передаточного отношения двухпоточной трансмиссии с параметром регулирования в случае планетарного механизма на выходе / И.А. Таран // Науковий вюник НГУ. - 2012. - № 3. - С. 78 - 85.
