Расчет потерь энергии в элементах тягового привода тепловоза с гидропередачей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Общетехнические задачи и пути их решения

211

5. Феноменологические основы оценки трещиностойкости материалов по параметрам падающих участков диаграмм деформаций / А. А. Лебедев, Н. Г. Чаусов // Проблемы прочности. - 1983. - № 2. - С. 6-10.

6. Энергетические критерии разрушения при циклическом нагружении (обзор) /

A. Н. Романов // Проблемы прочности. - № 3. - 1971. - С. 3-9.

7. Нелинейные проблемы теории упругости / И. И. Гольденблат. - М. : Наука. -1969. - 336 с.

8. Вопросы усталостной прочности машиностроительных конструкций. Н. И. Гриненко // Усталостная прочность машиностроительных конструкций : труды школы-семинара. - Челябинск : Челябинский рабочий, 1975. - 92 с.

9. Моделирование усталостного разрушения пластины с отверстием /

B. И. Миронов, А. В. Якушев, О. А. Лукашук // Вестник УГТУ-УПИ. - 2006. - № 11. -

C. 87-92.

10. Деградация свойств поверхностного слоя материала / В. И. Миронов // Материалы III Российской научно-технической конференции «Разрушение, контроль и диагностика материалов и конструкций». - Екатеринбург : ИМАШ УрО РАН, 2007. -С. 1-2.

УДК 621.225 А. В. Осипов

РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕМЕНТАХ ТЯГОВОГО ПРИВОДА ТЕПЛОВОЗА С ГИДРОПЕРЕДАЧЕЙ

Точное определение гидравлических потерь дает более ясную картину энергетических процессов, проходящих внутри гидроаппарата (ГА). Одними из наиболее значимых конструкционных параметров в ГА является лопастная система, изменение которой в определенных пределах снижает гидравлические потери, позволяет характеристике КПД смещаться в сторону малых и больших передаточных отношений, а также изменять энергоёмкость ГА и другие показатели, влияющие на его качество и экономичность.

гидропередача, гидротрансформатор, гидравлические потери, углы наклона лопастей.

Введение

В гидропередаче тепловоза возникают потери энергии, которые можно разделить на механические, объемные, гидравлические. Наибольшая доля потерь энергии приходится на гидравлические, которые даже при максимальном гидравлическом КПД составляют 10.. .15 %.

Гидравлические потери в лопастных системах и круге циркуляции гидротрансформатора (ГТР) связаны с течением реальной жидкости. В зависимости от режима работы и места расположения в круге циркуляции

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/3

212

Общетехнические задачи и пути их решения

ГТР поток жидкости меняет направление движения и принимает различные формы. Такой сложный характер течения потока в ГТР делает затруднительным точное определение гидравлических потерь. Применяемые в настоящее время методы расчета гидравлических потерь ГТР основаны на применении опытных коэффициентов, полученных экспериментально.

Основная цель данной работы - поиск оптимальных углов наклона лопастей турбины и реактора с целью повышения КПД ГТР.

1 Определение гидравлических потерь по методике И. Ф. Семичастнова

1.1 Виды потерь в гидротрансформаторе

Наиболее точные результаты дает методика И. Ф. Семичастнова. В данной работе расчет выполнен по этой методике. Семичастнов предлагает разделить потери на пять составляющих: потери на удар при входе на лопатку, потери при расширении канала, потери при сужении канала, потери при искривлении канала и потери на трение в канале.

1.2 Формулы для определения составляющих гидравлических потерь

Составляющие для определения гидравлических потерь могут быть рассчитаны по следующим зависимостям:

• потери напора на удар при входе в колесо

h С

hy = ф2-,

2 g

где cs - вектор потерянной скорости; ф - коэффициент удара;

• напор, теряемый на внезапное сужение при входе на колесо,

( Cmx1 Cmx 2 )

К = ф

суж

2 g

где фсуж - коэффициент сужения;

• потери напора на трение в межлопаточных каналах колеса

К = ^Хх

тр1

f

16 g

l

+

l

у sin2 pxyRxy sin2 pxyRxy j

c

где l - коэффициент трения; lx - длина лопатки; P - угол наклона лопатки; cm - меридиональная скорость; x - номер колеса (1 - насос, 2 -турбина, 3 - реактор); y - вход в колесо или выход из колеса (1 - вход; 2 -выход);

• потери напора на искривление в межлопаточных каналах колеса

2011/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

213

h =1^ с2

и ^

2 g

где % - коэффициент сопротивления,

%

0,124 + 0,274

' b Л

ср

r

V ср

3,5

здесь Ьср - средняя ширина канала; гср - средний радиус кривизны канала; • напор, теряемый на внезапное расширение при выходы из колеса,

h =AcL

р 2 g ’

где Acm - разница меридиональных скоростей на входе и выходе из колеса.

Расчет выполнен для гидротрансформатора типа ТП1000М, который используется в гидропередаче УГП 750-1200, являющейся базовой для отечественных локомотивов промышленного транспорта.

2 Результаты расчета гидравлических потерь

В качестве изменяемых конструкционных параметров были приняты углы наклона лопастей при выходе из турбины 022 и реактора аз2. Как показано в работе [1], эти параметры являются ключевыми по уровню влияния на величину гидравлических потерь. Результаты расчета приведены на рисунках 1-6.

Рис. 1. Гидравлические потери при ударе на насосном колесе для разных углов наклона

лопастей турбины и реактора

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/3

214

Общетехнические задачи и пути их решения

Рис. 2. Гидравлические потери при ударе на турбинном колесе для разных углов наклона лопастей турбины и реактора

Рис. 3. Гидравлические потери при ударе на реакторе для разных углов наклона

лопастей турбины и реактора

2011/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

215

Рис. 4. Гидравлический КПД для разных углов наклона лопастей турбины

и реактора

Рис. 5. Напор на насосном колесе для разных углов наклона лопастей турбины

и реактора

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/3

216

Общетехнические задачи и пути их решения

Частота вращения турбинного вала, об/мин

Рис. 6. КПД ГТР при разных углах наклона лопастей турбины и реактора

Заключение

Представленные результаты позволяют сделать следующие выводы.

1. Изменение угла выхода лопасти турбины Р22 в сторону уменьшения, а угла выхода реактора аз2 в сторону увеличения способствует снижению гидравлических потерь на турбинном колесе, а также увеличению гидравлического КПД и КПД самого ГТР. Это можно объяснить тем, что при уменьшении Р22 снижается меридиональная скорость, вследствие чего происходит снижение расхода жидкости в круге циркуляции, причем циркуляция на выходе из насосного колеса остается в заданных пределах, а циркуляция на выходе из турбинного колеса уменьшается. Изменение циркуляций приводит к увеличению напора на турбинном колесе. В то же время уменьшение угла выхода турбинного колеса приводит к уменьшению проекции абсолютной скорости при входе в реактор, что влечет за собой увеличение гидравлических потерь на реакторе.

2. Увеличение Р22 и снижение аз2 уменьшают гидравлические потери в насосном колесе и реакторе, а также смещают характеристику в сторону меньших передаточных отношений. Уменьшение аз2 приводит к увеличению проекции абсолютной скорости при входе в насосное колесо, что отражается на увеличении напора на насосе, кроме того, снижается меридиональная скорость в круге циркуляции.

2011/3

Proceedings of Petersburg Transport University

217

Общетехнические задачи и пути их решения Библиографический список

1. Оптимизация параметров гидродинамических приводов строительных и дорожных машин / С. П. Стесин. - М. : Машиностроение, 1996. - 172 с.

2. Рельсовые автобусы РА-1, РА-2. Устройство основных узлов, устройство аппаратов, электрические и пневматические схемы / К. П. Агеев. - М. : Центр коммерческих разработок, 2007. - 160 с.

3. Гидродинамические передачи: проектирование, изготовление и эксплуатация / Б. А. Гавриленко, И. Ф. Семичастнов. - М. : Машиностроение, 1980. - 224 с.

4. Гидравлические передачи локомотивов : учеб. пособие / В. С. Руднев. - М. : МИИТ, 1999. - 121 с.

5. Лопастные машины и гидродинамические передачи / С. П. Стесин, Е. А. Яковенко. - М. : Машиностроение, 1991. - 248 с.

УДК 621.316.9

О. Г. Шершакова

ОПТИМАЛЬНЫЙ УГОЛ РАСКРЫТИЯ НАКОНЕЧНИКА МОДУЛЬНО-СТЕРЖНЕВОГО ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ

Усилие на погружение модульно-стержневого заземлителя складывается из лобового сопротивления наконечника и сцепления стержней с грунтом. Рассмотрен наконечник стержня заземлителя в виде прямого кругового конуса радиусом R и углом заострения 2а, перемещающийся в однородном грунте с постоянной скоростью. Определен оптимальный угол раскрытия (заострения) наконечника, обеспечивающий минимальное лобовое сопротивления грунта его внедрению.

лобовое сопротивление грунта наконечнику, модульно-стержневой заземлитель, наконечник, оптимальный угол заострения наконечника.

Введение

Обязательным условием эффективного и полноценного решения задач организации и экономики строительства новых телекоммуникационных узлов или модернизации существующих является решение вопросов, связанных с устройством заземления, отвечающего современным требованиям.

Производство работ традиционными методами в современном городе с его насыщенностью инженерными коммуникациями и стесненными условиями сильно затруднено либо невозможно.

Одним из перспективных и экономически выгодных способов решения этого вопроса является применение глубинной модульно-стержневой системы заземления. Инновационность этой технологии заключается в том, что вертикальный стержень становится своего рода системой благодаря модульному наращиванию: стальные стержни с электропроводным

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/3