Лекомцев (1224979), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Тяговые и экономические характеристики тепловоза во многом определяются правильным подбором, совмещением (согласованием) характеристик дизеля и гидромашины.

На рисунке 3.1 приведены теоретические характеристики изменения эффективной мощности дизеля N_e от частоты вращения коленчатого вала n_e для трех значений цикловой подачи топлива g_e1, g_e2, g_e3, (показаны штриховыми линиями).

Рисунок 3.1 – Теоретические и реальная скоростные характеристики тепловозного дизеля

В реальных тепловозных дизелях характер изменения эффективной мощности N_e=f(n_e) при g_e=const несколько отличается от теоретического, кстати, примерно так же, как отличаются теоретический и реальный циклы Дизеля. Различия реальной и теоретической характеристик N_e=f(n_e) на рисунке 3.1 показаны в виде заштрихованной площади. Наибольшее значение эффективной мощности N_e реального дизеля достигается при максимальном значении его частоты вращения коленчатого вала n_{e max} (точка А на рисунке 3.1).

На рисунке 3.2 теоретическая характеристика М_е=f(n_e) показана штриховой линией. Вследствие различий в теоретическом и действительном рабочих процессах, происходящих в цилиндрах дизеля, реальная характеристика эффективного момента в рабочем диапазоне дизеля n_eхх – n_{e ном} будет несколько отличаться от теоретической характеристики М_е=f(n_e). Различия между этими характеристиками показаны на рисунке 3.2 заштрихованной площадью.

Рисунок 3.2 – Зависимость эффективного вращающего момента тепловозного дизеля от частоты вращения его коленчатого вала

Под характеристиками гидромашин понимают законы изменения моментов на ведомом и ведущем валах, а также к.п.д. в зависимости от чисел оборотов валов [2].

Характеристика гидромуфты определяется уравнением, представляющим собой зависимость передаваемого гидромуфтой вращающего момента от оборотов ведущего вала [2]

. (3.24)

К.п.д. гидромуфты с увеличением оборотов турбинного колеса изменяется: при постоянном n_н по линейному закону от нуля до единицы.

Характеристика дает изменения момента гидромуфты в зависимости от n_т при постоянных значениях оборотов насосного колеса n_н с нанесенными линиями значений к.п.д. или скольжения гидромуфты.

Все необходимые параметры, характеризующие режим совместной работы гидромуфты с конкретным дизелем, можно получить из совместной характеристики дизеля и гидромуфты (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 – Тяговая характеристика гидромуфты

n_т – число оборотов турбинного колеса; nн – число оборотов насосного колеса; М – момент насосного и турбинного колес; М_норм – расчетный нормальный момент; η_гм – к.п.д. гидромуфты

На рисунке 3.4 представлены две наиболее распространенные характеристики совместной работы гидромуфты с дизелем. Изменение передаваемого гидромуфтой момента , оборотов насосного колеса и к.п.д. гидромуфты в зависимости от оборотов турбинного колеса n_т показано на рисунке 3.4,а.

Рисунок 3.4 – Характеристики совместной работы гидромуфты с дизелем

а – Зависимость вращающего момента насоса М_н, числа оборотов насосного колеса n_н и к.п.д. гидромуфты от оборотов турбинного колеса n_Т; б – зависимость вращающего момента дизеля Мд, момента нагружения гидромуфты М и скольжения гидромуфты S от числа оборотов дизеля

Здесь i_пр и η_пр – соответственно передаточное число и к.п.д. повышающего редуктора.

Эта характеристика может быть построена при наличии характеристик гидромуфты (рисунок 3.3) и внешней характеристики дизеля или получена на стенде при испытании установки дизель – гидромуфта путем нагружения тормозом вала турбинного колеса. Коэффициент полезного действия определяется

. (3.25)

Зависимость к.п.д. гидромуфты от n_т на совмещенной характеристике не будет прямолинейной, так как обороты дизеля увеличиваются с увеличением n_т, при этом к.п.д. имеет сравнительно высокие значения в широком диапазоне изменения оборотов турбинного колеса.

Данную характеристику называют также тяговой характеристикой гидромуфты, так как она полностью отражает ее тяговые качества при работе с определенным дизелем. Так, например, задавшись оборотами турбинного колеса n_т=2500 об/мин, можно определить все параметры совместной работы с дизелем: М_д, n_д и η – по точкам a,b и с.

Другой вид характеристики совместной работы дизеля и гидромуфты представлен на рисунке 3.4,б. Здесь характеристика дизеля М_д показана с наложенной на нее кривой нагружения гидромуфты и моментом М (при заторможенном турбинном колесе). На этом рисунке показана также кривая изменения скольжения S гидромуфты, которая представляет собой перевернутую кривую к.п.д. гидромуфты (рисунок 3.4,а).

По холостым оборотам дизеля (n_д=400 об/мин) величина вращающего момента гидромуфты определяется точкой С (рисунок 3.4,а). При увеличении оборотов дизеля до n_д=500 об/мин момент гидромуфты увеличивается по кривой М до точки d. Эта точка соответствует моменту трогания машины; при этом скольжение гидромуфты S=100 % (точка К). При дальнейшем увеличении n_д момент гидромуфты будет изменяться по кривой М_д, а скольжение S после трогания начнет резко уменьшаться, что указывает на увеличение оборотов турбинного колеса и на повышение к.п.д. гидромуфты.

Задавшись оборотами дизеля n_д, можно по совмещенной характеристике определить передаваемы гидромуфтой момент М_д, величину скольжения S, а по ней – обороты турбинного колеса nт и к.п.д. гидромуфты, т.е. все необходимые параметры, характеризующие совместную работу гидромуфты и дизеля.

При подборе и построении совмещенной характеристики дизеля и гидротрансформатора стремятся обеспечить следующие требования: возможность работы дизеля с максимальной мощностью при наибольшей скорости движения тепловоза; возможность работы гидротрансформатора с максимальным к.п.д. в диапазоне эксплуатационных оборотов дизеля; минимальный расход топлива при максимальном к.п.д. гидротрансформатора и максимальный вращающий момент дизеля при трогании тепловоза с места.

Одновременное достижение всех требований практически невыполнимо. Обычно ищут компромиссное решение между совмещением, обеспечивающим наилучшую тяговую характеристику.

В основе построения совмещенной характеристики дизеля и гидротрансформатора лежит следующее положение: дизель и гидротрансформатор образуют единую систему, равновесное состояние которой определяется энергетическим балансом N_д=N_н, т.е. равенством мощностей дизеля (за вычетом мощности, отводимой на вспомогательные нужды) и мощности насосного колеса гидротрансформатора. Момент М_н, развиваемый на насосном колесе гидротрансформатора, равен

. (3.26)

Величина безразмерного коэффициента момента задается характеристикой гидротрансформатора в зависимости от его передаточного отношения .

Моменты насосного колеса М_н и дизеля М_д, при наличии повышающего редуктора связаны следующей зависимостью

. (3.27)

Деление значений момента Мн на передаточное отношение i_пр и к.п.д. η_пр повышающего редуктора дает момент насосного колеса, приведенный к валу дизеля

. (3.28)

Учитывая, что , получим

. (3.29)

Эта формула дает возможность по заданной характеристике гидротрансформатора определить тот момент, который должен развиться на валу дизеля при полной загрузке гидротрансформатора и заданном числе оборотов дизеля.

По формуле (3.29) строится пучок кривых , так как . Удобно эти кривые строить в тех же координатах, в которых построена внешняя характеристика дизеля М_д=f(n_д).

Совмещая кривые М_д=f(n_д) и по уравнению (3.27) даст искомую совмещенную характеристику дизеля и гидротрансформатора. Точки пересечения кривых, когда , дают те моменты, которые можно получить на валу дизеля при полном использовании его мощности и при соответствующем числе оборотов дизеля, а значит, и скорости тепловоза.

При гидротрансформаторах, имеющих непрозрачную характеристику (λ=const при всех значениях 1/i), вместо пучка нагрузочных характеристик имеется одна парабола, которая и совмещается с точкой максимальной мощности дизеля. При этом дизель при всех скоростях движения будет работать с постоянной нагрузкой, регулируемой по воле машиниста, и без просадки оборотов, которая не для всех дизелей приемлема.

На рисунке 3.5 представлена совмещенная характеристика дизеля и гидротрансформатора для установившегося режима работы.

Рисунок 3.5 – Совмещенная характеристика дизеля и гидротрансформатора

М – вращающий момент; n_д – обороты коленчатого вала дизеля; 1/i – передаточное отношение; М_дβ – внешняя моментная характеристика дизеля

Максимальный момент при наибольшей скорости определяется точкой А характеристики. Через эту точку проходит внешняя моментная характеристика дизеля М_дβ с учетом расхода мощности на вспомогательные нужды.

Режим совместной работы дизеля и гидротрансформатора определяется сектором АВСД. При полной подаче топлива момент дизеля при всех режимах работы гидротрансформатора будет изменяться по кривой АД, а при неизменном режиме гидротрансформатора – по одной из нагрузочных кривых, расположенных в секторе АВСД. Нагрузочные кривые, лежащие ниже кривой АВ, отвечают регуляторным характеристикам дизеля при работе гидротрансформатора в режиме гидромуфты.

3.5 Расчет и построение тяговых характеристик тепловозов

Тяговой характеристикой тепловоза называют зависимость касательной силы тяги тепловоза от скорости.

Чтобы построить тяговые характеристики, необходимо иметь: принципиальную схему силовой передачи от дизеля к колесам тепловоза, совмещенные характеристики дизеля и гидромашин, общие передаточные числа от дизеля к колесам для каждой ступени скорости и общий к.п.д. силовой передачи для каждой ступени скорости [2].

Для этого необходимо располагать зависимостью скорости тепловоза от передаточного отношения гидротрансформатора . Эту зависимость можно получить из формул (3.2) и (3.3), откуда

. (3.30)

Касательная сила тяги тепловоза в общем виде определяется следующей формулой

, (3.31)

где R – радиус колес тепловоза, м;

Характеристики

Список файлов ВКР