Гидравлическая передача мощности тепловоза

В зависимости от способа преобразования, средств передачи энергии от дизеля к движущим осям и конструктивного исполнения на тепловозах теоретически можно применять следующие типы тяговых передач: механическую, гидравлическую, гидромеханическую, электрическую, электрогидравлическую, электромеханическую и газовую (воздушную).

При всем многообразии возможных типов тяговых передач практическое применение на тепловозах нашли три основных типа передачи: электрическая, гидравлическая и механическая.

Принцип действия и классификация. На тепловозах с гидравлической передачей мощность дизеля передается движущим колесным парам через жидкость, циркулирующую в замкнутом объеме. Дизель передает энергию гидравлическому насосу, который сообщает ее жидкости, подавая ее под давлением к гидравлическим двигателям (гидромоторам или гидротурбинам), связанным с колесными парами тепловоза. От двигателей жидкость возвращается к насосу. Жесткая механическая связь между валом дизеля и колесами тепловоза отсутствует.

Таким образом, в гидравлических передачах происходит двойное преобразование энергии сначала механическая энергия вращения коленчатого вала дизеля в гидравлическом насосе сообщается жидкости, а затем в гидравлических двигателях энергия, полученная жидкостью, снова преобразуется в механическую энергию, но теперь уже в энергию вращения колесных пар.

В этом отношении можно провести некоторую аналогию с электрической передачей. В ней энергия также преобразуется дважды: тяговый генератор за счет механической энергии дизеля вырабатывает электрическую энергию, которая в свою очередь тяговыми электродвигателями преобразуется в механическую, и передается движущим колесам.

Следовательно, движение жидкости в гидравлической передаче играет роль электрического тока в электрической передаче. Отсутствие в обоих случаях непосредственной связи между валом дизеля и колесными парами тепловоза облегчает регулирование передаточного отношения между ними и позволяет изменять его в определенных пределах плавно.

Гидравлические передачи могут быть двух типов: гидростатические (объемные) и гидродинамические.

В гидростатических передачах работа передается за счет высоких давлений жидкости при незначительных ее расходах (скоростях). Гидравлические насос и мотор выполняются в таких передачах в виде поршневых или ротационных машин, в которых изменение объема осуществляется принудительно. Гидростатические передачи не нашли применения в качестве силовых передач тепловозов из-за различных технических трудностей (большие потери на трение, наличие утечек при высоких давлениях и т. д.). Однако такие передачи небольшой мощности используются для привода вспомогательных агрегатов тепловозов.

На тепловозах почти исключительно применяют гидродинамические передачи, в которых используется кинетическая энергия жидкости, циркулирующей в замкнутом постоянном объеме. Эти передачи состоят из центробежного насоса и турбины, в которых имеет место не изменение объемов, а изменение скоростей жидкости.

Различают передачи, в которых мощность передается только через гидравлические элементы на всех режимах работы тепловоза (например, на тепловозах ТГМ1, ТГМЗА и ТГМЗБ, ТГМ23, ТГМ6, ТГ16), и передачи, в которых мощность частично или полностью на отдельных режимах передается, минуя гидравлические элементы, через коробку скоростей (механическую передачу) - тепловозы ТГМ2, ТГМЗ, дизель-поезд Д1. Первые обычно называются просто гидравлическими, а вторые - гидромеханическими.

Гидродинамические передачи имеют ряд достоинств, которые способствуют их использованию в тепловозостроении. Основными их преимуществами по сравнению с электрической передачей являются меньшие габаритные размеры, вес и стоимость на единицу мощности, а также малый расход цветных металлов. В то же время преобразование энергии в гидропередачах происходит с несколько большими потерями, что приводит к повышенному расходу топлива тепловозом (примерно на 5 % в среднем).