Войти
Турбо-трансмиссии - это гидродинамические многоступенчатые приводные агрегаты, разработанные для автомобилей с рельсовым рельсом двигатели внутреннего сгорания. Первая турбо-трансмиссия была разработана в 1932 году компанией Voith в Heidenheim, Germany. С тех пор усовершенствования турбо-трансмиссий происходили параллельно с аналогичными достижениями в дизельных двигателях, и сегодня эта комбинация играет ведущую роль во всем мире, уступая только использованию электрических приводов.
Турбо-трансмиссии служат гидродинамическим звеном, которое преобразует механическую энергию двигателя в кинетическую энергию жидкости через преобразователь крутящего момента и гидравлическую муфту, прежде чем производя окончательный роторный выход. Здесь жидкость движется по каналам лопастей ротора с высокой скоростью потока и низким давлением. Этим турбо-трансмиссии отличаются от аналогичных гидростатических трансмиссий, которые работают с малым расходом и высоким давлением по принципу вытеснения.
Турбо-трансмиссии представляют собой гидродинамические многоступенчатые приводные агрегаты работа которого основана на принципе гидродинамики Фёттингера. Гидротрансформаторы, гидравлические муфты и дополнительные гидродинамические замедлители являются ключевыми компонентами этих узлов, которые идеально подходят для рельсовых транспортных средств.
Первая турбо-трансмиссия 1932 года имела относительно простую конструкцию. Он состоял из одного гидротрансформатора для фазы запуска и гидравлической муфты для фазы движения, которые были установлены на общем валу. Ключевой особенностью этой турбо-трансмиссии было заполнение и опорожнение гидродинамического контура, принцип, который впервые был использован в морских трансмиссиях Föttinger. Это давало такие преимущества, как запуск без трения, переключение передач без трения с постоянным тягой, свободный ход за счет опорожнения гидродинамического контура и более эффективная работа гидравлической муфты.
Однако, в отличие от Föttinger, компания Voith использовала в гидродинамическом контуре своих турбо-трансмиссий масло с низкой вязкостью, а не воду. Кроме того, в 1930-е годы были внесены различные другие улучшения: добавление высокоскоростной передачи, более компактный корпус, большая совместимость с различными типами двигателей, автоматизация переключения передач, а также охлаждение через теплообменник .
В 1960-х годах гидродинамический замедлитель был также представлен как третья ступень, которая дополнила гидротрансформатор и гидравлическую муфту. Вместе все эти инженерные усовершенствования преследовали общую цель: постоянно повышать номинальные характеристики трансмиссии без ущерба для сложности установки или доказанной надежности.
В 1969 году была разработана турбо-трансмиссия меньшего размера Т 211 как альтернатива гидромеханическим автобусным трансмиссиям, предназначенная для дизельных железнодорожных вагонов в диапазоне малой мощности от 200 до 300 л.с. (от 149 до 224 кВт). Подобно первой турбо-трансмиссии, в T 211 использовалась комбинация соединенного гидротрансформатора и муфты, но для большей эффективности он также имел высокоскоростную передачу. Кроме того, был добавлен узел реверсивной передачи и при необходимости можно было установить дополнительный гидродинамический замедлитель. Преобразователь имел диаметр гидродинамического контура 346 мм (13,6 дюйма), а гидравлическая муфта имела немного меньший диаметр 305 мм (12,0 дюйма). А благодаря высокоскоростной передаче главный вал мог работать значительно выше при 4170 об / мин. В результате T 211 r имел запас мощности, который отражался в его усиленных механических компонентах (шестерни, подшипники и валы), а также в органах управления трансмиссией. Однако при этом диаметры преобразователя, муфты и замедлителя остались неизменными. Общий расход в гидродинамических контурах был увеличен для соответствия более высокой номинальной мощности от 205 до 350 кВт (от 275 до 469 л.с.). При мощности 350 кВт (469 л.с.) главный вал работал со скоростью чуть менее 5000 об / мин, в результате чего скорость вращения (пустого) преобразователя составляла 74 м / с, когда автомобиль достиг максимальной скорости. Чтобы обеспечить надлежащее охлаждение преобразователя во время работы на высоких скоростях, был установлен более мощный гидродинамический насос жидкости, который подавал 3,5 л / с масла через теплообменник во время фазы движения и 9,0 л / с в фазе торможения. ротор-замедлитель также служит дополнительным циркуляционным насосом. Если смотреть снаружи, эта трансмиссия T 211 r отличалась от своего предшественника, T 211 re.3 мощностью 320 кВт (429 л.с.), лишь незначительно за счет добавления встроенного электронного блока управления и увеличенного воздушного фильтра.
В 1995 году была разработана совершенно новая конструкция трансмиссии VT 611/612 для высокоскоростных поездов с технологией наклона, используемой Deutsche Bahn (Немецкие железные дороги ). В этой новой концепции трансмиссии использовалась конструкция преобразователя-муфты-муфты со встроенным гидродинамическим тормозом-замедлителем T 312, и она имела номинальную мощность 650 кВт. Чтобы сократить общую длину трансмиссии, на высоких передачах использовалась конструкция с двумя валами, аналогичная конструкции, используемой в реверсивных агрегатах. Электронный блок управления также был встроен в трансмиссию. Кроме того, реверсивные цилиндры трансмиссии приводились в действие гидравлически, что избавляло от необходимости иметь на борту источник сжатого воздуха. Пять лет спустя была разработана трансмиссия T 212 bre с номинальной мощностью 460 кВт. Эта трансмиссия была похожа по конструкции, но в отличие от других крупных трансмиссий T 212 bre могла быть установлена непосредственно на приводном двигателе. Это было значительным преимуществом, поскольку в результате получилась очень компактная комбинация мотор-трансмиссия для высокоскоростных поездов, которые могли двигаться со скоростью до 200 км / ч. T 212 bre имел те же размеры гидродинамической схемы, что и T 211 r, но у него было еще одно преимущество - более высокая эффективность сцепления для поездов, работающих только на 50% от их максимальной скорости. Для высокоскоростных дизель-поездов это было важно, поскольку позволяло резко снизить расход топлива.
В 1999 году для высокопроизводительных магистральных локомотивов была разработана новая трансмиссия с двумя преобразователями, L 620 reU2. Новый L 620 reU2 был оснащен как пусковым преобразователем диаметром 525 мм, так и преобразователем фазы хода диаметром 434 мм. Конструкция нового L 620 re U2 была основана на его успешном предшественнике, L 520 rzU2, который имел номинальную мощность 1400 кВт. Однако эта новая трансмиссия имела значительно более высокую мощность - 2700 кВт, и поэтому практически все ее компоненты пришлось увеличить, а также усилить. В стандартной версии трансмиссии две шестерни были установлены на вторичном валу, вместо того, чтобы использовать промежуточное колесо, как в более старом L 520 rzU2. В результате выходная скорость приводного вала могла быть отрегулирована в соответствии с требованиями локомотива. Коренной подшипник приводного вала также был увеличен до 550 мм. В целом эта новая высокопроизводительная трансмиссия наглядно продемонстрировала огромные возможности гидродинамических муфт. Благодаря соотношению массы к мощности всего 2,06 кг / кВт новый L 620 reU2 установил рекорд для локомотивных трансмиссий. Для сравнения, аналогичная трансмиссия L 520 rzU2 имела гораздо более высокое отношение массы к мощности - 2,4 кг / кВт. Кроме того, в качестве дополнительного компонента был доступен гидродинамический тормоз-замедлитель новой конструкции KB 385. На заводе Vossloh, изготовителе локомотивов в Киле, эти трансмиссии были установлены на магистральных локомотивах G1700 и G2000. Наконец, последней разработкой является трансмиссия LS 640 reU2, которая будет впервые использована в локомотиве Voith Maxima мощностью 3600 кВт. LS 640 reU2 - это так называемая раздельная турбо-трансмиссия, в которой используются два приводных вала от L 620 reU2 для приведения в действие обеих тележек шестиосного тепловоза.
Условия эксплуатации рельсового транспорта являются ключевыми факторами при определении требований к мощности как его двигателей, так и трансмиссий. Эти условия эксплуатации включают: транспортировку грузов для тепловоза, пассажировместимость дизельных железнодорожных вагонов, топографию железнодорожной линии и климатические условия, когда транспортное средство эксплуатируется за пределами Европы. Ожидаемые условия эксплуатации являются частью технических требований к транспортному средству и определяют следующие моменты:
Максимальная скорость, вес транспортного средства, скорость ускорения и уклон железной дороги - все это влияет на технические характеристики двигателя. Кроме того, необходимо учитывать требования к вспомогательным системам, таким как блоки кондиционирования воздуха, системы охлаждения двигателя, тормозные компрессоры и, в некоторых случаях, необходимость в отдельном источнике питания для кондиционирования воздуха и системы отопления каждого легкового автомобиля. Здесь можно выбрать ряд дизельных двигателей, от V-образных двигателей с большой рамой для локомотивов до плоских 6-цилиндровых двигателей для подпольных автомобилей для моторизованных железнодорожных вагонов или даже компактных 12-цилиндровых двигатели, часто используемые грузовыми автомобилями. Для большинства современных моторизованных железнодорожных вагонов предпочтительным решением является установка двигателя и трансмиссии на чердак.
В турбо-трансмиссиях гидротрансформатор, несомненно, является центральным элементом всей конструкции, и в течение последних десятилетий его непрерывные усовершенствования были в первую очередь ответственны за удовлетворение требований постоянно растущие потребности в автомобилях с дизельными двигателями. Здесь цель каждого улучшения заключалась в повышении эффективности и улучшенных пусковых характеристиках без ущерба для размеров пускового преобразователя, а также в постоянной загрузке преобразователя фазы хода во время транспортировки. Из множества различных конструкций гидротрансформатора одноступенчатый преобразователь, использующий турбину с центробежным потоком, оказался лучшим. Он имеет относительно простую конструкцию, и благодаря радиальной устойчивости турбины преобразователь хорошо подходит для работы на высоких оборотах.
В 1970-х годах, благодаря новым разработкам гидротрансформатора с улучшенными тяговыми характеристиками (приближающимся к пусковой тяге), была разработана трансмиссия с двумя преобразователями, которая заменила ранее использовавшуюся трансмиссию с тремя преобразователями. И даже сегодня гидротрансформаторы продолжают совершенствоваться, хотя и достигли продвинутой стадии. Современная вычислительная гидродинамика (CFD) теперь может предоставить инженерам подробную информацию о схемах течения внутри вращающегося турбинного колеса. Здесь маслонаполненный контур, в котором вращается турбина, изображен в виде компьютеризированной сетки, показывающей характеристики потока на каждом пересечении сетки. Для каждой из этих точек можно рассчитать объем потока, скорость и давление. Позже на этапе анализа можно просмотреть трехмерную модель структуры потока в контуре и выявить нарушения потока, снижающие эффективность преобразователя, такие как завихрения, поверхностная турбулентность и неверно направленные потоки жидкости вдоль колеса турбины. Кроме того, помимо визуализации этих сбоев потока, инженеры могут также использовать CFD для расчета результирующей потери эффективности преобразователя.
В конце концов, взаимосвязь между изменениями в схемах потока преобразователя и эффективностью преобразователя крутящего момента может быть затем использована для определения потенциальных областей улучшения. В значительной степени предсказанные значения хорошо совпадают с фактическими эксплуатационными измерениями, хотя некоторые различия действительно возникают из-за использования упрощенного моделирования, позволяющего сэкономить время. Тем не менее, CFD позволяет оптимизировать существующие преобразователи, а также разрабатывать новые типы виртуальных преобразователей с помощью компьютера. После этого создание прототипа и проверка фактических результатов работы завершает фазу разработки.
