Тепловоз ТГМ6

1.3.  Тепловоз ТГМ6

 

Маневровые тепловозы с гидропередачей -- ТГМ-6

 

К концу 1964 г. Людиновским тепловозостроительным заводом был закончен технический проект универсального тепловоза. По проекту тепловоз рассчитан как для легкой маневровой и поездной работы в одну четырехосную секцию, так и для тяжелой маневровой работы в две секции. На тепловозе возможно применение трех типов дизелей: М756, 4Д49 и 6Д70; сцепной вес тепловоза при одной секции мог быть 68, 74 и 76 тс; при добалластировке общий вес двух секций мог быть доведен до 2х80 и 2х88 тс. Общее количество возможных модификаций составляло 18. При проектировании тепловоза широко использовались отдельные, хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации узлы тепловозов ТГМ3 и ТЭ3.

В 1966г. Людиновский тепловозостроительный завод выпустил тепловоз ТГМ6, представляющий собой второй вариант проекта. Основным отличием тепловоза ТГМ6 от тепловоза ТГМ5 явилось применение дизеля 3А-6Д49 Коломенского тепловозостроительного завода. Номинальная мощность 1200 л.с., частота вращения вала при этой мощности -1000 об/мин и все остальные параметры такие же, как у однотипного дизеля 3А-6Д49 тепловоза ТЭМ5. Длина тепловоза 13500 м, общая колесная база 9300 мм и колесная база тележек также остались без изменения.

Сохранены также гидропередача УГП-750-1200 с параллельной системой питания, компрессора ПК-35, аккумуляторная батарея 32ТН-450. Вместо компрессора ПК-35 на части тепловозов установлен шестицилиндровый двухступенчатый компрессор ПК-5,25. Для заряда аккумуляторной батареи и питания цепей управления и освещения установлен генератор постоянного тока КГ-12 (5/5 кВт, 75 В); генератор приводится клиноременной передачей.

Тяговые параметры тепловоза ТГМ6 близки к параметрам тепловоза ТГМ5. На поездном режиме длительная сила тяги секции при скорости 15 км/ч 14000 кгс, на маневровом при скорости 5 км/ч - 25000 кгс. Вес тепловозов ТГМ6 в зависимости от количества балласта находится в пределах 72-90 тс. Запас топлива составляет 4500 кг, песка - 900- 1100 кг.

Всесоюзный научно-исследовательский тепловозный институт провел сравнительную оценку тепловоза ТГМ6 с тепловозами ТГМ5и ТЭМ2 в условиях маневровой и горочной работы на станции Брянск II и пришел к выводу, что тепловоз ТГМ6 имеет примерно такой же расход топлива, как и тепловоз ТЭМ2, и более экономичен, чем тепловоз ТГМ5 с дизелем 6Д70.

С тепловоза №242 вместо упруго-компенсационной муфты между валом дизеля и валом гидропередачи устанавливалась эластичная муфта с резино-кордовой обмоткой.

Тепловозы ТГМ6 строились серийно с 1969 по 1973 г. включительно.

2.  РАСЧЕТ ТЯГОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОВОЗА С МНОГОЦИРКУЛЯЦИОННОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ

2.1 Устройство и назначение унифицированной гидропередачи

На тепловозе установлена унифицированная гидропередача УГП-1200 Калужского машиностроительного завода. Унифицированной передача названа потому, что она предназначена для работы с дизелями различной мощности (от 750 до 1200 л. с). При этом меняется только несколько пар зубчатых колес. Мощность от дизеля к колесам тепловоза передается через три поочередно включаемых гидроаппарата: два гидротрансформатора (ГТР) и одну гидромуфту (ГМ).

Насосные колеса гидроаппаратов сидят на общем валу и приводятся во вращение от вала дизеля через повышающую зубчатую пару. Турбинные колеса гидроаппаратов через систему зубчатых колес и реверс-режимный редуктор передают вращение на выходной вал УГП и далее на оси колесных пар тепловоза. Переключение режимов и направления движения осуществляется при помощи двух воздушных цилиндров. Поступательное движение их поршней через систему рычагов передается на зубчатые муфты реверс-режимных валов. Масло на питание гидроаппаратов и на смазывание подшипников и зубчатых колес подается центробежным питательным насосом, расположенным в нижней части корпуса гидропередачи. Переключение гидроаппаратов происходит автоматически в зависимости от частоты вращения вала дизеля и скорости движения тепловоза. Система автоматики электрогидравлическая. В гидродередаче предусмотрен также отбор мощности на вспомогательные нужды тепловоза.

2.1.1 Кинематическая схема гидропередачи тепловоза ТГМ6.

Рисунок 3.Кинематическая схема унифицированной гидропередачи

Кинематическая схема унифицированной гидропередачи состоит из силовой и вспомогательной цепей. Силовая кинематическая цепь содержит следующие узлы:

1. Приводной вал I с фланцем, шестерней Z₁ повышающей зубчатой пары и шестерней отбора мощности Z₂.

2. Главный вал II, состоящий из насосного и турбинных валов первой и второй ступеней. На насосном валу расположены ведомая шестерня Z₂ повышающей зубчатой пары и насосные колеса двух ГТР и ГМ. На турбинном валу первой ступени расположена шестерня Z₃ и турбинное колесо первого ГТР, на турбинном валу второй ступени — турбинные колеса второго ГТР и ГМ, а также шестерня Z₅, передающая вращение со второй ступени главного вала на вторичный вал.

3. Вторичный вал III с шестернями Z₄ и Z₆ первой и второй ступеней. Постоянно вращающаяся при работе гидропередачи часть вторичного вала оканчивается подвижной шлицёвой муфтой. Эта муфта при переключении режима вводится в шлицевую часть ступицы одной из шестерен: маневрового режима Z₁₀ или поездного режима Z₁₃, включая их в работу.

4. Вал реверса IV с шестерней Z₇, через которую он получает вращение от шестерни Z₆ вторичного вала с тем же числом зубьев. При работающей гидропередаче вторичный вал и вал реверса вращаются одновременно с одинаковой частотой, но в разных направлениях. Вал реверса так же, как и вторичный вал, оканчивается шлицевой муфтой, через которую приводятся во вращение шестерни Z₉ или Z₁₂ соответственно маневрового или поездного режима.

5. Раздаточный вал V с шестернями Z₁₀ и Z₁₃ соответственно маневрового и поездного режимов и выходными фланцами для присоединения карданных валов.

Вспомогательная кинематическая цепь включает вал отбора мощности VI, который приводится шестерней Z₁₅, связанной с шестерней Z₁₄ приводного вала. Конец вала VI выходит из корпуса УГП для возможности подсоединения к нему вспомогательных агрегатов тепловоза. На валу отбора мощности расположена коническая шестерня Z₁₆, от которой через другую коническую шестерню Z₁₇ приводится во вращение вертикальный вал привода питательного насоса. К вспомогательной цепи относится также пара шестерен привода датчика скорости и шестерня Z₁₈ привода насоса системы смазки, находящаяся в зацеплении с шестерней Z₁₃ раздаточного вала.

Проследим как вращающий момент от вала дизеля передается на оси тепловоза. Приводной вал гидропередачи, соединенный с валом дизеля упругой муфтой, приводит во вращение через повышающую пару шестерен Z₁ и Z₂ насосные колеса на главном валу. При заполнении маслом одного из гидроаппаратов (в начале движения — первого ГТР) приходят во вращение турбинное колесо этого гидроаппарата и соединенная с ним шестерня первой ступени Z₃, если заполнен первый ГТР, или Z₅, если заполнен второй ГТР или гидромуфта. Далее вращающий момент передается на вторичный вал через пару шестерен Z₃, Z₄ или Z₅, Z₆ и одновременно на вал реверса. Независимо от того, через какую пару шестерен передается вращающий момент, остальные шестерни и турбинные колеса также вращаются (вхолостую по обратной связи). При этом неизбежны механические потери, снижающие КПД гидропередачи. В зависимости от того, какая из шлицевых муфт — вторичного вала или вала реверса — входит в зацепление со ступицей режимных шестерен, выходной (раздаточный) вал получает то или иное направление вращения. Режим же движения определяется тем, с какой именно шестерней Z₉ или Z₁₂ соединена шлицевая муфта. Вторая шлицевая муфта остается при этом в нейтральном положении и вращается независимо от шестерен. От выходного вала вращающий момент через карданные валы передается на осевые редукторы тележек тепловоза

2.2 Расчет внешних размерных характеристик дизеля: мощность, момент и удельный расход топлива (g_Д)

 

Мощность дизеля, кВт, определяем по исходным данным: по заданным номинальной мощности дизеля Р_{е пот} и номинальным оборотам дизеля n_{Д пот} определим текущее значение мощности и оборотов по формулам

 

P_Д=k_p Р_{е пот}

n_Д=k_n n_{Д пот},

где k_p=f(k_n)-определяется по безразмерной характеристике дизеля.

 

		Рисунок 4 Безразмерная характеристика дизеля

 

Задавшись несколькими значениями k_n в диапазоне от 0,4 до 1,0 получим данные для построения размерного графика P_Д=f(n_Д). Полученные данные заносим в таблицу 1.

Момент дизеля, Н*м, определяется по формуле

,

где β=0,94, коэффициент, учитывающий мощности на вспомогательные нужды.

Задаваясь оборотами дизеля в интервале от n_{Д min}  до n_Дmax=n_Дпот , определяем данные для построения графика М_Д=f(n_Д), заносим данные в таблицу 1.

Удельный расход топлива дизеля, кг/кВт*ч. По номинальному расходу топлива g_e min (исходные данные) рассчитаем зависимость g_Д=f(n_Д) по формуле

 

g_Д=k_gg_e min, где k_g берется по графику на рисунке 4.

Таблица 1.Данные для расчета размерных характеристик дизеля.

kn	-	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
kp	-	0,45	0,55	0,66	0,77	0,85	0,93	1,0
kg	-	1,1	1,045	1,01	1,0	1,0	1,03	1,07
nД	мин-1	400	500	600	700	800	900	1000
РД	кВт	360	440	528	616	680	744	800
МД	Н*м	8121,6	7941,1	7941,1	7941,1	7670,4	7459,8	7219,2
gД	кг/кВт*ч	0,231	0,2195	0,2121	0,21	0,21	0,2163	0,2247

 

По данным таблицы 1 строятся графики размерных характеристик дизеля.

			Рисунок 7 Удельный расход топлива в зависимости от оборотов