Введение к работе
Актуальность. Практика эксплуатации промышленных тепловозов с гидравлической передачей мощности показывает, что работа гидропередачи определяется частой сменой режимов ее загрузки, которые характеризуются количеством переключений и распределением времени работы на каждом гидравлическом аппарате (ГА). Статистические данные эксплуатационных исследований демонстрируют, что продолжительность переходного процесса и количество переключений ГА, приходящихся на один час работы тепловоза под нагрузкой, оказывают существенное влияние на средний эксплуатационный КПД гидравлической передачи мощности маневрового тепловоза.
Один из путей повышения эффективности работы гидропередачи тягового подвижного состава - это совершенствование системы автоматического управления (САУ). Решение поставленной задачи осуществляется созданием математических моделей (ММ) гидравлической передачи мощности, учитывающих не только её основные параметры, но и время переключения. Совершенствование САУ гидропередачей будет способствовать решению важной и актуальной задачи железнодорожного транспорта - создание тягового подвижного состава нового поколения с техническим уровнем, превышающим по экономичности, долговечности и надежности уровень эксплуатируемых машин.
Целью диссертационной работы является повышение КПД тепловозной гидравлической передачи мощности за счет координации процессов наполнения и опорожнения во время переключения ГА.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
1. Созданы ММ гидромеханических систем с одним и с двумя ГА, позволяющие определять значения угловых скоростей, ускорений и моментов на входном и выходном валах систем, расходные
характеристики в зависимости от разных значений времени наполнения и опорожнения, а также удельного веса рабочей жидкости.
-
Совершенствование методики расчета уравнения баланса энергии ГА за счет учета дополнительных категорий гидравлических потерь и углов отклонения потока рабочей жидкости за лопастными колесами.
-
Определены изменения динамических нагрузок на элементы привода во время переключения ГА.
-
Определено влияние конструктивных решений САУ гидропередачей на распределение динамических нагрузок в элементах привода.
-
Разработаны практические рекомендации, направленные на улучшение технико-экономических показателей гидравлической передачи мощности тепловоза во время переключения ГА.
Объектом исследования является гидравлическая передача мощности тепловоза.
Предметом исследования являются переходные процессы гидравлической передачи мощности тепловоза во время переключения ГА.
Общая методика исследований. Поставленные в диссертационной работе задачи были решены с применением методов математического моделирования, законов гидромеханики, теоретической механики, теории вероятности и математической статистики, а также методов теории планирования экспериментов.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:
1. Разработана ММ гидромеханической системы с двумя ГА, позволяющая определять значения угловых скоростей, ускорений и моментов на входном и выходном валах системы, расходные характеристики в зависимости от разных значений времени наполнения и опорожнения.
-
Усовершенствована методика расчета уравнения баланса энергии ГА за счет учета дополнительных категорий гидравлических потерь и углов отклонения потока рабочей жидкости за лопастными колесами.
-
Разработан метод по координации процессов наполнения и опорожнения ГА гидравлической передачи мощности с учетом изменения удельного веса рабочей жидкости.
Практическую ценность работы составляют:
-
Рекомендации по выбору оптимального соотношения выходных углов лопастной системы ГА, позволяющие повысить эксплуатационный КПД гидравлической передачи мощности тепловоза.
-
Рекомендации по улучшению динамики переключения ГА за счет совмещения процессов наполнения и опорожнения ГА гидропередачи с учетом изменения удельного веса рабочей жидкости.
-
Предложения по совершенствованию САУ гидропередачей, позволяющие улучшить динамические качества гидравлической передачи мощности тепловоза во время переключения ГА.
Достоверность научных положений и результатов диссертации подтверждена путем проверки сходимости результатов теоретического моделирования характеристик динамических моментов на насосном и турбинном валах гидротрансформатора (ГТР) и гидромуфты (ГМ) гидропередачи маневрового тепловоза в зависимости от времени наполнения и опорожнения круга циркуляции с данными, полученными в ходе экспериментальных исследований гидропередачи тепловоза на испытательном стенде. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превысило 8 %.
Положения, выносимые на защиту:
1. ММ гидромеханической системы с двумя ГА, учитывающая изменение угловых скоростей, ускорений и моментов на входном и выходном валах системы, расходные характеристики в зависимости от
разных значений времени наполнения и опорожнения, а также удельного веса рабочей жидкости.
-
Усовершенствованная методика расчета уравнения баланса энергии, учитывающая дополнительные категории гидравлических потерь и углы отклонения потока рабочей жидкости за лопастными колесами.
-
Конструктивные решения САУ гидропередачей.
Апробация работы. Основные материалы диссертации поэтапно
докладывались, обсуждались и получили одобрение на LXXI - LXXIII
научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых
ученых ФГБОУ ВПО «ПГУПС» в 2011 - 2013 г. в г. Санкт-Петербурге; на
XIII Международной научно-практической конференции
«Фундаментальные и прикладные исследования, разработки и применение высоких технологий в промышленности и экономике» в 2012 г. в г. Санкт-Петербурге; на Международной научно-методической конференции «Путь XXI века» ФГБОУ ВПО «ПГУПС» в 2013 г. в г. Санкт-Петербурге; на научно-практических семинарах кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» ФГБОУ ВПО «ПГУПС».
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в семи научных публикациях, из них шесть - в ведущих рецензируемых научных изданиях из Перечня ВАК РФ, и в одном патенте на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка литературы и двух приложений. Материалы диссертации содержат 153 страницы основного текста, 74 рисунка, 9 таблиц. Библиографический список литературы включает 84 наименования. Общий объем работы составляет 178 страниц.
