Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Сверхмощные тракторы

Трансмиссии газотурбинных транторов

На газотурбинных тракторах нашли применение различные типы трансмиссий, что в значительной степени определяет тяговые и динамические параметры тракторов. Особое внимание трансмиссиям сельскохозяйственных тракторов, включая и газотурбинные, уделяется в связи с неустановившимся характером нагрузки, часто встречающие в сельскохозяйственном производстве. Отрицательное влияние указанного типа нагрузок на рабочий процесс энергетических установок агрегатов с ГТД благодаря газодинамической связи роторов тяговой и компрессорной турбин практически нейтрализовано, однако на условия работы и долговечность трансмиссий оно, естественно, сказывается. Остановимся кратко на основных типах устанавливаемых на агрегатах с ГТД трансмиссий, а именно: механических, гидродинамических, гидрообъемных и электрических. Механические трансмиссии тракторов с ГТД, как правило, состоят из тех же элементов, что и тракторы с поршневыми двигателями. Так, на описанных выше отечественных газотурбинных тракторах трансмиссия была точно такой же, как и у серийных тракторов. Исключение составляли только установленные дополнительные механические редукторы (кроме трактора К-701 Турбо). Следует также отметить, что ряд передач (12 из 16, т. е. 75%) в КПП серийных тракторов в работе не использовался. Это объясняет-

ся тем, что благодаря характеристике ГТД тяговые свойства тракто ров вполне обеспечивались четырьмя передачами. Для пояснения этого положения обратимся к тяговой характеристике газотурбинного трактора ЛСХИ-ЛКЗ, Турбо, представленной на рис. 3.36. Нетрудно заметить, что рабочий диапазон для пахотных агрегатов 814 км/ч (агрофон стерня) перекрывается одной из передач (П-4 или II1-4); диапазон 720 км/ч, характерный, к примеру, для агрегатов по разбрасыванию удобрений, а также транспортных передачей IV-U диапазон 3537 км/ч, используемый транспортными агрегатами на дорогах с твердым покрытием, передачей IV-4. Отсюда ясно, что на большей части диапазона изменений тягового усилия и скорости отпадает необходимость в переключении передачи. В связи с тем, что механические трансмиссии передают на вал двигателя практически все колебания нагрузки, иными словами, обладают почти полной прозрачностью, они используются на тракторах и в других машинах с двухвальными или трехвальными ГТД. Трансмиссии газотурбинных машин не должны допускать чрезмерного повышения скоростного режима тяговой турбины при резком сбросе нагрузки на выходном валу ГТД (например, при переключении передач). Они призваны обеспечивать возможность торможения машины двигателем, а также плавное переключение передач. Перечисленные свойства способствуют повышению надежности машины, безопасности ее работы, улучшают качество технологического процесса. В ряде конструкций трансмиссий или двигателей предусмотрены специальные фрикционные и обгонные муфты Конструктивная схема одной из специальных коробок передач, используемой в трансмиссии машины с ГТД, показана на рис. 3.37 [17]. Сцепления, не имеющие нейтрального положения, включают посредством тарельчатой пружины 5 с диском 3 или 4. Вращающий момент при включенном диске 3 передается на выходной вал 9 коробки при заблокированном или свободном эпицикле планетарного ряда 8 в зависимости от положения синхронизатора 7 (III или I передача). При включенном диске 4 вращающий момент передается на промежуточный вал и далее (в зависимости от положения синхронизатора 12) непосредственно на выходной вал 9 (II передача) или на него же через первичный вал 6. Коробка перемены передач в последнем случае при разблокированной планетарной передаче будет обеспечивать режим реверса (торможение машины двигателем), а при свободной планетарной передаче режим обратного хода. Неразрывность потока мощности при переключении передачи создается специальным механизмом, который перемещает синхронизаторы в требуемое положение, после чего пневматический клапан переключает сцепление. Тяговая турбина в режиме реверса приводится во вращение от колес машины; тормозной момент на ее лопатках создается потоком газа.

При установке на тракторы ГТД вместо поршневого двигателя необходимо учитывать, что при его номинальном режиме работы вращающий момент в случае снижения частоты вращения вала тяговой турбины вплоть до нуля по сравнению с нормальным режимом возраста ет в 22,5 раза. Если КПП не обеспечивает переключение переда без разрыва потока мощности, сцепление должно работать как пог лотитель энергии, рассчитанный на соответствующую мощность. Проще всего это достигается в конструкциях, характерных для трак торов типа Кировец. В настоящее время решаются проблемы улучшения технически характеристик трансмиссий за счет повышения частоты вращени их валов. Считается, что их масса при одинаковом запасе прочност прямо пропорциональна величине передаваемого момента; с друго" стороны, последняя при равной мощности обратно пропорциональн частоте вращения валов трансмиссии. Таким образом, увеличива скорость вращения валов трансмиссии, можно значительно снизит ее массу при тех же запасах прочности и значениях передаваемой мощности. Гидродинамические трансмиссии сочетают в себе гидравлические и механические устройства. К ним относятся, к примеру, механическая трансмиссия с гидрозамедлителем [17, 91], который представляет собой заполняемый жидкостью гидротормоз. В обычной механической трансмиссии он располагается между ГТД и сцеплением. Во время переключения передач, холостого хода, движения машины на нейтральной передаче и под уклон, т. е. при разрыве потока мощности, гидрозамедлитель с помощью специального насоса заполняется жидкостью. Другой насос, когда торможения не требуется, отсасывает жидкость из полости гидрозамедлителя, заполнение и опорожнение которого происходят автоматически при переключении передач, исключая режим торможения, когда включение осуществляется водителем. Недостаток рассмотренной трансмиссии необходимость затраты времени на заполнение гидрозамедлителя в строго заданных пределах. При медленном заполнении возможен чрезмерный разгон турбины, а при замедленном опорожнении значительные гидравлические потери. Поэтому более эффективно использовать трансмиссию с постоянно заполненным гидротрансформатором, конструктивная схема которой с двухступенчатым гидротрансформатором и фрикционной муфтой дана на рис. 3.38. Выходной вал ГТД соединен с двойной блокированной фрикционной муфтой и вращается с частотой 3000 4000 мин-1. Внешний полый выходной вал муфты связан с насосным колесом гидротрансформатора, а внутренний проходит сквозь ось гидротрансформатора и служит входным валом КПП. Обе ступени фрикционной муфты могут включаться как вместе, так и порознь, что зависит от скорости вращения выходного вала ГТД. При включенной муфте 2 мощность подводится непосредственно КПП. Обгонная муфта 7 в этом случае предотвращает вращение турбины гидротрансформатора, а значит, и гидравлические потери в нем. При включенной муфте 2 мощность в коробку перемены передач подводится через гидротранс форматор. На этом режиме, как видно из рис. 3.39, снижается вращающий момент ГТД, увеличивается частота вращения тяговой турбины и резко возрастает момент на выходном валу турбины турботрансфор-матора. Последний включается в работу, когда частота вращения выходного вала ГТД падает до 2000 мин-1, а также при переключении передач, при работе на холостом ходу и в тормозном режиме. Во всех этих случаях гидротрансформатор работает как гидротормоз выходного вала ГТД. Для работы в тормозном режиме водитель включает обе муфты блокировочную и гидротрансформатора. Гидродинамическая трансмиссия в сочетании с ГТД по сравнению с механической имеет целый ряд преимуществ. К основным из них относятся улучшение динамических качеств машины за счет автоматической трансформации вращающего момента гидротрансформатором и уменьшенных массы и габаритов трансмиссии. Недостатки ее сводятся к тому, что она имеет меньший, чем у механических трансмиссий, КПД, более сложна по конструкции и менее удобна в обслуживании. Гидрообъемные трансмиссии с соответствующей системой регулирования обладают свойством непрозрачности. В этом одно из их важных преимуществ. Такая трансмиссия имеет высокообо-ротные гидронасосы, соединенные с выходным валом ГТД, и гидродвигатели, используемые для привода колес или рабочих органов машин. Трансмиссии этого типа применяются на машинах с одновальными и двухвальными двигателями. Трудности в деле создания надежных высокооборотных гидронасосов сдерживают развитие и применение этих трансмиссий; использование же низкооборотных насосов сводит их преимущества к минимуму.

Электрические трансмиссии у машин с ГТД получают все большее распространение благодаря безвальной передаче вращающего момента, что значительно облегчает и упрощает компоновку таких машин Электротрансмиссии могут работать на постоянном или перемен ном токе, а также иметь комбинированные источники питания. Транс миссии на постоянном токе имеют большой диапазон регулироЕани скоростного режима и обеспечивают возможности создания непроз рачной схемы. Однако сравнительно большие массовые и габарит ные показатели и невысокая надежность при наличии щеточных кон тактов в сочетании с высокой стоимостью изготовления сдерживаю их применение. Вместе с тем ведутся поиски путей ликвидации эти недостатков. Трансмиссии на переменном токе имеют хорошие массовые и габа ритные показатели благодаря непосредственному соединению вал ГТД с валом электрогенератора (бесконтактного или синхронного). Возможные разновидности тяговых электротрансмиссий, питаемы от синхронного генератора, изображены на рис. 3.40. В наиболее прос том варианте (рис. 3.40, а) используются многоскоростные синхронные короткозамкнутые тяговые двигатели. Требуемый диапазон регу лирования по скорости обеспечивается за счет изменения частоты вращения тяговой турбины двухвального ГТД, также путем переключения числа пар полюсов асинхронных двигателей. Электротранс-•миссия в этом варианте по своим свойствам практически аналогична свойствам обычной трехступенчатой прозрачной механической трансмиссии. Осноеным недостатком данного варианта является перегрузка из-за жесткости механической характеристики асинхронных двигателей.

и обеспечивает значительно меньшую массу, чем у двигателей постоянного тока. Сложность последних двух систем, недостаточная отработанность и высокая стоимость тиристорных преобразователей, коммутаторов и систем управления являются общим недостатком, сдерживающим их широкое применение. Схема трансмиссии переменно-постоянного тока (рис. 3.40, г) включает синхронный генератор СГ, блок силовых кремниевых вентилей БВ и тяговые двигатели постоянного тока. Кремниевые вентили (ток до 320 А при напряжении до 1000 В) позволяет создать компактные и надежные блоки выпрямителей, легко устанавливаемые на мобильные машины. Не вызывает затруднений разработка простой и надежной системы автоматического управления тяговыми двигателями независимого возбуждения -САУ2.

Реклама