Ремонт гидромеханических коробок передач
путевых машин

В трансмиссиях современных путевых машин все большее применение получают гидродинамические передачи (ГП), в ГП кинетическая энергия потока рабочей жидкости передается в замкнутом объеме от насосного колеса к турбинному. ГП позволяют: уменьшить число ступеней переключения передач, по сравнению с классическими механическими трансмиссиями, обеспечивают плавное изменение крутящего момента и скорости вращения выходного вала. На путевых машинах используются гидромеханические реверсивные многоступенчатые передачи, позволяющие в транспортном режиме передвигаться с передачей вращающего момента через комплексный гидротрансформатор, а в рабочем режиме – через объемную гидропередачу, называемую ходоуменьшителем. Одновременно передачи обеспечивают отбор мощности на насосы объемного гидропривода и технологического оборудования машины.

В настоящее время имеются два типа гидродинамических передач: гидромуфта и гидротрансформатор.

Гидромуфта - самый простой элемент гидропривода. Ее отличительная особенность заключается в том, что крутящий момент на ведущем валу гидромуфты всегда равен моменту на выходном валу. Конструкция гидромуфты очень проста. Она состоит из насосного и турбинного колес примерно одинаковой конструкции, находящихся в заполненном маслом картере.

При вращении насосного колеса масло под воздействием центробежной силы начинает двигаться по направляющим лопаткам к периферии, приобретая при этом кинетическую энергию. Из насосного колеса оно попадает в турбинное колесо, где при соприкосновении с лопатками турбины отдает ему часть своей энергии, приводя его, тем самым, во вращение.

При быстром вращении насосного колеса масло совершает сложное движение, состоящее из переносного и относительного движений. Первое возникает за счет вращения масла вместе с насосным колесом. Второе определяется перемещением масла вдоль насосного колеса к периферии. Относительное движение вызвано действием центробежных сил, возникающих в масле в результате вращения вместе с насосным колесом  В результате на выходе из насосного колеса абсолютная скорость потока масла определяется векторной суммой скоростей переносного и относительного движений. Часть энергии потока масла, определяемая его переносной скоростью отдается через лопатки турбинному колесу.

Гидромуфта (рис. 1, а) – передача, состоящая из центробежного насоса - 3 и турбины - 2. Насосное колесо установлено на входном валу 1, соединенном с двигателем, а турбинное – на выходном валу 5, соединенном с остальной частью общей силовой передачи. Во время работы масло постоянно циркулирует через гидромуфту от дополнительной гидравлической системы. Масло поступает в замкнутый объем, образуемый корпусом 4, разгоняется лопастями насосного колеса и передает кинетическую энергию на лопасти турбинного колеса. При передаче вращающего момента угловая скорость вращения турбинного колеса всегда меньше скорости вращения насосного колеса. Это явление, по аналогии с асинхронными электродвигателями, называется скольжением. Если скорость вращения турбинного колеса превышает скорость вращения насосного колеса, то в приводе появляется тормозной момент, стабилизирующий скорость вращения выходного вала. Это свойство используется, например, при движении путевой машины под уклон с работающим дизелем и включенной передачей. Гидромуфта (рис. 1, б), у которой между насосным 3 и турбинным 2 колесами расположен неподвижный направляющий аппарат 6, называется гидротрансформатором. Направляющий аппарат позволяет изменить направление потока масла, поэтому возможно получить увеличение крутящего момента на турбинном колесе в 3 – 5 раз. При этом он воспринимает реактивный момент, появляющийся вследствие разности вращающих моментов на входном и выходном валах. Гидротрансформатор выполняет функции своеобразного редуктора. Однако, при изменении направления потока масла происходит его нагревание и потеря энергии через рассеяние тепла системой циркуляции. КПД  гидротрансформатора существенно ниже КПД гидромуфты.

Комплексный гидротрансформатор (рис. 1, в) позволяет сочетать в себе достоинства обоих упомянутых устройств, поэтому широко применяется в силовых передачах транспортного хода путевых машин. Он содержит реактивные направляющие колеса 6,7, каждое из которых установлено на неподвижных частях корпуса 4 через муфты свободного хода 8, 9, соответственно. При разгоне машины требуется развивать повышенный вращающий момент на ведущих колесных парах. Благодаря муфтам 8, 9, реактивные колеса воспринимают крутящие моменты и направляют поток масла. Устройство работает как трансформатор крутящего момента. По мере разгона уменьшается скольжение. При определенном соотношении скоростей насосного и турбинного колес во вращение вовлекается сначала одно, а затем другое реактивное колесо. Гидротрансформатор начинает работать в экономичном режиме гидромуфты.

  Работа гидротрансформатора характеризуется коэффициентом трансформации вращающего момента K= M_Т/M_Н (M_Т, M_Н – вращающие моменты на турбинном и насосном колесах) и кинематическим передаточным отношением i= w_Т/w_Н (w_Т, w_Н – угловые скорости вращения турбинного и насосного колеса).

    На рис. 1, г показаны механические характеристики комплексного гидротрансформатора. Они отражают зависимости коэффициента трансформации вращающего момента K и коэффициента полезного действия (КПД) h от величины передаточного отношения i.   Комплексные гидротрансформаторы обычно работают в режиме трансформатора при передаточном отношении i = 0,4 - 0,8, а в режиме гидромуфты при i = 0,80 - 0,85. В силовых передачах ряда выправочно-подбивочных машин типа Duomatic 09-32, Unimat 08-275 и др. дополнительно ставится муфта сцепления, которая при выходе гидротрансформатора в нормальный режим работы напрямую соединяет вал двигателя и привода. Гидротрансформатор в этом случае используется только в режимах разгона, позволяя повысить общий КПД силовой передачи.

Наша компания на протяжении многих лет занимается ремонтом и обслуживанием гидромеханических передач для путевой железнодорожной техники. Наиболее распространенные гидромеханические передачи используемые на подвижном составе в Российской Федерации - УГП-230, УГП-300, УГП-500, УГП 750-1200, ГМПМ-200, ГП-300, ГП-500, ГП-750, ГМП-220, ГМП-300, ZF4WG-65II.

Гидропередача УГП 750-1200

Унифицированная гидропередача УГП750-1200 предназначена для преобразования крутящего момента дизеля и передачи его через карданные валы и осевые редуктора на движущие колеса тепловозов мощностью от 750 до 1200 л.с. Благодаря простоте обслуживания и ремонта, гидропередачи этого типа получили широкое признание. Тепловозы, оборудованные этими гидропередачами, успешно работают на магистральных железных дорогах и на промышленных предприятиях. Унифицированная гидропередача УГП750-1200, являясь основной моделью мощных советских гидропередач, выпускается крупными сериями в разных модификациях. Гидропередачи сконструированы специально для работы на тепловозах в тяжелых условиях с учетом полного использования мощности дизеля. Гидропередача оборудована двумя одноступенчатыми гидротрансформаторами, а при необходимости, для расширения скоростного диапазона, в ней может быть установлена и гидродинамическая муфта. Внутри корпуса размещены элементы зубчатых редукторов первой и второй ступеней, реверс-режимного редуктора, раздаточного вала, гидроаппаратура, запас рабочей и смазываюшей жидкости. Электрогидравлическая система автоматики гидропередачи обеспечивает создание расчетной тяговой характеристики тепловоза за счет своевременного переключения гидроаппаратов в зависимости от скорости движения тепловоза и числа оборотов коленчатого вала двигателя. Система автоматики обеспечивает наивыгоднейший коэффициент полезного действия тепловоза при его движении с разными скоростями и нагрузками. Система автоматики позволяет обеспечить переходные процессы без «провала» тяговой характеристики, а также обратные переключения гидроаппаратов и включение гидропередачи из нейтрального положения при движущемся тепловозе.

ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ УНИФИЦИРОВАННОЙ ГИДРОПЕРЕДАЧИ УГП 750-1200

Гидропередача УГП-500

Унифицированная гидропередача УГП-500 предназначена для преобразования крутящего момента дизеля и передачи его через автономный реверс-режимный редуктор на колесные пары тепловозов с мощностью двигателя от 400 до 500 л. с. Гидропередача состоит из коробки передач и отдельного реверс-режимного редуктора, соединенных между собой промежуточным валом с зубчатыми муфтами. Для обеспечения полного включения зубчатых муфт, попавших в положение «зуб в зуб» при реверсировании движения и смене режимов тепловоза, предусмотрена система доворота, которая обеспечивает кратковременную работу гидропередачи в момент включения зубчатых муфт. Система смазки реверс-режимного редуктора. Смазка трущихся деталей реверс-режимного редуктора при работающем тепловозе обеспечивается шестеренчатым масляным насосом. Перед поступлением в насос масло проходит очистку в сменном фильтре. Для обеспечения смазки трущихся деталей редуктора при неработающем тепловозе и при движении резервом в холодном состоянии в нижнем корпусе установлен дополнительный насос поршневого типа. Управление изменением режима работы тепловоза и реверсированием осуществляется из кабины машиниста с помощью электропневматических клапанов и пневматических цилиндров, укрепленных на корпусе реверс-режимного устройства.

ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ УНИФИЦИРОВАННОЙ ГИДРОПЕРЕДАЧИ УГП-500

Унифицированная гидропередача УГП 400-650

УГП 400-650 предназначена для использования на тепловозах мощностью 400 л. с. с карданным приводом движущих колес. Она может применяться на дизель-поездах и автомотрисах мощностью 650 л. с. Кроме того, блочная конструкция передачи дает возможность использовать ее и на других видах тягового подвижного состава. Изготовляемые крупной серией тепловозы с гидропередачей УГП400-650 успешно используются на вывозной и магистральной работе на железных дорогах колеи 750 и 1000 мм. Гидропередача УГП400-650 представляет собой автоматизированный узел обеспечивающий:

- трогание и движение тепловоза на первом гидротрансформаторе с повышенным крутящим моментом на выходе;
- движение при работе на втором гидротрансформаторе с наибольшим коэффициентом полезного действия;
- автоматическое включение одного из гидротрансформаторов, наиболее выгодно отвечающего условиям движения тепловоза;
- реверсирование для движения в заданном направлении;
- работу тепловоза по расчетной тягово-экономической характеристике.

Крутящий момент от дизеля на силовые карданные валы передается через соединительную муфту, входной вал и пару цилиндрических шестерен к насосному валу. От насосного вала крутящий момент передается через пусковой или маршевый трансформаторы, систему шестерен, автоматически включаемых в работу в зависимости от заданного направления и скорости движения, на раздаточный вал с двумя фланцами. Мощность на вспомогательные нужды тепловоза может сниматься с обоих концов вала отбора мощности, получающего вращение от входного вала через пару цилиндрических шестерен. Незначительная мощность на собственные, вспомогательные нужды гидропередачи расходуется на привод питательного насоса, насоса управления, насоса смазки, первичного и вторичного датчиков скорости. Конструктивно гидропередача выполнена из трех отдельных блоков - гидроредуктора и прифланцованных к нему раздаточного и входного редукторов. Система оборудована блокировкой, исключающей превышение допустимой скорости движения.

ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ УНИФИЦИРОВАННОЙ ГИДРОПЕРЕДАЧИ УГП400-650

Унифицированная гидропередача УГП-230

Унифицированная гидропередача УГП-230 предназначена для использования на тепловозах широкой и узкой колеи, эксплуатируемых на подъездных путях и путях промышленных предприятий, а также для установки на мощных грузовых автодрезинах широкой колеи. Применение комплексного гидротрансформатора, совместившего в одном агрегате два гидротрансформатора и гидромуфту, дало возможность значительно снизить вес и габариты установки. Наличие в гидропередаче выходного вала с двумя фланцами позволило создать на тепловозах и автодрезинах групповой привод колесных пар, обеспечивающий высокий коэффициент полезного действия гидропередачи, а также уменьшить износ колес из-за буксования. Гидропередача включает в себя следующие основные узлы: корпус, гидротрансформатор, коробку перемены передач, систему управления, смазки и питания гидротрансформатора, входной повышающий редуктор.

Гидропередачи УГП-230 имеют следующие основные особенности:
- управление переключением скоростей с первой на вторую и обратно обеспечивается с помощью электрогидравлических вентилей;
- в коробке перемены передач не предусмотрен механизм маневрового и поездного режимов;
- фиксация реверса в крайних рабочих и нейтральных положениях обеспечивается за счет фиксатора зубчатого типа.

Выключение фиксатора производится давлением воздуха, подаваемого под его поршень. Фиксатор оборудован электрическим дистанционным сигнализатором.

ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ УНИФИЦИРОВАННОЙ ГИДРОПЕРЕДАЧИ УГП-230