Kolej     |     Tramwaje     |     Metro     |     Mapa sieci trakcyjnej     |     Symulator tramwaju NGT6

Autor     |     Strona     |     Kontakt     |     Fotorelacje     |     Książka Gości    


Kolej

Powrót

Układy przeniesienia napędu w pojazdach spalinowych

Pojazdy spalinowe z przekładnią hydrauliczną

Podstawową cechą przekładni hydraulicznej jest brak sztywnego połączenia wału wejściowego i wyjściowego, co pozwala na znaczne przeciążanie takiej przekładni bez ryzyka przeciążenia układu napędowego. Takie sztywne połączenie występuje w klasycznej mechanicznej skrzyni biegów, gdzie następuje wzajemna cierna współpraca kół zębatych i sprzęgieł.
W przekładni hydraulicznej wykorzystywana jest energia kinetyczna oleju hydraulicznego jako medium przenoszącego moment napędowy.

Kliknij aby powiększyć   
Schemat przekładni hydraulicznej VOITH T211bre
opis na powiększeniu (źródło: voith.pl)



Kliknij aby powiększyć    Hydrauliczna przekładnia trakcyjna VOITH T211rz


Przekładnia hydrauliczna składa się z dwóch podstawowych elementów: przetwornika hydraulicznego oraz sprzęgła hydrokinetycznego, pracujących według zasady Fottingera. Dodatkowo w omawianym typie przekładni stosowane są też przekładnie zębate, które wraz z powyższymi głównymi elementami uczestniczą w procesie przeniesienia napędu na kola jezdne.

Przetwornik hydrauliczny to element przekładni hydraulicznej, składający się z pompy w postaci koła łopatkowego, turbiny, również w postaci koła łopatkowego oraz nieruchomej kierownicy. Zastosowana pompa poprzez ukształtowanie łopatek jest pompą odśrodkową. Wymienione elementy zamknięte są szczelnie w korpusie obudowy wewnątrz zespołu przekładni hydraulicznej. Koło pompy osadzone jest na wale wejściowym przekładni, czyli tym połączonym docelowo z silnikiem spalinowym. Turbina osadzona jest z kolei na wale wyjściowym przekładni, czyli tym po stronie odbiornika mocy - z którego moment obrotowy docelowo przekazywany jest na zestaw kołowy.



Schemat przetwornika hydraulicznego (przekrój)


Pompa napędzana silnikiem spalinowym wprawia w ruch olej hydrauliczny w korpusie przetwornika, który przepływając przez łopatki kierownicy oddziałuje na łopatki turbiny wprawiając je w ruch. Przepływ oleju pomiędzy pompą, a turbiną i poprzez łopatki kierownicy powoduje zmianę parametrów energetycznych cieczy, a więc zmianę momentu obrotowego i prędkości turbiny w stosunku do pompy.
Poza zaletą związaną z dużą przeciążalnością tego układu w stosunku do przełożeń zębatych, należy tez zwrócić uwagę na inną zaletę jaką jest samoczynne dostosowanie się momentu obrotowego turbiny do warunków jazdy niezależnie od prędkości obrotowej i aktualnego momentu obrotowego pompy. W momencie gdy turbina spowalnia na skutek wolniej obracających się kół jezdnych pojazdu (na przykład z powodu jazdy pod górę) to pompa ma cały czas prędkość obrotową zadaną przez silnik spalinowy. Jako, że turbina z pompą, jak już było wspomniane nie są połączone ze sobą sztywnym połączeniem mechanicznym w omawianej sytuacji jazdy pod górę, w momencie spowolnienia turbiny, olej hydrauliczny napiera z większą energią na łopatki zwalniającej turbiny zwiększając tym samym jej moment obrotowy oczywiście w zakresie ograniczeń wynikających ze sprawności przetwornika.
Załączenie przetwornika hydraulicznego następuje przez wypełnienie go olejem hydraulicznym.


Sprzęgło hydrokinetyczne ma budowę zbliżoną do przetwornika hydraulicznego z podstawową różnicą polegającą na braku w swojej budowie koła łopatkowego kierownicy. Brak kierownicy powoduje, że sprzęgło nie realizuje zmiany momentu obrotowego, a służy jedynie do łączenia / rozłączania napędu poprzez przeniesienie momentu obrotowego z wału wejściowego, na wał wyjściowy. Prędkość obrotowa kola łopatkowego pompy i turbiny po załączaniu sprzęgła są takie same. Załączenie sprzęgła hydrokinetycznego polega na wypełnieniu przestrzeni jego korpusu olejem hydraulicznym, który poprzez ruch pompy wprawiany jest w ruch, napędzając tym samym łopatki turbiny. Rozłączenie sprzęgła polega na wypuszczeniu oleju hydraulicznego lub zmniejszeniu obrotów silnika, do wartości mniejszej niż prędkość obrotowa turbiny - w takiej sytuacji zmniejszy się napór oleju hydraulicznego na łopatki turbiny, która tym samym nie będą już w stanie przekazywać momentu obrotowego.

Schemat działania sprzęgła hydrokinetycznego pokazuje poniższy rysunek:



Schemat sprzęgła hydrokinetycznego VOITH (źródło: voith.pl)


W zależności od typu i przeznaczenia przekładni hydraulicznej stosowane są w nim jeden lub dwa przetworniki hydrauliczne oraz jedno lub więcej sprzęgieł hydrokinetycznych. Odpowiednia ilość i konfiguracja tych elementów poprzez zastosowane różne gabaryty i kąty nachylenia łopatek powodują uzyskanie różnych przełożeń prędkości obrotowej turbiny w stosunku do pompy. Dzięki temu każdy przetwornik i sprzęgło ma największa sprawność przy odpowiednim dla niego przełożeniu.
Odpowiednia konfiguracja przełożeń hydraulicznych przekładni pozwala osiągnąć wysoką sprawność całej przekładni hydraulicznej.


Działanie przetworników i sprzęgieł hydrokinetycznych zabudowanych w danej przekładni działa na zasadzie wypełniana (i opróżniania) ich korpusów olejem hydraulicznym w odpowiedniej kolejności, co powoduje, załączanie kolejnych biegów i w efekcie zwiększanie prędkości pojazdu. W danej fazie pracy (biegu) napełniony jest tylko jeden przetwornik, czy sprzęgło hydrokinetyczne.
Napełnianiem i opróżnianiem elementów hydraulicznych steruje układ mikroprocesorowy. Olej hydrauliczny jest wtłaczany do przetworników / sprzęgieł samoczynnie na podstawie pomiarów obciążenia i zadanej siły pociągowej poprzez pompy hydrauliczne układu sterowania przekładni. Dzięki temu uzyskiwana jest wymagana siła uciągu i prędkość jazdy.


Dzięki zastosowaniu sprzęgieł i przetworników hydraulicznych ograniczone zostaje przenoszenie drgań promieniowych i osiowych, gdyż sprzęgło działa jak kompensator tych sił. Brak elementów ciernych w sprzęgłach i przetwornikach wydłuża ich żywotność oraz wpływa na zwiększenie niezawodności układu.


Omawiając przekładnie hydrauliczne, warto wspomnieć, że są wyposażone w układ hamulca hydraulicznego zwanego retarderem, czy też zwalniaczem hydrokinetycznym, który umożliwia rozwijanie mocy hamowania przewyższającej moc napędną i działa na zasadzie sprzęgła hydrokinetycznego o zmiennym stopniu napełnienia. Główna różnica w stosunku do sprzęgła hydrokinetycznego polega na tym, że koło łopatkowe turbiny jest połączone z nieruchomym korpusem - tym samym turbina jako element nieruchomy wytraca moment napędowy pompy.


Pracujący olej hydrauliczny w elementach przekładni hydraulicznej nagrzewa się i konieczne jest jego chłodzenie. Do tego celu służy chłodnica (wymiennik ciepła) zintegrowany z przekładnią. Przepływanie oleju hydraulicznego przez chłodnicę powoduje zmniejszenie jego temperatury, po czym ponownie jest od wtłaczany do przekładni. Olej hydrauliczny pracuje w obiegu zamkniętym.

Kliknij aby powiększyć    Wymiennik ciepła w przekładni ZF ECOLIFE


Odmiana przekładni hydraulicznej jest przekładnia HYDROMECHANICZNA, czyli taka, która łączy rozwiązania przekładni mechanicznej (klasycznej zębatej skrzyni biegów) z przekładnią hydrauliczną. Przy niskich prędkościach pracują elementy przekładni hydraulicznej,, a gdy prędkość rośnie i maleje wymagany moment obrotowy załączone zostają układy przekładni mechanicznej czyli przenoszenie momentu poprzez odpowiednie przełożenia kół zębatych



Przekładnie hydrauliczne stosowane są zarówno w lokomotywach jak i zespołach trakcyjnych. Przykładowy układ napędowy lokomotywy z przekładnią hydrauliczną prezentuje poniższy schemat.



Schemat przykładowego układu napędowego
lokomotywy z przekładnią hydrauliczną



W przypadku spalinowych zespołów trakcyjnych, czy też wagonów silnikowych na układy napędowe jest znaczna mniej ilość miejsca w stosunku do lokomotyw. Ze względu na przestrzeń pasażerską oraz często zastosowaną niska podłogę elementy napędowe muszą być maksymalnie zintegrowane.
W pojazdach tego typu stosuje się jednostki napędowe w postaci tak zwanych zespołów "powerpack", które we wspólnej ramie mieszczą silnik spalinowy (najczęściej z rzędowym układem cylindrów), układ dolotowy z filtrami powietrza, układ wydechowy, zespół chłodnic silnika, alternator oraz osprzęt dodatkowy i napędy pomocnicze (jak np. napęd sprężarki klimatyzacji) konieczne do prawidłowego funkcjonowania samej jednostki napędowej jak i całego pojazdu.

Kliknij aby powiększyć    Kliknij aby powiększyć    Kliknij aby powiększyć   
Jednostka napędowa "powerpack" w SZT




Animacja budowy jednostki napędowej "powerpack"
zintegrowanej z przekładnią hydrauliczną (źródło: voith.com)


Przekładnia hydrauliczna może być zintegrowana z takim zespołem lub zamocowana w podwoziu jako osobny podzespół. W drugim przypadku pomiędzy jednostką napędową, a przekładnią hydrauliczną napęd przenoszony jest przez wał Cardana podobnie jak z przekładni hydraulicznej na przekładnie osiowe.
Dodatkowo przekładnia hydrauliczna może być wyposażona w układy odpowiedzialne za zmianę kierunku jazdy, czyli tak zwaną przekładnię nawrotną sterowaną hydraulicznie lub przekładnia ta zamontowana jest w ramach przekładni osiowej zestawu kołowego. Zmiana kierunku obrotów odbywa się w takim przypadku na drodze pneumatycznej poprzez zadziałanie siłowników pneumatycznych, zmieniających zazębienie się kół zębatych na przeciwne od wybranego dotychczas kierunku. Następuje to po wybraniu kierunku jazdy przez maszynistę z pulpitu sterowniczego w kabinie.
Opisane powyżej rozwiązania układów napędowych przedstawione są na poniższych schematach i zdjęciach:



Schemat przykładowych układów napędowych zespołów trakcyjnych
i wagonów silnikowych z przekładnią hydrauliczną




Lokalizacje przekładni nawrotnych


Kliknij aby powiększyć   
Przekładnia hydrauliczna zintegrowana
z jednostką napędową (opis na powiększeniu)



Kliknij aby powiększyć   
Przekładnia hydrauliczna i wał Cardana napędu osi



Kliknij aby powiększyć   
Przekładnia hydrauliczna niezależna od jednostki napędowej
(Widoczne z obu stron wały napędowe Cardana)



Kliknij aby powiększyć   
Wał Cardana pomiędzy przekładnią trakcyjną, a osiową



Kliknij aby powiększyć   
Przekładnia osiowa i wał Cardana połączony z przekładnią hydrauliczną



Kliknij aby powiększyć   
Przeniesienie napędu z przekładni hydraulicznej
na zestawy kołowe w wózku dwuosiowym
(opis na powiększeniu)







Do początku strony



Powrót





Autor     |     Strona     |     Kontakt     |     Książka Gości    

©2004-2021 TRANSPORT SZYNOWY
www.transportszynowy.pl