Transmisie turbo (Voith)

Transmisiile turbo sunt transmisii hidrodinamice multi-circuit pentru vehicule feroviare conduse de motoare cu ardere internă. Prima transmisie turbo a fost dezvoltată de Voith în Heidenheim an der Brenz în 1932 . De atunci, transmisiile turbo au fost adaptate cerințelor în continuă creștere ale tracțiunii diesel și astăzi ocupă cea mai importantă poziție la nivel mondial după transmisia dominantă a puterii electrice.

În transmisiile turbo, puterea motorului este convertită în putere roată hidrodinamic printr-un convertor de cuplu și cuplare turbo folosind energie cinetică sau dinamică dintr-o masă lichidă. Acesta este deviat în canalele cu palete la viteze mari de curgere și presiune scăzută. Acestea diferă de angrenajele hidrostatice , în care conversia energiei are loc și printr-un lichid, dar la presiune statică ridicată și viteze mici de curgere, conform principiului deplasării.

principiu

Transmisiile turbo sunt transmisii hidrodinamice multi-circuit în care puterea este transmisă hidrodinamic în întregul domeniu de funcționare conform principiului Föttinger . Convertizoarele de cuplu , cuplajele turbo și, opțional, frânele hidrodinamice sunt combinate în transmisii multi-circuit. Tot ce au în comun este utilizarea lor în vehiculele feroviare alimentate cu motoare diesel .

poveste

Prima transmisie turbo din 1932 a fost foarte simplă. Acesta conținea un convertor de cuplu pentru gama de pornire și un cuplaj turbo pentru gama de funcționare, care erau dispuse pe un arbore comun al rotorului. Cea mai importantă caracteristică a noii transmisii turbo a fost principiul umplerii și golirii circuitelor hidrodinamice adoptate de transmisiile navei Föttinger. Acesta a oferit pornire fără uzură, schimbări de viteză fără uzură fără întrerupere a tracțiunii, efect de roată liberă prin golirea circuitelor și un grad ridicat de eficiență datorită cuplajului turbo din gama de funcționare.

Spre deosebire de Föttinger , Voith a folosit de la bun început uleiul mineral cu vâscozitate redusă ca fluid de funcționare în loc de apă pentru cutiile de viteze turbo. În anii treizeci, au fost aduse numeroase îmbunătățiri la transmisia turbo: instalarea treptelor de viteză ridicate, design compact și adaptabilitate la diverse motoare, schimbarea automată a vitezei și disiparea căldurii prin schimbătoare de căldură .

La începutul anilor 1960, frâna hidrodinamică a fost adăugată ca al treilea tip de circuit la convertor și ambreiaj . Toate îmbunătățirile de proiectare realizate de-a lungul deceniilor au avut ca scop creșterea capacității de transmisie admisibile cu același efort de construcție fără a pune în pericol fiabilitatea ridicată a transmisiei.

Transmisie cu două circuite pentru vagoane

O transmisie turbo mică T 211 r a fost dezvoltată în 1969 ca alternativă la transmisiile hidromecanice cu autobuz pentru gama mai mică de putere a vagoanelor diesel de la 200 la 300 CP. La fel ca prima transmisie turbo, are combinația convertor de cuplu / rotor ambreiaj, dar cu treaptă de viteză ridicată și eficiență semnificativ îmbunătățită în zona convertorului. De asemenea, conține piesa de rotire și poate fi echipată cu o frână hidrodinamică, dacă este necesar. Diametrele circuitului sunt doar puțin mai mari, la 346 mm pentru convertor și 305 mm pentru ambreiaj. Viteza rotorului este semnificativ mai mare la 4.170 min-1 datorită treptei mari de viteză. Întăririle și îmbunătățirile care au fost făcute de atunci arată ce rezerve sunt ascunse în partea hidrodinamică a T 211 r. Acestea privesc doar partea mecanică (roți dințate, rulmenți și arbori) și comanda transmisiei. În schimb, diametrele profilului convertorului, ambreiajului și frânei au rămas neschimbate. Viteza circumferențială a circuitelor a crescut în conformitate cu creșterea puterii admise de transmisie de la 205 kW la 350 kW. Viteza rotorului atinge aproape 5000 min-1 la 350 kW, viteza circumferențială la viteza maximă a vehiculului (convertor gol!) Al turbinei convertoare care se rotește liber la ieșire este de 74 m / s. Pompa de umplere a fost consolidată pentru a asigura o disipare suficientă a căldurii de la convertor chiar și la 350 kW. La această ieșire, eliberează 3,5 l / s de ulei prin schimbătorul de căldură în modul de tracțiune, 9 l / s în circuitul scurtcircuitat la frânare. Rotorul de frână acționează apoi ca o pompă de circulație în același timp. Modificările vizibile extern comparativ cu predecesorul tip T 211 re.3 cu puterea maximă de intrare de 320 kW sunt unitatea de comandă electronică atașată direct la cutia de viteze și filtrul de ventilație mărit.

Transmisie cu trei circuite pentru vagoane

Pentru noile unități multiple rapide cu înclinare tehnologie VT 611 / 612 a Deutsche Bahn este 1995 o transmisie complet reproiectat de cuplare a ambreiajului convertor de tip cu dispozitiv integrat de frână hidrodinamică T 312 BRE proiectat pentru 650 kW de putere. Pentru a obține o lungime totală scurtă, doi alergători sunt conduși printr-un trio de mare viteză, similar cu treapta de mers înapoi turbo. Controlul transmisiei electronice este atașat la transmisie. Cei doi cilindri de marșarier sunt acționați hidraulic, astfel încât nu este necesar să se asigure aer comprimat pentru transmisie. Urmând același concept, T 212 bre pentru 460 kW a urmat cinci ani mai târziu, care, spre deosebire de cutia de viteze mai mare, poate fi montată pe flanșă direct pe motor. Acest lucru este posibil printr-un reductor motor scurt pentru instalarea în pardoseală în vagoane expres cu o viteză maximă de 200 km / h. A preluat dimensiunea circuitelor de pe T 211 r. T 212 br are avantajul că de la 50% din viteza maximă puteți conduce în zone de ambreiaj eficiente. Acesta este un mare avantaj, în special pentru unitățile multiple diesel utilizate în trafic regional rapid , ceea ce duce la un consum mai mic de combustibil cu aceleași performanțe de funcționare.

Transmisii cu două convertoare pentru locomotive

Pentru locomotivele puternice de linie principală, în 1999 a fost construită o nouă transmisie cu două convertoare L 620 reU2 cu un convertor de pornire de 525 mm și un convertor de pornire de 434 mm diametru, al cărui concept se bazează pe L 520 rzU2 dovedit pentru 1.400 kW ieșire. În conformitate cu puterea de intrare mai mare de 2.700 kW, toate părțile transmisiei trebuie mărite și consolidate. În cazul cutiei de viteze secundare, două roți dințate sunt aranjate pe contra arbore în locul roții dințate intermediare în L 520 rzU2. Nivelul vitezei de ieșire poate fi astfel adaptat la cerințele respective ale locomotivei prin intermediul perechii de viteze de ieșire. Arborele de ieșire are o bază mare de rulment de 550 mm. În ansamblu, noua cutie de viteze mare arată concentrarea enormă de putere pe care o oferă transmisia de putere hidrodinamică. Cu un raport putere-greutate de 2,06 kg / kW, noul L 620 reU2 are o valoare fără precedent pentru transmisiile de locomotive. L 520 rzU2 comparabil are un raport putere-greutate de 2,4 kg / kW. Frâna hidrodinamică atașabilă opțional KB 385 este nou dezvoltată pentru această cutie de viteze. Vossloh, producătorul de locomotive Kiel, instalează aceste transmisii în locomotivele sale mari B'B 'G1700 și G2000 . Cutia de viteze LS 640 reU2 turbo split are două rotoare de la L 620 reU2 pentru acționarea separată a celor două boghiuri ale unei locomotive diesel cu șase axe și se instalează pentru prima dată în locomotiva Voith Maxima cu o putere a motorului de 3.600 kW .

Selecția performanței Alegerea transmisiei turbo

Puterea motorului care trebuie instalat și alegerea unei cutii de viteze adecvate sunt determinate de programul de funcționare al vehiculului feroviar. Acestea sunt condițiile de funcționare cu încărcături de remorcă pentru locomotive diesel și capacitatea de loc pentru unități multiple diesel , topografia traseelor ​​care trebuie parcurse și, mai ales, condițiile climatice pentru operațiuni non-europene. Aceste criterii sunt cuprinse în condițiile tehnice de licitație și determină punctele:

  1. Viteza maxima
  2. Accelerarea formării vehiculului în zona de pornire, ținând cont de greutatea la frecare a seturilor de roți conduse.
  3. Atunci când se utilizează unități multiple diesel în traficul suburban, trebuie respectate anumite valori ale accelerației, având în vedere funcționarea dominantă a unităților electrice multiple, pentru a evita blocajele de trafic pe traseu.
  4. Respectarea anumitor viteze minime pe înclinații mai lungi.
  5. Frânarea dinamică, în special la viteze mari, dar și atunci când conduceți pe întinderi lungi de coborâre, utilizarea unei frâne dinamice este economică sau necesară.

Viteza maximă, masa vehiculului, accelerația și pantele determină puterea motorului care trebuie instalat. În plus, există cerința de putere pentru serviciile auxiliare, adică aerul condiționat , sistemul de răcire , compresorul de frână și, în cazul locomotivelor, eventual o sursă de energie centrală pentru aerul condiționat și încălzirea vagoanelor de călători. Aceasta înseamnă că poate fi selectat motorul diesel, motoare V mari pentru locomotive , motoare cu pardoseală cu 6 cilindri pentru locomotive sau motoare V compacte cu 12 cilindri din sectorul vehiculelor comerciale. Angrenajele de pardoseală combinate cu motorul ca pachet de putere cu o înălțime mică de instalare sunt soluția preferată pentru vagoanele diesel moderne.

Dezvoltarea ulterioară a convertorului de cuplu hidrodinamic

În transmisiile turbo, convertorul de cuplu formează nucleul, care a fost adaptat cerințelor de tracțiune ale vehiculelor de tracțiune diesel de-a lungul deceniilor. Scopul lucrării de dezvoltare este nu numai cel mai bun grad de eficiență posibil, ci și un nivel ridicat de conversie la pornire fără a sacrifica completitudinea convertoarelor de pornire și consumul de energie cel mai constant posibil cu convertoarele de marș. Dintre numeroasele tipuri de convertoare, convertorul cu o etapă cu turbină centrifugă s-a dovedit a fi cel mai potrivit. Este simplu în construcție și, datorită rezistenței ridicate a inelului turbinei sale radiale, este foarte potrivit pentru viteze mari. A devenit convertorul standard pentru transmisiile turbo Voith.

La începutul anilor șaptezeci, dezvoltarea convertorului de cuplu a făcut posibilă realizarea caracteristicilor necesare ale forței tractive - până la nivelul forței tractive de pornire - cu o transmisie cu două convertoare în loc de transmisia precedentă cu trei convertoare. Chiar și astăzi, dezvoltarea convertorului nu este completă, deși a atins un nivel ridicat. Simulările numerice ale debitului (Computational Fluid Dynamics - CFD) permit o perspectivă asupra întregului câmp al debitului, chiar și în zonele rotilor rotative ale paletei care sunt greu accesibile din motive metrologice. Spațiul de curgere umplut cu ulei este modelat pe computer ca o grilă de calcul fină. Variabilele de debit viteză, presiune etc. sunt apoi calculate pentru fiecare nod de rețea. Într - o analiză ulterioară, circulator fluxului se face vizibil - de exemplu , prin intermediul unui tridimensional streamline de afișare. Mecanismele care reduc eficiența, cum ar fi vârtejurile, separarea fluxului pe suprafețe și fluxul incorect către inelele lamei, pot fi astfel localizate cu precizie. În plus față de vizualizarea acestor efecte, este, de asemenea, posibil să se ia în considerare pierderile de putere asociate.

Acest lucru creează o legătură între schimbările în câmpul de flux și o schimbare în eficiență, din care pot fi derivate posibilități de îmbunătățire. Parametrii calculați se potrivesc foarte bine cu valorile măsurate pe o gamă largă de funcționare; abaterile rezultă din simplificările economice de timp în simulare. Optimizările unităților existente, precum și dezvoltarea de noi tipuri de convertoare pot fi astfel realizate doar virtual pe computer. Construcția prototipului și verificarea rezultatelor în experiment sunt la sfârșitul procesului de dezvoltare.

literatură

  • Wolfgang Paetzold: Voith Turbo Gear 1930–1985, Volumul 1 Locomotive Gear . Heidenheim, 2002.
  • Wolfgang Paetzold: Voith Turbo Gear 1930–1985, volumul 2 Railcar Gearbox , Heidenheim, 2004.
  • Voith Antriebstechnik, 100 de ani ai principiului Föttinger . Springer-Verlag, ISBN 3-540-31154-8 , Berlin 2005.

Link-uri web