Гидропривод вентилятора холодильника

Назначение, устройство и принцип работы

Гидропривод вентилятора (рис. 59 см. вклейку в конце книги) служит для передачи мощности, от тепловозного дизеля к вентилятору холодильной камеры.

Гидропривод установлен на раме тепловоза. Он состоит из гидродинамической муфты 38 с черпательным 46 и реечным 97 устройствами, предназначенными для регулирования передаваемых чисел оборотов путем изменения наполнения маслом ее круга циркуляции, и конического редуктора 28, замедляющего обороты при передаче вращения с горизонтального вала 32 на вертикальный вал 35. Регулируемая гидромуфта переменного наполнения обеспечивает передачу момента без механической связи между коленчатым валом дизеля и большой инерционной массой вентиляторного колеса, гасит крутильные колебания и обеспечивает бесступенчатое изменение вращающего момента на валу вентилятора и его угловой скорости в широких пределах при постоянной угловой скорости коленчатого вала дизеля. Это позволяет во взаимодействии с автоматическим приводом, управляющим работой гидромуфты переменного наполнения, автоматически поддерживать оптимальную температуру воды и масла в системах дизеля, экономно расходовать мощность для привода вентилятора.

Гидродинамическая муфта смонтирована на ступице 4, установленной во фланце /, и вместе с коническим редуктором располагается в корпусе 36.

Насосное колесо 39 через ведущий вал 68 получает вращение от коленчатого вала дизеля через задний распределительный редуктор. Вращающий момент от насосного колеса через рабочую жидкость (масло), заполняющую кольцевую полость гидромуфты, передается турбинному колесу 9. Через зубчатую муфту 11, горизонтальный вал 32, конические шестерни 31 и 34 вращение от турбинного колеса передается на вертикальный вал 35 привода вентилятора, а от него через карданный вал - вентиляторному колесу холодильной камеры. Питание и охлаждение гидромуфты, смазка трущихся поверхностей деталей гидропривода осуществляются от масляной системы дизеля. Масло на питание гидромуфты под давлением 0,3-1,2 кГ/см², непрерывно поступает в круг циркуляции гидромуфты через каналы во фланце 1 и ступице 4, по кольцевому каналу между ведущим валом 68 и втулкой 3, затем через каналы в ведущем вале и кольцевой зазор между насосным 39 и турбинным 9 колесами.

Под действием скоростного напора масла, создаваемого насосным колесом, турбинное колесо вращается в ту же сторону, что и насосное, однако относительно него имеет скольжение (отставание), величина которого зависит от величины передаваемой мощности и степени заполнения круга циркуляции маслом. При вращении колес гидромуфты масло, заполняющее круг циркуляции, центробежной силой поджимается к его внешнему диаметру. Из круга циркуляции часть масла вытекает через зазор между насосным и турбинным колесами и заполняет полость между насосным колесом и колоколом 8, откуда может откачиваться через черпательные трубки 47. Черпательные трубки смонтированы на ступице 4. Один конец их приварен к шестеренкам 45, свободно проворачивающимся на пустотелых пальцах 49, а второй конец открыт и является соплом, перемещающимся в кольцевой корытообразной камере, образованной по периферии насосного колеса. Сопло во время работы гидромуфты можно устанавливать на любом заданном расстоянии от оси вращения валов путем проворота шестерни 45 на пальце 49. Так как черпательная трубка и ее сопло при установившемся режиме гидромуфты неподвижны относительно корпуса, а масло совместно с колесами гидромуфты имеет вращательное движение и набегает на сопло, то происходит нагнетание масла в черпательную трубку и опорожнение всего центрального пространства до периферии цилиндра, описываемого отверстием сопла. Из черпательной трубки 47 масло через пустотелый палец 49, канал 53 в ступице 4, канал во фланце 1 и отводной штуцер 104 поступает в масляную систему дизеля.

Изменение положения сопла черпательной трубки относительно круга циркуляции изменяет наполнение круга циркуляции маслом и приводит к соответствующему изменению числа оборотов турбинного колеса при одних и тех же оборотах насосного колеса.

При полностью заполненном круге циркуляции, когда черпательные трубки сведены на наименьший диаметр (к оси гидромуфты), передается полная мощность на турбинное колесо и вентилятор холодильника. При этом скольжение турбинного колеса составляет около 2%. При полностью опорожненном круге циркуляции, когда черпательные трубки разведены на наибольший диаметр и скорость вращения насосного колеса 1 160-2 465 об/мин, имеет место ведение (скольжение) турбинного колеса в пределах 200-400 об/мин. Ведение турбинного колеса обусловлено наличием воздуха и небольшого количества масла в круге циркуляции. При промежуточных положениях черпательных трубок и соответствующем им заполнении круга циркуляции маслом скорость вращения турбинного колеса может регулироваться в пределах от 200 до 2 420 об/мин, что соответствует 100-1 160 об/мин колеса вентилятора холодильника.

Привод черпательных трубок осуществляется через шестерни 45, входящие в зацепление с зубьями приводной втулки 3, с другого конца которой установлена на шпонке шестерня 82, находящаяся в зацеплении с зубчатой рейкой 81. Осевой ход рейки, равный 43+1 мм, ограничивается упорными гайками 93 и 100 и соответствует полному перемещению сопла черпательных трубок от наименьшего диаметра (206+3 мм) до наибольшего. В гайку 100 упирается пружина 101, переводящая рейку в крайнее положение до упора гайки 100 в торец втулки 99, при котором черпательные трубки сведены до наименьшего диаметра и гидромуфта передает наибольшие обороты и мощность. При упоре гайки 93 в торец втулки 94 черпательные трубки разводятся до наибольшего диаметра, при котором турбинное колесо уменьшает обороты до минимальных.

В гайку 100 ввинчена шпилька 103, заходящая в зацеп, приваренный к гайке 107. На шпильку навинчена и застопорена шплинтом гайка 105. Гайка 107 отрегулирована так, что при наибольшем ходе рейки (43+1 мм) ее зацеп не доходит до торца гайки 105. В этом положении гайка 107 стопорится проволокой. Это устройство необходимо для выключения гидромуфты или ограничения передаваемой через нее мощности. Для этого необходимо снять стопорение и вывинчивать гайку 107 до тех пор, пока гайка 93 не дойдет до упора и не выключит гидромуфту или переместится на соответствующую величину, ограничивая ход рейки и величину передаваемой мощности.

На тепловозе в торец гайки 93 упирается шток сервопривода автоматики, взаимодействующий с термодатчиками, установленными в водяной и масляной системах дизеля, автоматически переводя рейку и черпательные трубки гидромуфты в соответствующие положения. Для перекачки масла из картера гидромуфты в масляную систему дизеля в корпусе установлены лопастный насос 63 с приводом 61 и сетчатый фильтр 48.

Кроме того, на корпусе установлены: сапун 6 и рым-болты 24. Смазка и охлаждение подшипников гидромуфты и вала привода маслооткачивающего насоса осуществляются маслом питания гидромуфты через каналы в насосном колесе и ступице 4 через калиброванные отверстия и кольцевые зазоры. Смазка и охлаждение подшипников и зубьев шестерен конического редуктора осуществляются от масляной системы дизеля под давлением в зависимости от режимов работы двигателя в пределах 0,2-0,7 кГ/см². Крышки на ведущем 69 и ведомом 18 фланцах гидропривода имеют лабиринтные уплотнения. Ранее на тепловозы устанавливалась гидромуфта с войлочным и манжетным уплотнениями между крышками и ведомым и ведущим фланцами.

Порядок сборки и разборки

Для общей сборки гидромуфты сначала отдельно на фланце 1 или 87 со ступицей 4 или 89 монтируется гидродинамическая муфта 38 с черпательным и реечным устройствами и отдельно в корпусе 36 монтируется конический редуктор 28. Затем их соединяют в общий узел.

Сборку гидродинамической муфты с черпательным и реечным устройствами выполняют в следующем порядке.

1. Устанавливают ступицу 4 во фланце 1. При этом оси отверстий под пальцы 49 черпательных трубок должны располагаться на горизонтальной оси, а отверстие ступицы для подвода масла системы питания должно находиться с левой стороны и совпадать с отверстием 108 фланца.

Перед установкой ступицы фланец 1 нагревают до температуры 200-250° С или их соединяют на прессе в холодном состоянии.

При варианте гидропривода вентилятора холодильника с без манжетным уплотнением ступицу 89 с фланцем 87 соединяют при помощи болтов Ml6×40, которые фиксируют стопорными шайбами.

В отверстие 108 для подвода масла питания устанавливают втулку 109.

2. Монтируют узел радиально-упорного подшипника. Для этого на ступицу надевают крышку 52 и сажают предварительно нагретый в масле до температуры 90° С подшипник 51 № 176130. Подшипник затягивают до плотного упора торцов внутренних его колец гайкой 7. Гайку дозатягивают до совмещения одного из ее радиальных пазов с пазом в ступице и стопорят шпонкой, которая удерживается от выпадания пружинным кольцом. При установке пружинного кольца в канавку гайки его располагают так, чтобы в один из радиальных пазов гайки заходила головка заклепки этого кольца. После этого на наружное кольцо подшипника устанавливают гнездо подшипника.

3. Устанавливают черпачковое устройство. Сначала на ступице монтируют черпательные трубки 47, одна из которых соединяется 234 с левым пазом ступицы (если смотреть на ее торец с внутренней стороны гидромуфты) и обхватывает ступицу сверху, а другая - с правым пазом обхватывает ступицу снизу.

При установке черпательных трубок палец 49 заводят концом с открытым торцом в отверстие ступицы, соединяя таким образом полость черпательной трубки со сливным каналом ступицы.

В расточку ступицы с наружной стороны фланца 1 или 87 вставляют в сборе с кольцами 2 втулку 3 привода черпачков. При заводе в зацепление зубчатого венца этой втулки с шестеренками 45 черпательных трубок последние разводят в крайнее положение. При этом между носком сопла черпачка и внутренней цилиндрической поверхностью насосного колеса должен быть зазор l = 1÷2 мм. Установка черпательных трубок в положение наибольшего развода производится путем упора носков сопел черпачков во внутреннюю цилиндрическую поверхность предварительно установленного насосного колеса с ведущим валом. Для ограничения осевого перемещения втулки 3 с торца расточки устанавливают фланец, крепящийся к ступице болтами со стопорением проволокой.

4. Устанавливают реечное устройство. В поперечную расточку фланца 1 или 87 заводят зубчатую рейку 81, запрессовываются направляющие втулки 96 и 98 и втулки 94 и 99 с манжетами 95. На конец рейки со стороны установки сервопривода (с которой перемещение рейки во внутрь ступицы приводит к разводу черпательных трубок) навинчивают гайку 93 и рейку перемещают до упора этой гайки в торец втулки 94. При положении наибольшего развода черпачков на выступающий конец втулки 3 устанавливают на шпонке шестерню 82, которая своими зубьями одновременно входит в зацепление с зубчатой рейкой 81 и стопорится пружинным кольцом 79. Затем регулируют величину зазора l путем подвинчивания гайки 93, стопорящейся шплинтом 3 X 30 мм, отверстие для которого сверлится в сборе. На другой конец рейки навинчивают гайку 100, регулирующую величину хода зубчатой рейки (43 + 1 мм). При этом величина диаметра по носкам сопел сложенных черпачков должна быть в пределах 206+3 мм. Ввинчивают шпильку 103 и положение гайки 100 относительно рейки и шпильки фиксируют шплинтами. Далее устанавливают патрубок 106, куда заводится пружина 101, удерживаемая гайкой 107. Гайку 107 завинчивают до такого положения, чтобы при полностью сложенных черпачках (гайка 100 упирается во втулку 99) между зацепом этой гайки и торцом гайки 105, навинченной на другой конец шпильки 103, был зазор 2-4 мм. После регулировки гайку 107 стопорят проволокой и пломбируют.

5. Собирают и устанавливают ведущий вал 68 с насосным колесом 39. На ведущий вал, где закреплено при помощи болтов насосное колесо, устанавливают и крепят предварительно нагретые в масле до температуры 90° С роликовые подшипники № 2312 и 2308. Наружные кольца этих подшипников снимают и устанавливают соответственно в расточки ступиц 4 или 87 и зубчатой муфты 11 и крепят пружинными кольцами. С другой стороны ступицы устанавливают гнездо 77 с шариковым подшипником № 312, во внутреннем кольце которого посажена втулка 73. Далее, ведущий вал в сборе с насосным колесом заводят в расточку ступицы, а штифт 62 этого вала - в паз втулки 73. Вал 68 предварительно крепят от осевого смещения полукольцами 70. При установке ведущего вала сначала при снятом колоколе 8 производится определение и регулировка зазора Ф₁ (не менее 1 мм) между черпательными трубками и внутренним торцом камеры насосного колеса. Зазор регулируют за счет толщины набора прокладок, устанавливаемых под бурт гнезда 77. После этого производится проверка и предварительная регулировка зазоров и смещения колец подшипника 41 при помощи установки регулировочных прокладок под фланец гнезда 77 или подшлифовки толщины колец 44 и 40. Зазор между сепараторами подшипника 41 и торцом ступицы должен быть И₁ (не менее 1 мм), а смещение колец подшипника - Ж₁ (не более + 1,5 мм). Величину смещения этих колец определяют замером через одно из отверстий для крепления насосного колеса с валом при снятом болте или путем определения смещения отпечатка краски ("берлинская лазурь"), которую сначала наносят на цилиндрическую поверхность роликов подшипника и после установки и проворота ведущего вала краска переносится на беговую дорожку наружного кольца подшипника. После предварительной регулировки ведущего вала с насосным колесом его снимают и устанавливают колокол 8 путем крепления его гайками 5 через окно фланца 1, после чего ведущий вал в сборе устанавливают снова в ступицу.

6. Собирают и устанавливают турбинное колесо 9. Для этого колесо при помощи призонных болтов и корончатых гаек соединяют с зубчатой муфтой 11.

В муфту устанавливают наружное кольцо подшипника 10, которое стопорят пружинным кольцом. Затем определяют зазор Х₁ (2+0-3 мм) между насосными и турбинным колесами путем определения разности замеров Р₁ и Р₂. Регулируют этот зазор за счет установки регулировочных прокладок под фланец гнезда 77 и при необходимости окончательно перерегулируют зазоры Ф₁, И₁ и Ж₁. После окончательной регулировки всех зазоров гидромуфты турбинное колесо соединяют с колоколом при помощи шпилек и гаек, а ведущий вал крепят кольцами 70 и 71 с раскерновкой последних в месте стыка.

7. Устанавливают привод лопастного насоса 61. Для этого собирают вал-шестерню 59 с двумя шариковыми подшипниками № 307 и гнездом 57, заводят в нижнюю расточку фланца 1 или 87 и крепят болтами. Ведущий фланец 69 или 83 собирают соответственно с манжетным или лабиринтным уплотнением (по варианту I или II), крышкой 56 или 85 и шестерней 74, устанавливают на конусную часть ведущего вала 68 и затягивают гайкой, имеющей левую резьбу. После этого проверяют смещение зубчатых венцов 236 шестерен 59 и 74, которое должно быть не более Л₂ (+1 мм). При необходимости смещение регулируют при помощи установки прокладок под фланец гнезда 57, после чего гнездо 57 и крышку 56 или 85 окончательно крепят болтами.

8. Устанавливают и центрируют лопастный насос и крепят его при помощи болтов и пружинных шайб.

Сборку конического редуктора 28 ведут в следующем порядке.

1. Собирают горизонтальный вал 32 с шестерней 31 и подшипниками 29 и 37 и устанавливают в горизонтальную расточку корпуса 36.

При сборке шестерню нагревают до температуры 200° С и сажают на шейку вала до упора в бурт. После остывания проверяют размеры цилиндрической поверхности шестерни для посадки роликового подшипника. При необходимости ее подшлифовывают, после чего устанавливают и крепят подшипники этого вала. Подшипники устанавливают с нагревом их в масле до температуры 90° С, при этом шариковый подшипник № 318 монтируют в сборе с гнездом 13.

2. Собирают вертикальный вал 35. При сборке шестерню 34, нагретую до температуры 200° С, сажают на вал 35. В гнездо 25 устанавливают подшипники № 2318 и 318 и нагревают в масле до температуры 90° С. Затем подшипники в сборе с гнездом сажают на вал до упора в торец шестерни и от осевого смещения крепят кольцами. На конусный конец вала устанавливают ведомый фланец 18 или 90, на котором соответственно установлена крышка 23 или 92, собранная с манжетным или лабиринтным уплотнением (вариант II). Крышку соединяют с гнездом 25 болтами и уплотняют паронитовой прокладкой. При этом отверстие в крышке для смазки подшипников должно совмещаться со смазочным каналом 15 в гнезде 25 и должен регулироваться зазор между торцом крышки и кольцом подшипника в пределах 0-0,1 мм (Ж4)- Ведомый фланец затягивают гайкой 17 и стопорят пружинным кольцом 16. Величина момента затяжки гайки 45-50 кГм. Собранный вертикальный вал заводят в вертикальную расточку корпуса 36, при этом трубки для смазки зубьев шестерен и подшипников горизонтального вала располагают вдоль проводольной оси корпуса.

3. Регулируют зубчатое зацепление конических шестерен путем установки регулировочных прокладок под фланцы гнезд 13 и 25. Прилегание рабочих поверхностей зубьев по краске должно быть не менее 60% высоты и 70% длины зуба (на 10% зубьев допускается до 50% длины зубьев), а также выдержаны боковые зазоры между зубьями в пределах 0,21-0,41 мм при их разности не более 0,14 мм.

4. Регулируют смещение колец подшипника 29 при помощи постановки регулировочных прокладок под фланец гнезда 33. Величина смещения этих колец не должна превышать И2 (+1 мм). После регулировки положения вертикального и горизонтального валов их крепят болтами, шпильками, гайками и окончательно проверяют величину бокового зазора между зубьями шестерен.

5. Соединяют фланец 1 или 87, на котором смонтирована гидромуфта 38, с корпусом 36, собранным с коническим редуктором 28. В месте стыка устанавливают паронитовую прокладку, крепят болтами со стопорением пружинными шайбами.

6. Устанавливают: трубопровод всасывания лопастного насоса 63, фильтр 48, сапун 6, рым-болты 24, крышки люков и все остальные детали.

7. Проверяют свободное вращение всех валов и отсутствие их заклинивания.

Уход и возможные неисправности при эксплуатации

Уход за гидромуфтой при эксплуатации заключается в сохранении ее работоспособного состояния и обеспечении нормальных условий ее работы. Нормальная работа гидромуфты и ее автоматики заключается в обеспечении соответствующего теплового режима масляной и водяной систем двигателя за счет изменения скорости вращения вентиляторного колеса холодильника, характеризуется плавной работой вращающихся узлов гидромуфты, отсутствием стуков и прерывистого шума в зубчатом зацеплении шестерен, отсутствием заедания реечного устройства, отсутствием повышенного нагрева (выше 90° С) корпуса гидромуфты, отсутствием течи через уплотнения валов и разъемы сопрягаемых деталей.

Для обеспечения нормальной работы гидромуфты давление масла в системе питания должно быть в пределах 0,7-1,2 кГ/см² при 850 об/мин (XV позиция рукоятки контроллера) и не ниже 0,3 кПсм² при 400 об/мин вала двигателя. Давление контролируется манометром, установленным в дизельном помещении тепловоза. Давление масла в системе смазки гидромуфты, объединенной с системой смазки распределительных редукторов, должно быть в пределах 0,4-0,7 кГ/см² при 850 об/мин вала двигателя и не ниже 0,2 кГ/см² при 400 об/мин.

Необходимо следить за чистотой выступающей части штока рейки реечного устройства, не допускать воздействия на шток внешних сил, которые могут привести к его изгибу и вызвать забоины на скользящей поверхности.

При эксплуатации гидромуфты на тепловозе могут встречаться следующие неисправности.

1. Повышенный нагрев свыше 90° С всего корпуса гидромуфты и течи масла через уплотнения и сапун. Они обусловлены: а) барботажем масла, переполняющего корпус гидромуфты из-за неисправности или же недостаточной производительности лопастного насоса; б) неисправностью привода лопастного насоса, засорением или выходом из строя сетчатого фильтра 48; в) наличием повышенных утечек из систем питания и смазки гидромуфты. Для определения дефектов необходимо вывернуть и проверить исправность сетчатого фильтра, снять и проверить производительность лопастного насоса, поверить исправность привода лопастного насоса, проконтролировать величину давления в системе питания и смазки гидромуфты.

2. Утечки масла через уплотнения входного и выходного валов, которые в гидромуфтах с манжетным уплотнением могут вызываться износом манжет или неправильной их установкой, а в гидромуфтах с лабиринтным уплотнением - переполнением картера гидромуфты маслом или засорением сливных каналов в полости лабиринтов.

3. Проскальзывание ведущего фланца 69 на конусной части вала, вызванное недостаточной затяжкой гайки или плохим прилеганием сопрягаемых конусных поверхностей. Для обеспечения надежной посадки фланца необходимо проверить прилегание его по краске, которое должно быть не менее 80%, и затянуть гайки, приложив усилие 45-50 кГм.

4. Повышенный местный нагрев (свыше 90°С) корпуса в области расположения подшипников вертикального вала. Он вызывается засорением канала смазки или несовпадением этого канала в крышке 23 и гнезде 25, допущенных при сборке. Для его устранения необходимо снять крышку, промыть смазочный канал, проверить состояние подшипников и при выходе их из строя заменить новыми. При установке совместить ее смазочные каналы с каналами гнезда.

5. Заедание реечного устройства может быть вызвано изгибом штока рейки под действием внешних сил или засорением зазоров и каналов привода черпательных трубок. Устранение неисправности требует снятия и исправления рейки или при засорении каналов в приводе черпачков - разборки и промывки соответствующих деталей.

6. Повышенный стук в зубчатом зацеплении конического редуктора, вызванный выходом из строя шестерен или подшипников. Для выявления причин повышенного стука необходимо при остановленном дизеле снять крышки люков корпуса гидромуфты и осмотреть зубья шестерен и подшипники, проворачивая вертикальный вал. Разобрать конический редуктор гидромуфты и заменить вышедшие из строя детали.

7. Не обеспечиваются обороты вентиляторного колеса холодильника, необходимые для поддержания соответствующего теплового режима двигателя, греется гидромуфта. Причиной этого являются: недостаточное давление масла питания гидромуфты или его отсутствие, засорение каналов питания гидромуфты, поломка черпательных трубок или другие неисправности черпателыюго и реечного устройства, а также сервопривода, термодатчиков или других узлов автоматики.

Необходимо обеспечить соответствующее давление масла в системе питания гидромуфты, устранить недостатки в масляной системе двигателя. При наличии достаточного давления масла в системе питания и исправной автоматике устранение других неисправностей требует разборки всей гидромуфты, промывки каналов ее и замены вышедших из строя деталей.

8. Ведение выходного вала (более 400 об/ман) при опорожненном круге циркуляции гидромуфты ввиду механической связи между турбинным и насосным колесами. Оно вызывается износом торцового бурта втулки 72 в гидромуфтах первого выпуска, в которых не было штифта 62, и перемещением насосного вала до упора торца насосного колеса в колокол, плохой работой насоса или выходом из строя шариковых подшипников 51 или 76, неправильной регулировкой зазора между турбинным и насосным колесами и др.