Принцип работы тепловоза

Тепловоз.Как это работает?

Тепловоз.Как это работает? - фотография 1 - изображение 1

Всем привет,пикабутяне:)Выкладывая посты заметил что людям вроде как интересно что такое железка,и как это работает.Поэтому сегодня будем рассматривать настоящего трудягу,а именно тепловоз 2ТЭ10М:)

Устройство тепловозов - фото 2 - изображение 2

Данная тачка является грузовым тепловозом(хотя в некоторых регионах он работает и с пассажирскими поездами),расшифровывается его название как 2-двухсекционный Т-тепловоз Э-с электропередачей(об этом позже) 10-Поговаривают что это связанно с кодом завода который выпускал дизеля 10Д100 для этой машины,а именно с Харьковом М-Магистральный.

Мощность

Мощность данной тачки составляет 3000 л.с. на одну секцию(в итоге 6000 л.с. на 2 секции),вес,который он способен тягать за собой в среднем 6000 тонн.Это,для того чтоб прикинуть было проще две статуи Христа в Рио-да-Жанейро

Основы устройства и принцип работы тепловоза с электрической передачей - фотография 3 - изображение 3

Такая мощность достигается за счет турбокомпрессора (привет турбо-клубу;)),если на фотке размер не понятен,то при росте 183см он мне примерно по жопу.

Общее устройство и работа тепловозов - изображение 4 - изображение 4

Расход в среднем составляет 1000л на сотню,но это все очень приблизительно:)

Как работает

Принцип работы тепловоза заключается в том,что он сам для себя вырабатывает эл.энергию,в отличие от электровоза,который берет ее из контактной сети.Путь превращения энергии на тепловозе начинается с химической,затем тепловая,механическая,электрическая,механическая:)А теперь проще.Дизель,работая,вращает через коленчатый вал главный тяговый генератор,весом в 8 тонн(бежевая херовина с красной трубой)

Гидравлическая передача на тепловозах - изображение 5 - изображение 5

Он в свою очередь вырабатывает тяговый ток,который поступает на тяговые электродвигатели,расположенные на КАЖДОЙ колесной паре(ось и два колеса) локомотива.Двигателя в свою очередь передают свое вращение на колесные пары через зубчатую передачу(одна шестерня на движке,другая на колесной паре).

Кабина.

Кабина управления здесь довольно проста в исполнении,расскажу об основных органах управления.

Тепловоз 3 ТЭ10 - фотография 6 - изображение 6

Слева направо:1)Над бутылкой с водой херовина с кнопками и трубкой-это поездная радиостанция,тут думаю все понятно.2)"Руль".Это контроллер машиниста.Вопреки расхожему мнению что мы там рулим куда-то этим рулем,отвечу что нет,никуда мы не рулим.Этот орган управления является своим родом педали "газ" на автомобиле,только выполняет немного другие функции.Если говорить просто -поворачивая его,мы добавляем топлива в цилиндры дизеля,тем самым повышая обороты,и раскручивая сильнее главный тяговый генератор,получая больше тока:)Как-то так:)3)В правом углу локомотива,херня,под зелеными и красными лампочками,с открытой крышкой -это скоростемер.Устройство,записывающее в автоматическом режиме параметры ведения поезда,своего рода "черный ящик":)4)Красный "кран" под скоростемером.Это устройство называется кран машиниста,им управляют тормозами поезда,если говорить грубо и понятным языком,выпуская воздух из этого крана,мы понижаем давление во всей воздушной магистрали поезда,называемой тормозной магистралью,тем самым вызываем срабатывание под вагонами состава устройств,называемых воздухораспределителями(у них есть т.н. чувствительный орган,который реагирует на понижение давления,по факту просто резиновая диафрагма),они в свою очередь,посылают воздух в тормозные цилиндры,из запасных резервуаров(которые мы наполнили еще когда прицепились к составу,и накачивали в него воздух),тормозные цилиндры через тормозную-рычажную передачу(набор рычагов),давят на поверхность катания колеса за счет колодок,и мы тор-мо-зим.Фууух,психанул:)))5)Справа от него находится "свояк".Тормоз самого локомотива,тут все просто,чем больше его открыл,тем больше воздуха поступило в цилиндры локомотива.

Ну вот вроде и все,если что-то интересно,жду вопросов:)При адекватном интересе людей буду пилить новые посты,и пытаться рассказывать просто,о сложном:)

Все я понял принцип, устройство и как им управлять. Когда выходить на работу?

Устройство тепловозов

Локомотивы. Устройство и классификация электровозов и тепловозов. - фото 7 - изображение 7

Локомотивы - это железнодорожная единица, предназначенная для реализации тяговых усилий для перемещения состава. Локомотив представляет собой очень сложную систему машин и механизмов, которые, взаимодействуя между собой, приводят к образованию тяговых и тормозных усилий на ободе колесных пар.

Первичным двигателем на тепловозе является дизель. Чтобы привести во вращение колесные пары тепловоза от вала дизеля, требуется специальная передача. Если вал дизеля непосредственно соединить с движущими осями тепловоза, то двигатель нельзя будет запустить под нагрузкой, и трогание такого локомотива будет затруднено. Кроме того, частота вращения вала дизеля, следовательно, и его мощность пропорциональны скорости движения тепловоза, поэтому полная мощность дизеля может быть получена лишь при максимальной скорости.

Передача позволяет обеспечить трогание тепловоза с места и реализацию полезной мощности дизеля во всем диапазоне скорости движения локомотива. Передача может быть электрической, механической или гидравлической.

К вспомогательному оборудованию относятся топливная система, системы смазки и охлаждения и др.

На главной раме, представляющей собой жесткую и прочную сварную конструкцию, размещаются кабина, кузов, силовое и вспомогательное оборудование тепловоза. Тележки имеют раму, опоры, буксы, колесные пары, рессорное подвешивание и тормозное оборудование. Получили распространение унифицированные тележки с улучшенным рессорным подвешиванием.

С размещением оборудования на тепловозе познакомимся на примере грузового тепловоза 2ТЭ10В (рисунок 2.1), который создан на базе серийного магистрального тепловоза 2ТЭ10Л с высокой степенью унификации узлов. Тепловоз 2ТЭ10В двухсекционный, т.е. состоит из двух соединенных между собой автосцепок одинаковых секций, управляемых с одного поста. Рама каждой секции опирается на две трехосные тележки с роликовыми буксами. В средней части кузова размещается дизель с тяговым генератором. Валы дизеля и генератора соединены полужесткой пластинчатой муфтой. На переднем конце секции расположена кабина машиниста, в которой установлены пульт управления с контроллером и контрольно-измерительными приборами, автоматическая локомотивная сигнализация с автостопом и локомотивным светофором, радиостанция и другое вспомогательное оборудование. Кабина машиниста оборудована шумоизоляцией. Сзади кабины размещаются две высоковольтные камеры, в которых установлены реверсор для изменения направления движения тепловоза, различные реле, регуляторы и другая электроаппаратура. Холодильник, служащий для охлаждения циркулирующих в системе дизеля смазки и воды, расположен в задней части секции тепловоза. Имеющаяся на тепловозе аккумуляторная батарея предназначена для пуска дизеля, питания цепей управления и освещения. Под главной рамой подвешен топливный бак.

Пуск дизеля электрический - от аккумуляторной батарей, расположенной в четырех ящиках под полом по обеим сторонам дизеля. Ток от аккумуляторной батареи поступает в пусковую обмотку, расположенную на главных полюсах тягового генератора, который начинает работать в режиме электродвигателя. При достижении определенной частоты вращения коленчатого вала в цилиндрах происходит вспышка топлива, и дизель начинает работать. В это время поступление тока в пусковую обмотку генератора автоматически прекращается и он переходит на режим тягового генератора. Электрическая энергия, вырабатываемая тяговым генератором, по кабелям поступает к тяговым электродвигателям. Вращение якоря передается через тяговую зубчатую передачу колесной паре тепловоза.

Воздух из атмосферы через два (по одному с каждой стороны дизеля) воздухоочистителя (фильтры непрерывного действия) поступает в два автономных, параллельно работающих, турбокомпрессора типа ТК234Н-О44C (первая ступень сжатия), где давление воздуха повышается до 0,17 МПа. Из турбокомпрессоров сжатый воздух идет в нагнетатель центробежного типа (вторая ступень сжатия), где он дополнительно сжимается до давления 0,22 МПа и при этом температура его повышается примерно до 130о С. Для снижения температуры воздух из нагнетателя идет в два параллельно работающих водяных воздухоохладителя, расположенных с обеих сторон дизеля. Воздух охлаждается до 65о С, затем направляется в воздушный коллектор, а дальше в цилиндры дизеля.

Турбокомпрессоры приводятся в действие энергией отработавших газов, а нагнетатель второй ступени приводится в действие от верхнего вала через механический редуктор.

Заметки о железнодорожном транспорте: Эволюция тепловозов в СССР и России - фото 8 - изображение 8

Рисунок 2.1. Тепловоз 2ТЭ10 М (В):

1 - пульт управления в кабине машиниста; 2 - вентилятор кузова; 3 - вентилятор охлаждения тягового генератора; 4 - нагнетатель второй ступени; 5 - воздухоохладитель; 6 - тяговый генератор; 7 - дизель; 8 - турбокомпрессор; 9 - резервуар противопожарной установки; 10 - бак водяной; 11 - колесо вентиляторное; 12 - секции охлаждающие; 13 - гидропривод вентилятора; 14 - тяговый электродвигатель; 15 - рама тепловоза; 16 - бак топливный; 17 - тележка; 18 - аппаратные камеры; 19, 21 - каналы забора воздуха для охлаждения тяговых электродвигателей и генератора; 20 - вентиляторы охлаждения электродвигателей передней и задней тележек; 22 - маслопрокачивающий агрегат; 23 - воздухоочистители; 24 - редуктор распределительный задний; 25 - фильтр грубой очистки масла; 26 - синхронный подвозбудитель; 27 - теплообменник; 28 -редуктор привода синхронного подвозбудителя; 29 - гидропривод вентилятора; 30 - фильтр тонкой очистки масла; 31 - топлиподогреватель; 32 - батарея аккумуляторная; 33 - топливоподкачивающий насос; 34 – канал выпускной охлаждения тягового генератора; 35 – редуктор распределительный передний; 36 – компрессор; 37 – двухмашинный агрегат.

Для питания тормозной сети и электропневматических аппаратов сжатым воздухом на тепловозе установлен двухступенчатый воздушный компрессор типа КТ7 приводимый в действие от вала тягового генератора через передний распределительный редуктор и пластинчатую муфту. От этого редуктора через карданные валы и промежуточную опору приводится в действие двухмашинный агрегат, а через гидромуфту, смонтированную в корпусе переднего редуктора, вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки.

Задний распределительный одноступенчатый редуктор приводится в действие от вала дизеля через пластинчатую муфту. От редуктора вращение передается вентилятору охлаждения тяговых электродвигателей задней тележки, масляному насосу центробежного фильтра, а через карданные валы гидроприводу вентиляторного колеса. Редуктор через сдвоенную упругую муфту передает вращение валу синхронного подвозбудителя.

Для циркуляции воды в системах охлаждения на переднем торце дизеля смонтированы два водяных насоса, приводимых в действие от вала дизеля. Водяной бак разделен перегородкой на две части - одна вместимостью 0,106 м, другая- 0,230 м. Бак служит запасным резервуаром, из которого пополняется водяная система по мере утечки воды во время работы дизеля.

Смазывание трущихся деталей дизеля принудительное от шестерного масляного насоса. При этом масло для смазывания трущихся деталей дизеля и охлаждения поршней циркулирует между дизелем и водомасляным теплообменником. Для прокачки масла через дизель перед его пуском на раме тепловоза около дизеля установлен маслопрокачивающий агрегат. Из картеров распределительных редукторов масло откачивается насосами в поддизельную раму. Масло, поступающее в дизель, очищается фильтрами трех типов; грубой очистки, тонкой очистки и центробежным. В зимнее время топливо подогревается в топливоподогревателе.

В задней части кузова тепловоза расположено охлаждающее устройство, состоящее из водяных секций и вентилятора. Температуру воды и масла в системах охлаждения в зависимости от режима работы дизеля и температуры окружающего воздуха регулируют за счет автоматического бесступенчатого изменения частоты вращения вентиляторного колеса, обеспечиваемого гидромуфтой переменного наполнения гидропривода, а также открытием и закрытием жалюзи секций радиаторов. В зимнее время для облегчения регулировки на жалюзи навешивают утеплительные чехлы с механическим приводом.

В головной (передней) части кузова расположена кабина с пультом управления. В кабине установлены приборы для контроля за работой агрегатов, радиостанция ЖР-ЗМ, автоматическая локомотивная сигнализация (сокращенно АЛСН-1) с автостопом непрерывного действия, локомотивный светофор, скоростемер СЛ-2М. На пульте управления каждой секции тепловоза смонтированы также некоторые приборы для контроля за работой агрегатов, расположенных на второй секции. За задней стенкой кабины справа и слева расположены аппаратные (высоковольтные) камеры, в которых размещены электрические аппараты.

Секции тепловоза соединены между собой автоматической серийной сцепкой СА-3. Для перехода из одной секции в другую служит переходная площадка - суфле вагонного типа. При необходимости каждая секция может работать как самостоятельный локомотив. Каждая секция тепловоза оборудована автоматической пожарной сигнализацией, противопожарной воздухопенной установкой, состоящей из резервуара вместимостью 0,290 м с огнегасящей жидкостью ПО-1 ГОСТ 6948-81, трубопровода с вентилями и кранами. Вентиляция дизельного помещения производится двумя вентиляторами, установленными на крыше тепловоза.

На секции тепловоза имеется четыре бункера песочниц, по два на каждую тележку. Бункера расположены в переднем и заднем торцах кузова с левой и с правой его стороны. Кузов, рама тепловоза и все оборудование, расположенное на них, опирается на две трехосные бесчелюстные тележки с эластичной тяговой передачей и нагрузкой от колесной пары на рельсы 230 кН. На тележках все тяговые электродвигатели расположены подвесками (носиками) к середине тепловоза, что обеспечило повышение силы тяги примерно на 10%. Нагрузка от оборудования, установленного на раме тепловоза, на каждую тележку передается через четыре резино-роликовые опоры, которые одновременно являются возвращающими устройствами, обеспечивающими спокойное и плавное движение тепловоза. В середине шкворневой балки каждой тележки расположено шкворневое устройство, обеспечивающее возможность боковых перемещений тележки относительно кузова. Шкворень воспринимает только горизонтальные усилия от силы тяги и торможения, а также боковые силы от колесных пар и служит центром поворота тележки относительно кузова.

Управление автоматическими тормозами поезда производится краном машиниста. Кран вспомогательного тормоза применяется для управления прямодействующим тормозом тепловоза. На тепловозе предусмотрено и ручное торможение. При ручном торможении колодки воздействуют на бандажи колес двух задних осей передней и задней тележек.

Основы устройства и принцип работы тепловоза с электрической передачей

ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ ТЕПЛОВОЗОВ - изображение 9 - изображение 9

Классификация тепловозов.

Классификация электровозов.

Электровоз – локомотив, у которого источником энергии является тяговый электродвигатель (ТЭД), получающий питание извне, вследствие этого электровоз считают неавтономным локомотивом. Источником энергии для электрической тяги являются ТЭС и АЭС.

По роду службы:

-пассажирские (например, ЧС2, ЧС4);

-грузовые (например, ВЛ10, ВЛ80);

-маневровые (ВЛ41);

-промышленные.

По роду тока питания:

-постоянного тока (3кВ);

-переменного тока (25кВ);

По типу привода:

-с индивидуальным приводом, когда вращающий момент передается на каждую движущую колесную пару от отдельного двигателя;

-с групповым приводом, когда вращающий момент от одного тягового двигателя передается двум и более движущим колесным парам.

По числу секций: одно-, двух- трёх- и четырёхсекционные.

По серии:

Число впереди – количество секций, 2 следующие буквы – ВЛ (В.Ленин). Так для серий электровозов переменного (однофазного) тока установлена нумерация: четырехосные — от ВЛ40 до ВЛ59, шестиосные — от ВЛ60 до ВЛ79, восьмиосные — от ВЛ80 до ВЛ99. Электровозы постоянного тока нумеруются: шестиосные — от ВЛ19 до ВЛ39, восьмиосные — от ВЛ8 до ВЛ18. Индексы: м -модернизированные, к – с кремниевыми выпрямителями, р - рекуперативное торможение.

Тепловоз – локомотив, у которого источником энергии является тепловой двигатель внутреннего сгорания – дизель, вращающий момент от дизеля через специальную передачу передается на колесные пары, которые начинают вращаться, приводя в движение тепловоз.

По роду службы:

-грузовые;

-маневровые;

-пассажирские.

По типу передачи:

-с электропередачей;

-с гидравлической передачей;

-с механической передачей.

По количеству секций.

По серии:

Первая буква – Т, вторая отвечает за тип передачи (Э, Г,М). Третья буква – род службы локомотива (П - пассажирский, М – маневровый, если третьей буквы нет, то грузовой), цифра, стоящая перед буквенной частью – кол-во секций. Цифры после буквенной части – завод-изготовитель.

Электрическая передача получила самое широкое распространение в тепловозостроении. Она удовлетворяет эксплуатационным требованиям, предъявляемым к локомотивам, и сохраняет постоянство мощности при изменении силы тяги и скорости движения.

В электрической передаче вал дизеля вращает тяговый генератор, питающий тяговые электродвигатели (ТЭД). В свою очередь вращение вала ТЭД передаётся колёсной паре через осевой редуктор. Редуктор представляет собой сопряженные зубчатые колёса, располагающиеся на валу ТЭД и оси колёсной пары. Благодаря жесткой механической связи между колесными парами групповой привод обеспечивает большую устойчивость к боксованию. Электропередача постоянного тока обладает гиперболической тяговой характеристикой, при которой увеличение сопротивления движения вызывает увеличение силы тяги, а уменьшение — ускорение локомотива, легко управляется и регулируется. Электропередача позволяет управлять несколькими тепловозами по системе многих единиц из одной кабины. Недостатки её - большая масса и относительная дороговизна необходимого оборудования, наличие щеточно-коллекторных узлов, ограничивающих рабочие токи и напряжения и требующих частого обслуживания. Электропередача обеспечивает электродинамическое (реостатное) торможение, при котором ТЭД работают как генераторы, нагруженные тормозными реостатами; за счёт сопротивления вращению валов ТЭД осуществляется торможение. По сравнению с пневматическими тормозами при электродинамическом торможении меньше износ тормозных колодок.

На тепловозах применяют электрические передачи трех видов: передача постоянного тока, переменного тока и переменно-постоянного тока.

Общее устройство и работа тепловозов

Основные характеристики тепловозов - фотография 10 - изображение 10

24252627

Тепловозом называется локомотив, у которого в качестве первичной энергетической установки применен двигатель внутреннего сгорания - дизель.

В отличие от обычных карбюраторных двигателей внутреннего сгорания воспламенение топлива в дизеле происходит не от электрической искры, а оно самовоспламеняется в нагретом до высокой температуры воздухе при его сжатии. Сгорание топлива в цилиндрах дизеля обусловлено наличием кислорода, содержащегося в воздухе, поступающем в цилиндры дизеля. Чтобы получить возможно большую мощность в цилиндрах дизеля, не прибегая к увеличению их объема, воздух в цилиндры нагнетают под давлением выше атмосферного, т. е. осуществляют наддув с помощью механических или турбинных нагнетателей. Превращение полученной в цилиндрах дизеля тепловой энергии в механическую осуществляется посредством шатунно-кривошипного механизма, состоящего из поршня, шатуна и колена (кривошипа) коленчатого вала.

Чтобы дизель мог нормально работать, на тепловозе предусмотрены обслуживающие его системы: топливная, воздухоснабжения, водяная и масляная. Топливная система имеет бак, трубопроводы с фильтрами грубой и тонкой очистки, топливоподкачивающий насос, насосы высокого давления и топливовпрыскивающие форсунки. Система воздухоснабжения состоит из воздухозаборных фильтров, охладителей воздуха, газотурбинных или механических нагнетателей, обеспечивающих подачу очищенного воздуха под повышенным давлением в воздушные коллекторы и далее в цилиндры дизеля. Водяная система служит для охлаждения стенок цилиндров, нагреваемых теплом, выделяющимся при сгорании топлива. Чтобы успешно отводить тепло от стенок цилиндров дизеля, на тепловозе предусмотрено охлаждающее устройство. Водяные полости между цилиндрами и рубашками соединены трубопроводами с трубчатыми радиаторами. Для обеспечения циркуляции воды в системе установлены водяные насосы. Проходящая по трубкам радиаторов вода охлаждается воздухом, подаваемым через секции радиаторов специальными вентиляторами. Регулируя подачу воздуха через секции радиаторов, поддерживают температуру охлаждающей жидкости на определенном уровне. Масляная система служит для смазывания трущихся деталей дизеля. Так как масло одновременно охлаждает такие узлы, как поршни, работающие при высоких темпера- турах, то его необходимо охлаждать. Для этого в масляной системе предусмотрены насосы, обеспечивающие циркуляцию масла между дизелем и холодильным устройством. В качестве охлаждающего устройства используются либо масловоздушные радиаторы, либо водомасляные теплообменники. В систему включены также маслопрокачивающие насосы, фильтры грубой и тонкой очистки масла.

Для получения сжатого воздуха, необходимого для питания тормозной системы, а также для электропневматической системы управления механизмами и аппаратами, на тепловозе установлен компрессор. Привод компрессора и других вспомогательных машин осуществляется от вала дизеля через раздаточный редуктор. На некоторых тепловозах для привода компрессора (и других машин) используют электродвигатели.

На тепловозе имеется аккумуляторная батарея, запас электрической энергии которой используется для пуска дизеля (раскрутки коленчатого вала), а также для питания цепей управления и освещения тепловоза. При работающем дизеле эти функции (кроме пуска) выполняет вспомогательный электрический генератор. Он также служит для заряда аккумуляторной батареи.

Дизель устойчиво может работать при частоте вращения коленчатого вала не ниже определенного предела -(0, 3= 0, 4)nном•

Весь диапазон частоты вращения (от минимальной до номинальной, т, е. максимальной) разбит на градации (позиции). С набором очередной позиции контроллера машиниста увеличивается подача топлива в цилиндры дизеля, в соответствии с этим, растут частота вращения коленчатого вала n и мощность дизеля Ре (Рис.4.8.).

Принцип работы тепловоза - фото 11 - изображение 11

Рис. 4.8. Внешние характеристики двигателя.

Работу дизеля на нулевой позиции называют режимом холостого хода, на последней – номинальным режимом, а на промежуточных позициях - частичными режимами.

При работе на определенной позиции мощность дизеля остается постоянной, практически постоянным остается и вращающий момент на коленчатом валу. В то же время для вращения колесных пар необходимо изменять вращающий момент в зависимости от условий движения. Например, при трогании с места тяжелого состава для реализации большой силы тяги необходимо к колесным парам приложить вращающий момент, значительно (в 4-5 раз) больший, нежели момент на коленчатом валу дизеля. И, наоборот, в процессе движения поезда для поддержания необходимой рабочей скорости не требуется большого вращающего момента и он может оказаться меньшим, чем, момент на валу дизеля. В силу этих обстоятельств непосредственно передавать вращающий момент от дизеля колесным парам не представляется возможным. Для того чтобы приспособить дизель для условий тяги, на тепловозе предусматривают специальное устройство - передачу. Она должна обеспечивать автоматическое регулирование тягового момента (силы тяги) в соответствии со скоростью и профилем пути при наиболее полном использовании мощности дизеля. Известно, что мощность, реализуемая на тягу (касательная мощность Рк), равна произведению силы тяги тепловоза на скорость движения. Так как у тепловоза мощность силовой установки при определенной позиции контроллера постоянна, то произведение силы тяги Fк на скорость V будет также постоянным Fк*V=Р=const. Из соотношения следует, что при изменении скорости соответствующим образом будет изменяться сила тяги, и если построить зависимости силы тяги от скорости (тяговую характеристику), она будет иметь вид гиперболы(рис 4.9). Понятно, что выполнение условия Fк*V = =Рк=const может быть обеспечено только в определенном интервале (от точки Б до точки В). Максимальное значение силы тяги ограничивается силой сцепления колесных пар с рельсами (А-Б), а максимальное значение скорости - условиями безопасности. Таким образом, в условиях, когда дизель имеет постоянную частоту вращения и неизменяющийся вращающий момент, а колесные пары частоту вращения от нуля до определенного максимального значения, от передачи требуется непрерывное плавное изменение передаточного отношения, и это изменение должно совершаться автоматически в соответствии с требуемой силой тяги тепловоза.

Принцип работы тепловоза - фотография 12 - изображение 12

Рис.4.9 Тяговая характеристика тепловоза

Кроме этого, передача должна обеспечивать возможность отсоединения дизеля от тяговой нагрузки (от колесных пар) и реверсирования движения тепловоза. На тепловозах применяются только два типа передач—гидромеханическая и электрическая. Механическая передача на тепловозах распространения не получила из-за невозможности создать многоступенчатую коробку передач небольших размеров для тепловоза большой мощности. Она применяется только на мотовозах и автодрезинах.

Гидромеханическая передача применяется на некоторых маневровых тепловозах и дизель - поездах мощностью до 9000 к8т. Передача мощности осуществляется с помощью гидравлических аппаратов (гидромуфт и гидротрансформаторов) и механических звеньев (зубчатых редукторов и карданных валов). Гидропередача компактна, имеет сравнительно малую массу, низкий расход цветных металлов, но КПД ее невелик (около 75 %).

Электрическая передача получила наибольшее распространение. Она состоит из тягового генератора с возбудителем, тяговых электродвигателей и зубчатых редукторов. Вал генератора подсоединен к коленчатому валу дизеля. 8 нем механическая энергия дизеля преобразуется в электрическую. Тяговые электродвигатели размещены в тележках непосредственно возле колесных пар. Подведенный по кабелям электрический ток от генератора вращает валы электродвигателей-электрическая энергия превращается снова в механическую. Валы двигателей и оси колесных пар связаны между собой зубчатыми передачами. Таким образом, вращающий момент от двигателей передается колесным парам. Так как колесные пары прижаты к рельсам массой тепловоза, то между ними и рельсами возникает сцепление, благодаря которому колесные пары перекатываются вдоль рельсов, перемещая за собой тележки, а те в свою очередь - кузов тепловоза. Размещенная в раме кузова автосцепка передает тяговое усилие на состав.

Если переданный на колесную пару тяговый момент превысит момент от силы сцепления колесной пары с рельсами, произойдет срыв сцепления, т. е. начнет буксование. Поэтому основной закон локомотивной тяги гласит: сила тяги не может превышать силу сцепления колес с рельсами. Регулирование тягового момента (силы тяги) осуществляется электрическими машинами. Известно, что вращающий момент на валу электродвигателя зависит от размеров двигателя, учитываемых постоянной С, силы тока в обмотках якоря Iя и магнитного потока Ф, создаваемого обмотками возбуждения на полюсах двигателя:

кр = Сlя*Ф.

Передаваемый на колесную пару момент двигателя, увеличенный в i раз (передаточное число редуктора), направлен на образование силы тяги. Таким образом, тяговый момент и сила тяги зависят от тока, протекающего по двигателю, т. е. чтобы получить большую силу тяги, нужно по двигателю пропускать большой силы ток. Известно, что мощность электрической машины равна произведению силы тока на напряжение (1*U), и если мощность ее постоянна (а она постоянна), то при увеличении значения одного множителя другой должен уменьшаться. Так оно и получается.

Принцип работы тепловоза - изображение 13 - изображение 13

Рис. 4.10. Схема передачи мощности от дизеля колесным парам при электрической передаче: 1- дизель; 2- соединительная муфта, 3- тяговый электрический генератор; 4- возбудитель генератора; 5- рама тележки;

б- пружинная подвеска двигателя на раме тележки; 7- тяговый электродвигатель; 8-шестерня; 9- зубчатое колесо; 10 - колесная пара; КВ - контактор возбуждения;. ПК- поездной контактор.

При трогании с места, когда требуется большая сила тяги, на двигатели подается большой ток, а напряжение мало. С увеличением скорости тепловоза растет частота вращения колесных пар и связанных с ними зубчатой передачей яко рей тяговых двигателей. С ростом частоты вращения якорей двигателей растет на их зажимах напряжение. В силу постоянства произведения силы тока на напряжение сила тока соответственно будет уменьшаться. В случае вступления поезда на подъем из-за возросшего сопротивления движению скорость поезда уменьшается, соответственно уменьшается и напряжение на зажимах двигателя, а сила тока возрастает, что приведет к увеличению силы тяги. Таким образом, благодаря электрическим машинам с последовательным возбуждением осуществляется автоматическое регулирование силы тяги локомотива.

На тепловозах со сравнительно небольшой мощностью дизеля применяют генераторы постоянного тока. При увеличении мощности свыше 2000 кВт габаритные размеры генераторов резко увеличиваются, поэтому применяют более компактные и надежные синхронные генераторы переменного тока с выпрямительной установкой. В этом случае передачу называют передачей на переменно-постоянном токе.

Тяговые электродвигатели локомотивов коллекторные постоянного тока.Подвод электрического тока к ним осуществляется через щеточно-коллекторный узел. При существующей системе подвешивания электродвигателей - опорно-осевой, когда двигатели одной стороной опираются на ось через моторно-осевые подшипники, а другой на раму тележки через пружинную опору, двигатель оказывается незащищенным от ударов на стыках рельсов и других неровностях.

Удары и вибрации в системе: рельс-колесо- электродвигатель вредно отражается на работе коллекторно-щеточного узла, а так же на узлах крепления подводящих кабелей с выводами катушек возбуждения главных и дополнительных полюсов. Надежность работы в тяговых электродвигателей в этом случае резко снижается. Она в десяток раз ниже чем у двигателей, имеющих опорно-рамную подвеску (у пассажирских локомотивов).

С точки зрения повышение надежности тяговых электродвигателей особую актуальность приобретает применение на локомотивах передачи переменно-переменного тока с бесколлекторными двигателями. Но их применение пока сдерживается из-за трудностей в обеспечении регулирования частоты вращения. Отечественная электронная промышленность пока не в состоянии поставлять транспорту необходимую электронную технику высокого качества и надежности.

Принцип работы тепловоза - фотография 14 - изображение 14

18192223

2015-10-013139

Гидравлическая передача на тепловозах

Принцип работы тепловоза - изображение 15 - изображение 15

Здравствуйте!

В прошлой статье рассказано об электрической передаче магистральных и маневровых тепловозов. В этой рассмотрим работу гидравлической передачи. Данная передача занимает второе место после электрической, она применяется на очень многих локомотивах, в основном на маневровых и промышленных тепловозах, но и на некоторых магистральных тепловозах. Работы по применению гидропередачи на тепловозах велись давно, строились экспериментальные локомотивы. Массовая постройка тепловозов в период с 1956 года вновь возродила идею применения на них гидравлической передачи. Предполагалось, что при гидропередаче во всех случаях тепловоз сможет реализовать более высокий коэффициент сцепления, чем при электрической передаче, а стоимость ремонта гидропередачи окажется ниже стоимости ремонта электрического оборудования тепловозов с электрической передачей. 

Принцип работы тепловоза - фото 16 - изображение 16

На тепловозах применяются гидростатические и гидродинамические передачи. Гидростатические передачи состоят из гидронасоса, трубопровода и гидромотора. Гидродинамические передачи выполняются в виде гидродинамических трансформаторов (гидротрансформаторов) и гидродинамических муфт (гидромуфт). В сочетании с гидравлическими передачами работают зубчатые передачи. Если весь вращающий момент передается через гидротрансформатор или гидромуфту, то данная передача называется – гидравлической, а если одна часть момента передается через гидравлические аппараты, а другая часть через параллельно включенную ему механическую передачу, то передача называется – гидромеханической.

Принцип работы тепловоза - фото 17 - изображение 17

Гидропередача тепловоза ТГМ23

     Гидротрансформатор представляет собой конструкцию, в которой размещены насосное колесо, турбинное колесо и неподвижный направляющий аппарат. Вращающий момент от насосного колеса к турбинному передается при помощи жидкости – масла. Направляющий аппарат может изменять передаточное отношение между насосным и турбинным колесами. Гидротрансформаторы применяются одноступенчатые и многоступенчатые, у которых имеется несколько ступеней турбины и направляющих аппаратов. Потерянная в гидропередаче энергия в виде тепла отводится с маслом, которое охлаждается в холодильниках тепловоза. Гидромуфта в отличие от гидротрансформатора не имеет направляющего аппарата, в связи с этим скорость вращения турбинного колеса не регулируется. На тепловозах также применяются комплексные гидротрансформаторы, которые могут работать как гидротрансформаторы и как гидромуфты. Управление гидропередачей электрическое.

Принцип работы тепловоза - изображение 18 - изображение 18

Далее вращающий момент от гидротрансформатора через карданные валы передается на осевые редукторы и через них на колесные пары. На некоторых промышленных тепловозах (ТГМ1, 23) на отбойный вал, соединенный с дышловым механизмом, а через дышла на все колесные пары. Почти как на паровозе.

Принцип работы тепловоза - изображение 19 - изображение 19

Тепловоз ТГМ23

В СССР было спроектировано и построено немало экспериментальных тепловозов с гидропередачей, разрабатывал их и строил в основном Луганский (Ворошиловградский)тепловозостроительный завод (ВЗОР), это тепловозы: ТГ100-001; ТГ102; ТГ105-001; ТГ106-001 и 002; пассажирский ТГП50 (Коломенского завода).

Принцип работы тепловоза - фотография 20 - изображение 20

Тепловоз ТГ106

Также были закуплены в ФРГ опытные тепловозы ТГ300 и ТГ400. Но большого применения данные магистральные тепловозы на наших железных дорогах не нашли.

Принцип работы тепловоза - изображение 21 - изображение 21

Тепловоз ТГ400

В маневровом движении и особенно в промышленном железнодорожном транспорте тепловозы с гидропередачей получили очень широкое применение. Но существует два типа магистральных тепловозов с гидромеханической передачей, которые трудятся уже давно на железной дороге Сахалина.

Принцип работы тепловоза - фото 22 - изображение 22

Тепловоз ТГ16

С 1967 года Людиновский тепловоз строил двухсекционные магистральные тепловозы ТГ16 для Сахалинской колеи шириной 1067 мм, мощность тепловоза в двух секциях составляет 3280 л.с. Данный тепловоз в нескольких единицах построен и для широкой колеи, только в этом исполнении он называется ТГ20.

Принцип работы тепловоза - фотография 23 - изображение 23

Тепловоз ТГ16М

С 2014 года Людиновский завод строит тепловоз ТГ16М, глубокую модернизацию ТГ16. Он рассчитан на стандартную и Сахалинскую колею, мощность его в двух секциях составляет 4000 л.с. Сейчас на острове завершена перешивка колеи на общероссийскую ширину (1520 мм), поэтому ТГ16М в недалеком будущем займет место ТГ16 на Сахалине.

Всего хорошего!

Тепловоз 3 ТЭ10

Принцип работы тепловоза - изображение 24 - изображение 24

Пишет Danchik-1 в своём блоге.

Всем привет!В нашем депо как и в других тоже трудится тепловоз ставший легендой.Это 3 ТЭ10.В свое время был отмечен Дипломом ВДНХ 1 степени, Большой золотой медалью ВДНХ, а активные участники по его созданию медалями ВДНХ: Смольянинов.А.Е, Кирнарский.А.А, Струнге.Б.Н, Тертычко.Н.А и др.Я Вам покажу в основном свои фото сделанные за годы службы и расскажу в общех чертах, опираясь на конспекты, тех.библиотеку и т.д. Более детально думаю не стоит.Это не к чему.Так же свожу на фото экскурсию, как и обещал во внутрь секции тепловоза.Поехали.

Принцип работы тепловоза - фото 25 - изображение 25

В 1960 году Луганский завод транспортного машиностроения выпустил двухсекционный тепловоз на базе ТЭ10. Первый опытный двухсекционный тепловоз был обозначен серией ТЭ12 «Украина», однако МПС рекомендовало для серии обозначение 2ТЭ10 «Украина», ввиду незначительных конструктивных отличий от серийного, односекционного тепловоза ТЭ10 «Харьков».

Тепловоз представлял из себя две постоянно сцепленные секции ТЭ10, у которых со стороны холодильника кабины машиниста были превращены в переходный тамбур между секциями. Тепловоз был оборудован тяговыми двигателями ЭДТ-340Г, передаточное число редуктора — 68:15.

Принцип работы тепловоза - изображение 26 - изображение 26

Все параметры нового локомотива были в два раза больше соответствующих параметров односекционного ТЭ10 (мощность и сила тяги при всех режимах, запасы топлива, песка, воды и масла).

Принцип работы тепловоза - изображение 27 - изображение 27

После проведённых испытаний Харьковский завод в 1961—1963 годах построил ещё 18 тепловозов серии 2ТЭ10 с ТЭД ЭД-140 и передаточным числом редукторов 69:14.

Первые 5 локомотивов серии работали до 1964 года в депо Кандалакша Октябрьской железной дороги, заслужив положительные отзывы персонала, отмечавшего, что новые 2ТЭ10 имели одинаковую мощность по сравнению с тепловозами серии 3ТЭ3, однако были значительно удобнее в эксплуатации.

Остальные локомотивы серии, а позднее и первые пять, работали на Южной железной дороге. Списание тепловозов этой серии в основном происходило в 1980-х годах и к 1990 году в инвентарном парке МПС числился лишь один локомотив серии 2ТЭ10 — 2ТЭ10-008.

Принцип работы тепловоза - фото 28 - изображение 28

Одним из новшеств в советском тепловозостроении стал принцип цельного кузова несущей конструкции, применявшийся до этого момента лишь на чехословацких электровозах ЧС1 и рижских электропоездах ЭР1. Кузов тепловоза опирался на две трёхосные тележки, унифицированные с тележками тепловозов серии ТЭ3.

Принцип работы тепловоза - изображение 29 - изображение 29

На тепловозе были установлены шесть новых тяговых электродвигателей ЭДТ-340А, спроектированных и изготовленных заводом «Электротяжмаш» для газотурбовоза Г1-01. Номинальная мощность двигателей при работе на тепловозе — 307 кВт, масса — 2800 кг. ТЭД имели опорно-осевое подвешивание; передаточное число редуктора — 68:15.

Принцип работы тепловоза - фото 30 - изображение 30

Впервые в отечественном тепловозостроении была применена принципиально новая система автоматического регулирования возбуждения тягового генератора, обеспечивающая заданную зависимость напряжения генератора от его тока и позволяющая более полно использовать мощность дизеля, что было невозможно ранее.

Принцип работы тепловоза - фото 31 - изображение 31

пульт управления, слева контроллер машиниста.

Управление тепловозом осуществлялось с помощью контроллера машиниста КМ-1501, главная рукоятка которого имела нулевую и пятнадцать рабочих позиций.

Принцип работы тепловоза - фотография 32 - изображение 32

скоростимер

Принцип работы тепловоза - фотография 33 - изображение 33

кран машиниста и вспомогательный кран локомотива.

Принцип работы тепловоза - фото 34 - изображение 34

компрессор КТ-7

Принцип работы тепловоза - фотография 35 - изображение 35

Высоковольтная камера.

Принцип работы тепловоза - изображение 36 - изображение 36

компрессор КТ-7

Принцип работы тепловоза - фото 37 - изображение 37

шахта холодильника с гидромуфтой, валом(желтый кожух)охлаждения главного вентилятора.

Принцип работы тепловоза - фотография 38 - изображение 38

водяной насос первого контура.Допускается капле падение- 100 кап.в мин.Тут уже неисправность, вода ручьем и тепловоз не принят.

Тепловоз серии ТЭ10 имел следующие характеристики:

служебная масса — 138 т;запас топлива — 5500 л;(потом его увеличили уже до 7300л).запас масла — 1450 л;запас воды — 1500 л;запас песка — 520 кг;скорость длительного режима — 25 км/ч;конструкционная скорость — 100 км/ч.

Принцип работы тепловоза - изображение 39 - изображение 39

Дизель 10Д100.О этом дизеле можно рассказать много.Я думаю, что лучше по сути.Позаимствовали его с немецкой подводной лодки со времен 2-ой Мировой.Трофей.Что-то додумали, доработали.

Принцип работы тепловоза - изображение 40 - изображение 40

Принцип работы тепловоза - фотография 41 - изображение 41

турбина ТК-34

Увеличение мощности дизеля 10Д100 до 2210 кВт достигнуто путем повышения давления наддувочного воздуха с 0,13 МПа до 0,22 МПа, охлаждения наддувочного воздуха перед поступлением в цилиндры до 65 °С и подачи большего количества (примерно на 40 %) топлива в цилиндры за цикл. В отличие от дизеля 2Д100 на 10Д100 установлен объединенный регулятор частоты вращения и мощности, применена двухступенчатая система наддува воздуха с использованием энергии отработавших газов, установленыводяные охладители для охлаждения наддувочного воздуха. Дизели спроектированы с учетом применения крупноагрегатного метода ремонта и могут эксплуатироваться в различных климатических условиях. Дизели 10Д100 (рис. 39) имеют в одном блоке два коленчатых вала (верхний и нижний), связанных между собой вертикальной передачей, и по два поршня в одном цилиндре, которые головками направлены навстречу друг к другу.

Принцип работы тепловоза - фотография 42 - изображение 42

Валы дизеля вращаются в противоположных направлениях с одинаковой частотой, а поршни имеют одинаковые значения хода и скорости перемещения навстречу друг другу. Это обеспечивает работу дизеля без значительных вибраций. Блок дизеля стальной сварной конструкции разделен по горизонтали и вертикали перегородками. По горизонтали блок делится перегородками на пять отсеков: верхнего коленчатого вала, продувочного воздуха, топливных насосов и форсунок, выпускных коллекторов и нижнего коленчатого вала. По длине блок поделен на три отсека: механизма управления, втулок цилиндров, вертикальной передачи.

С 1981 по 1990 год Ворошиловградский завод изготовил 3513 двухсекционных тепловоза серии 2ТЭ10М и 639 трёхсекционных тепловоза серии 3ТЭ10М, являвшихся дальнейшей модернизацией 2ТЭ10В.Последняя буква в названии тепловоза это Ворошиловградский завод (В), Луганский (Л), У-это унифицированный, М-модернизированный, М-К это модернизированный компьютерный.

Основные отличия тепловозов серии 2ТЭ10М и 3ТЭ10М от тепловозов предыдущих серий 2ТЭ10В и 2ТЭ10Л:

-возможность управления тремя секциями тепловоза с одного пульта;-возможность переводить одну или две ведомые секции в режим холостого хода с ---выводом дизеля на обороты 8-й позиции (для более быстрой накачки воздуха --компрессором или охлаждения без нагрузки, так как обороты вентилятора холодильника напрямую зависят от оборотов дизеля);-увеличено число приборов на пульте управления. Сигнальные лампы на крайних секциях смонтированы на отдельных табло;-в цепях управления увеличено число цепочек диод-резистор (шунтирующих устройств катушек аппаратов) для исключения перенапряжения при выключении цепей;-электрическое управление отпуском тормозов;-цепей управления, управляющих адсорбционным осушением сжатого воздуха, поступающего в главные резервуары;-три розетки межсекционных соединений;-измененная конструкция штепсельных разъёмов между АКБ некоторых секций;-минусовые штепсельные разъёмы в аппаратных камерах и на пульте управления для -облегчения поиска неисправностей в схеме;-переговорное устройство между кабинами секций;-Средняя секция оборудована только пультом для маневровых работ и вспомогательным тормозом и не используется отдельно для вождения поездов, так как не имеет приборов безопасности и крана управления тормозами поезда.

Принцип работы тепловоза - фотография 43 - изображение 43

Машинисты и работники депо называли локомотивы серии ТЭ10 «червонцы», «десятки» и «фантомасы».У нас на БАМе его называют Бумер, из-за черного цвета дыма и кузова.Ну на этом пока все.Я продолжу в следующей части о этом же тепловозе только в наши дни с дизелем Д49 и современной начинкой.

Принцип работы тепловоза - фото 44 - изображение 44

современный пульт управления.

Всем спасибо и до встречи.

Спасибо, интересно!

Техника так техника! Проверкнная временем и людьми!

Здоровский пост!На фото, в-основном, попались 3-секционники, но это и не удивительно . . .

Локомотивы. Устройство и классификация электровозов и тепловозов.

Принцип работы тепловоза - изображение 45 - изображение 45

12

Локомотивом называют силовую тяговую машину, предназначенную для перемещения вагонов в рельсовой колее и выполнении всех функций по управлению движением поезда. От других видов самоходного подвижного состава железных дорог локомотивы отличаются тем, что в них не размещаются грузы или пассажиры.

В зависимости от способа получения энергии локомотивы промышленного транспорта классифицируются на следующие типы:

- электровозы (снабжаются энергией от внешних источников (электростанций) и с помощью тяговых электродвигателей передают вращающий момент собственным колесным парам;

- тяговые агрегаты (состоят из электровоза управления и присоединенных к нему самоходных вагонов, колесные пары которых получают вращающий момент от тяговых электродвигателей);

- тепловозы (в качестве источника энергии используется дизель, расположенный непосредственно в локомотиве);

- газотурбовозы (имеют энергетическую установку в виде газовой турбины);

- мотовозы (их силовыми установками являются карбюраторные или дизельные двигатели автомобильных типов);

- паровозы (оборудуются котлом с топкой для получения энергии для сжигания топлива и паровыми машинами для преобразовании этой энергии в механическую).

По роду службы различают локомотивы магистральные, обращающиеся по железным дорогам общего пользования, и промышленного транспорта, обслуживающие пути предприятий. Первые из них, в свою очередь, делятся на грузовые, маневровые и пассажирские, а вторые - на маневровые и вывозные.

Электровозом называется локомотив, у которого источником механической энергии являются электрические двигатели постоянного и переменного токов и служат для перемещения железнодорожного подвижного состава по железнодорожному пути.

По характеру выполняемой работы различают:

- карьерные электровозы и тяговые агрегаты, действующих на открытых разработках месторождений полезных ископаемых;

- маневровые промышленные электровозы, которые обеспечивают движение поездов внутри предприятий и маневрово-вывозные операции на подъездных путях;

- специальные и рудничные электровозы, работающих на узкоколейных дорогах горной, торфодобывающей и лесной промышленности, а также в шахтах и рудниках.

По принятой системе энергоснабжения существуют электровозы постоянного и переменного тока, причем первые из них могут предназначаться для различного по величине напряжения контактной сети.

По способу питания энергией электровозы бывают:

- контактные (с энергоснабжением от контактной сети);

- контактно-аккумуляторные (которые на электрофицированных участках пути питаются от контактной сети, а на неэлектрофицированных – от аккумуляторных батарей, расположенных на локомотиве);

- контактно-дизельные (оборудованные дизель-электростанцией, подающей энергию на участках, где нет контактной сети);

- контактно-кабельные (питающиеся на неэлектрофицированных участках через специальный кабель, намотанный на барабан, имеющийся на электровозе).

Конструкция ходовых частей характеризуется колесной формулой, состоящей из цифр, индексов и знаков сочленения. Цифрами (иногда заглавные буквы латинского алфавита) обозначают число осей в каждой тележке; нижний индекс «0» показывает, что оси имеют привод от тяговых двигателей; знак «+» ставится тогда, если тележки сочлененные (соединены между собой механически).

Принцип работы тепловоза - изображение 46 - изображение 46

Колесная формула электровоза (рис. 7,а) выглядит как 20 - 20, т.е. в первой тележке две моторные оси, а во второй - столько же, а между собой тележки не сочленены. Формула 20 + 20 + 20 означает: три двухосные тележки, они сочленены друг с другом, все они моторные (рис. 7,б).

По габаритам кузова различают электровозы с кузовами вагонного типа (рис. 7,а) и с пониженными (рис. 7,б). Последние оборудованы постами управления (кабинами), совмещенными в средней части кузова, что исключает переходы машинистов при изменении направлении движения.

Электровозы классифицируются также по сериям и паспортным данным.

Устройство электровозов. Основными частями электровоза являются:

- кузов;

- тележки;

- тормозное и пневматическое оборудование;

- тяговые электродвигатели;

- электрооборудование.

Кузов предназначен для размещения основного электрического, пневматического и тормозного оборудования и аппаратуры, необходимых для управления электровозами. При несочлененных тележках все тяговое усилие передается через мощную кузовную раму. На электровозах с сочлененными тележками тяговое усилие передается через рамы тележек, а кузова выполняют со сравнительно легкой кузовной рамой или совсем без рам; так что в этом случае рама тележки одновременно служит рамой кузова.

Тележки. Современные электровозы имеют по две или три двухосные тележки. Четырехосные электровозы строят как с сочлененными (EL-2), так и с несочлененными тележками (Д100М, Д94), а шестиосные – только с сочлененными тележками (21Е1, 26Е2м, EL-1).

Тележка состоит из следующих основным узлов: рамы, межтележечных соединений, ударно-тяговых приборов, рессорного подвешивания, колесных пар, букс и их подшипников.

Тяговые электродвигатели.

Каждый тяговый двигатель состоит из следующих основных частей:

- остов;

- два подшипниковых щита;

- четыре главных и четыре дополнительных полюса;

- якорь с коллектором;

- четыре щеткодержателя с кронштейнами;

- вентиляторное колесо.

Электрооборудование.

На электровозах установлена следующая аппаратура:

- токоприемник (служит для соединения высоковольтных соединительных цепей с контактным проводом; они делятся на центральные и боковые);

- быстродействующий выключатель (служит для защиты электровозов постоянного тока от перегрузок по току);

- контроллер машиниста (служит для дистанционного косвенного управления электровозом)

- групповой переключатель или главный контроллер (служит для отключения и включения пускотормозных сопротивлений на отдельных пусковых и тормозных позициях);

- реверсор (служит для переключения направления тока в якорях тяговых двигателей электровоза и тем самым для изменения направления движения);

- сопротивления пусковые и тормозные (служат для регулирования тягового тока при разгоне или электрическом торможении).

Тепловозом называется локомотив, у которого источником механической энергии является двигатель внутреннего сгорания, преимущественно дизель, и служит для перемещения железнодорожного подвижного состава по железнодорожному пути.

По своему назначению существуют тепловозы грузовые, пассажирские, маневровые и вывозные. Особенность первых из них – сравнительно большая мощность, вторых – высокая конструкционная скорость, третьих – обеспечение быстрого разгона и торможения состава, частого изменения направления движения (реверсирования), хорошего прохождения кривых участков пути.

На промышленном транспорте применяют в основном маневровые и вывозные локомотивы, реже – грузовые.

В зависимости от типа установленной передачи различают тепловозы:

- с электрической передачей (когда механическая энергия дизеля превращается в электрическую, а вращение колесных пар обеспечивается тяговыми электродвигателями);

- с гидравлической передачей (при которой мощность от дизеля на колесные пары подводится специальным устройством, в конструкции которого использованы гидроаппараты);

- с механической передачей (состоящей из муфты сцепления и коробки скоростей).

По конструкции экипажной части тепловозы делятся на тележечные и с жесткой рамой. В первом случае колесные пары расположены в тележках, во втором – объединены рамой.

Конструкция ходовых частей характеризуется колесными формулами, запись которых аналогична вышеописанной (у электровозов).

По способу передачи вращающего момента различают тепловозы с индивидуальным приводом, когда каждая колесная пара приводится во вращение независимо от остальных, и с групповым приводом, когда названный выше момент сообщается всем им сразу или нескольким.

Тепловозы классифицируются также по сериям и основным параметрам. К последним относятся мощность, конструкционная скорость, масса (сцепная), расчетная сила тяги осевая нагрузка, габаритные размеры, характеристика главного оборудования.

Устройство тепловозов. Основными частями тепловозов являются:

- дизель;

- агрегат передачи;

- вспомогательное оборудование;

- пульт управления;

- экипажная часть.

Дизель. Дизелем называется двигатель внутреннего сгорания, в котором воспламенение осуществляется посредством высокой температуры, вызванной сжатием смеси из воздуха и тяжелого жидкого топлива, которое впрыскивается в рабочий цилиндр под давлением при помощи форсунок.

Дизель служит для преобразования химической энергии топлива в механическую энергию движения.

Агрегат передачи предназначен для передачи энергии вращения вала дизеля колесным парам локомотива.

На промышленном транспорте эксплуатируются тепловозы с электрической и гидромеханической передачами.

Наибольшую часть тепловозного парка составляют тепловозы с гидравлической передачей.

Вспомогательное оборудование служит для дистанционного или автоматического управления агрегатами тепловоза, контроля за работой агрегатов и защиты от ненормальных режимов работы.

Вспомогательное оборудование тепловозов состоит:

- холодильник, предназначенный для охлаждения водяной системы тепловоза;

- водяная система, служащая для охлаждения дизеля;

- масляная система, предназначенная для смазки трущихся деталей в элементах и узлах дизеля, а также его вспомогательных агрегатах;

- топливная система, служащая для подачи топлива в дизель;

- воздушная система служит для приведения в действие автоматических тормозов локомотива и подачи песка под колеса локомотива при буксировании;

- компрессор-агрегат для выработки сжатого воздуха, направляемого в воздушную систему локомотива;

- электрическое оборудование, служащее для управления тепловозом, контроля и автоматического регулирования работы узлов агрегатов и систем локомотива, его освещения.

Пульт управления предназначен для управления локомотивом машинистом и включает в себя устройства управления, контрольно-измерительную аппаратуру и другое оборудование.

Экипажная часть состоит из главной рамы, кузова и двух трехосных взаимосвязанных тележек.

Недостаток тепловозов – загрязнение окружающей среды.

Достоинство – для работы тепловоза не требуются сооружения дорогостоящей контактной сети, что позволяет эксплуатировать тепловозы в труднодоступных местах.

12

Заметки о железнодорожном транспорте: Эволюция тепловозов в СССР и России

Принцип работы тепловоза - изображение 47 - изображение 47

Заметки о железнодорожном транспорте: Эволюция тепловозов в СССР и России

Принцип работы тепловоза - фото 48 - изображение 48

yelkz

20 апреля, 2018

Принцип работы тепловоза - изображение 49 - изображение 49

Коль скоро рассказал об электрификации СССР, родах токов и эволюции электровозов не лишним будет и в тепловозах разобраться. Ведь надо понимать, что когда в 1956-м году в СССР по сути провозгласили конец эпохи паровозов, на замену им начали внедряться именно тепловозы: электрификация процесс всё-таки долгий, водить составы нужно было сразу. Ну и коль скоро провозгласили переход к новым типам подвижного состава, логично что база для замены уже была очень обширная и формировалась она не один десяток лет.

Итак, что же такое тепловоз. Это автономный локомотив c двигателем внутреннего сгорания (чаще всего дизельным), энергия которого через силовую передачу (электрическую, гидравлическую, механическую) передаётся на колёсные пары. По сути дела можно сказать, что имеется некий генератор, который вырабатывает энергию, которая передаваясь каким-то образом (чаще всего обычная электрическая передача) уже поступает на тяговые электродвигатели, сопряженные с колёсными парами. В этом плане тепловозы и электровозы очень похожи: и у тех и других ТЭД-ы сопряжены с колёсными парами, просто энергию для их питания они берут из разных источников. Электровозы из контактной сети (дальше преобразовывая тем или иным образом), а тепловозы от непосредственного сжигания топлива.

Принцип работы тепловоза - фото 50 - изображение 50

ЩЭЛ1 - советский магистральный тепловоз

И вот тут интересный момент. Хотя эксперименты с ТЭД-ами и их внедрение началось в конце XIX-го века, в начале XX-го уже где-то активно велась электрификация железных дорог с внедрением соответствующей техники - родиной магистрального тепловозостроения является СССР. Начало отечественного тепловозостроения было положено 4 января 1922 года постановлением СТО РСФСР, инициатором которого был В. И. Ленин. Рассматривались разные проекты и схемы, в итоге. Строительство тепловозов с электрической передачей осуществлялось: на заводах Ленинграда (ЮЭ№ 002, позднее обозначался ГЭ1, Щ — ЭЛ1 и ЩЭЛ1) по проекту профессора Я. М. Гаккеля и в Германии (ЮЭ№ 001, позднее Э — ЭЛ2 и ЭЭЛ2) по проекту профессора Ю. В. Ломоносова. Тепловоз с механической передачей (ЭМХт3) построен по проекту Ломоносова, Мейнеке, Шверта и Добровольского в 1923—1926 годах на немецком заводе Гогенцоллерн и прибыл в СССР в 1927 году. Тепловоз по проекту Шелеста с дизелем в качестве генератора газов должен был быть построен в Великобритании, но этому помешала состояться политическая обстановка:

Принцип работы тепловоза - изображение 51 - изображение 51

ЩЭЛ1 - советский магистральный тепловоз

Таким образом, первыми в мире магистральными тепловозами стали советские ЩЭЛ1 системы инженера Гаккеля и ЭЭЛ2 системы инженера Ломоносова, оба имели электрическую передачу, были построены в 1924 году и совершили свои первые поездки по заводским путям: ЩЭЛ1 5 августа, а ЭЭЛ2 6 ноября 1924 года, для последнего на заводской территории был специально проложен путь с колеей 1524 мм. Это были первые в мире мощные магистральные тепловозы, пригодные к практической эксплуатации. Оба они использовались в поездной работе, причем, ЭЭЛ2 был отстранен от эксплуатации по моральному устареванию в 1954 году (ЩЭЛ1 к слову после 1934-го использовался уже как передвижная электростанция):

Принцип работы тепловоза - изображение 52 - изображение 52

ЮЭ (он же в дальнейшем ЭЭЛ2) - один из первых магистральных тепловоз, давших начало целой серии

Между тем эксперименты в тепловозами в СССР продолжались, в 1934-м году был построен локомотив ВМ (Вячеслав Молотов) — первый советский двухсекционный тепловоз. Был создан в единственном экземпляре, получив обозначение ВМ20, где 20 - округлённое значение нагрузки на ведущую ось. Был построен по заданию ОГПУ, согласно которому требовался тепловоз, обеспечивающий «предельное использование современного состояния пути, а также винтовой стяжки» (из постановления Комитета реконструкции железнодорожного транспорта). По мощности и силе тяги должен был быть эквивалентен паровозу серии ФД, а каждая его секция — тепловозу серии ЭЭЛ. Однако из-за спешки в производстве на нём были применены серийные тяговые электро­двига­те­ли, которые были недостаточно мощными, вследствие чего тепловоз так и не смог удвоить веса поездов на тепловозных линиях:

Принцип работы тепловоза - изображение 53 - изображение 53

ВМ20 - первый советский двухсекционный тепловоз

Помимо магистрального движения проводились опыты внедрения тепловозов на маневровых работах. В 1933-м году на Калужском машиностроительном заводе был построен локомотив АА (Андрей Андреев) — опытный маневровый тепловоз. На нём кстати в противовес магистральным для привода использовалась механическая передача. Тепловоз совершил всего несколько опытных поездок, в ходе которых обнаружился ряд дефектов двигателя. По этой причине тепловоз АА так и не поступил в эксплуатацию, однако наработки заложили основу для дальнейшего развития маневровых тепловозов:

Принцип работы тепловоза - фотография 54 - изображение 54

АА - опытный советский маневровый тепловоз

В целях перевода советских железных дорог на тепловозную тягу, по результатам эксплуатации первых тепловозов было решено положить в основу серии локомотивов построенный в конце 1924 года по заказу Российской железнодорожной миссии в Германии образец ЭЭЛ2 равный по мощности паровозу Э и имевший электрическую передачу постоянного тока. Так в 1932-м году появился Тепловоз ЭЭЛ — первый советский серийный грузовой тепловоз с электропередачей постоянного тока с регулированием по каскадной схеме Варда Леонардо в модификации швейцарского инженера-электротехника Бовери. До снятия с производства было построено, включая опытные образцы, 46 тепловозов серии ЭЭЛ. В процессе эксплуатации был выявлен ряд технических недостатков, в связи с чем конструкция элементов тепловоза постоянно дорабатывалась. Окончательно постройка тепловозов ЭЭЛ на Коломенском заводе была остановлена в связи с началом Великой Отечественной войны. Но в целом, несмотря на несовершенство системы эксплуатация тепловозов показала высокую эффективность их применения по сравнению с паровозами:

Принцип работы тепловоза - фотография 55 - изображение 55

ЭЭЛ — первый советский серийный тепловоз

Следующим импульсом для развития тепловозов в СССР стали зарубежные поставки по ленд-лизу. В 1943 году НКПС Советского Союза поставил вопрос о заказе в США серии тепловозов для советских железных дорог. Для этих целей американская фирма American Locomotive Company (АЛКО) спроектировала тепловоз RSD-1 (шестиосная версия тепловоза RS-1). В СССР им присвоили обозначение ДА (дизельный локомотив компании АЛКО, изначально ДА20) и в 1945-м году они начали вводиться в эксплуатацию. Всего было поставлено 68 таких локомотивов (планировалось 70 - но два потонули при транспортировке). Тепловозы эксплуатировались около 40 лет. Наибольшее количество тепловозов серии ДА было исключено из инвентаря железных дорог СССР в 80-х годах:

Принцип работы тепловоза - фото 56 - изображение 56

Тепловоз ДА20, поставлявшийся в СССР из США по ленд-лизу

В 1947 году на Харьковском заводе транспортного машиностроения (ХЗТМ) был построен первый тепловоз серии ТЭ1. Его прототипом послужил американский тепловоз серии ДА. С этого момента начинается новая страница тепловозостроения в СССР. Кстати в отличие от других типов железнодорожного транспорта у тепловозов система обозначения была унифицированной, поэтому уже по одному названию можно было многое сказать о локомотиве:Т — тепловозЭ — электрическая передачаГ — гидравлическая передачаП — пассажирскийМ — маневровыйСтоящая впереди цифра обозначает количество секций (например, 2ТЭ116 — тепловоз из двух секций; 4ТЭ10С — из четырёх секций). Отсутствие впереди цифры чаще всего указывает на тепловоз из одной секции. В наименованиях большинства магистральных тепловозов по номеру серии можно определить и завод-изготовитель:

От 1 до 49 — Харьковский завод транспортного машиностроения,От 50 до 99 — Коломенский тепловозостроительный завод,От 100 и выше — Луганский тепловозостроительный завод

Исключением из этого правила служит серия тепловозов М62 (о которых я делал даже отдельный пост):

Принцип работы тепловоза - фотография 57 - изображение 57

ТЭ1 - первый послевоенный серийный тепловоз, за основу которого взят американский ДА

И ещё один интересный момент. Сами формы локомотивов. Первые советские магистральные магистральные тепловозы (ТЭ1 и и попытка его доработки ТЭ5) являясь копией американцев унаследовали их компановку. Эта компоновка потом нашла применение в маневровых локомотивах. В то время как первые крупное серийные ВМЭ1 и ЧМЭ2 несколько отличались по виду, то более поздние ЧМЭ3 и ТЭМ2 уже внешне копии ТЭ1:

Принцип работы тепловоза - фотография 58 - изображение 58

Тепловоз ТЭ5 - дальнейшие попытки доработать ТЭ1

Принцип работы тепловоза - фото 59 - изображение 59

ВМЭ 1 — венгерский маневровый тепловоз с электрической передачей, тип 1, производство завода завод МАВАГ (Ganz MÁVAG)

Принцип работы тепловоза - изображение 60 - изображение 60

ЧМЭ2 — это чехословацкий маневровый тепловоз с электрической передачей, тип 2 (тип 1 не было - 1 - это ВМЭ1)

Принцип работы тепловоза - фотография 61 - изображение 61

ТЭМ2 — тепловоз маневровый, с электрической передачей, тип 2. Постройки Брянского машиностроительного завода

Принцип работы тепловоза - фотография 62 - изображение 62

Тепловоз ЧМЭ3 — чехословацкий маневровый тепловоз, одна из наиболее распространённых серий маневровых локомотивов

Впрочем дальнейшая эволюция тепловозов в СССР пошла несколько по другому пути. Помимо ДА в СССР по ленд-лизу была поставлены ещё 30 тепловозов, получивших наименование ДБ (дизельный локомотив завода Балдвин; заводское обозначение — 0-6-6-0 1000/1 DE). Несмотря на одинаковый литер серии с тепловозом ДА, не имел с ним практически ничего общего, и, по мнению многих авторитетных конструкторов, ему следовало бы дать обозначение серии другим литером. В отличие от ДА имевшего кузов капотного типа, у тепловоза ДБ кабина машиниста была расположена на конце полуобтекаемого кузова, что позволяло значительно улучшить обзор пути, но требовало разворота локомотива на конечных станциях. Основная рама тепловоза представляла собой весьма сложную отливку, которая однако была удобна для установки различного оборудования (в том числе дизеля, автосцепки и буферов). Слабым местом этих тепловозов был дизель, отличавшийся низкой прочностью элементов конструкции:

Принцип работы тепловоза - фото 63 - изображение 63

Тепловоз ДБ, поставлявшийся в СССР из США по ленд-лизу

А уже в 1948-м году появился ТЭ2 (тепловоз с электрической передачей, 2-я модель) - первый советский крупносерийный тепловоз (выпущено более тысячи секций) и первый серийный двухсекционный локомотивом с двумя кабинами без площадок в вагонных кузовах на несущих рамах, опирающихся на идентичные тележки — компоновка, унаследованная последующими поколениями советских магистральных локомотивов. По многим агрегатам унифицирован с выпускавшимся ранее тепловозом ТЭ1, но скомпонован принципиально по-иному. Так например здесь была решена проблема ДБ - за счёт двух секция с кабинами по концам уже не требовался разворот. Тепловоз ТЭ2, имея мощность в 2 раза бо́льшую, чем тепловоз ТЭ1, был на 74 тонны легче и на 9,9 метра короче двух сцепленных тепловозов ТЭ1, отличаясь компоновкой (вагонная с несущей рамой вместо капотной), конструкцией экипажной части, наличием групп из двух постоянно соединённых последовательно тяговых электродвигателей, усовершенствованными силовыми цепями и управлением вспомогательным оборудованием, более мощным, но менее габаритным холодильником. Тепловозы серии ТЭ2 имели силу тяги длительного режима 22 тс при скорости длительного режима 17 км/ч.

Принцип работы тепловоза - фото 64 - изображение 64

ТЭ2 - советский магистральный тепловоз

Следующим этапом развития тепловозостроения в СССР стали создание и освоение в серийном производстве двухсекционного тепловоза ТЭ3. Опытная секция серии ТЭ3 была построен на ХЗТМ в 1953 г., а в 1956 (после XX-го съезда ЦК КПСС) развернуто его крупносерийное производство. Создание этого локомотива, построенного на той же компоновочной основе, что и ТЭ2, но более мощного, стало значительным шагом вперёд и обеспечило прорыв в разитии тепловозной тяги в СССР. По мощности ТЭ3 превосходил самые мощные паровозы того времени (4000 л. с. против 3100 у ФД в форсированном режиме, 2600 л. с. у ЛВ, 3070 л. с. у П36 — самого совершенного послевоенного пассажирского паровоза), а по силе тяги значительно их превосходил, при этом ТЭ3 развивал с поездами существенно большие скорости. На магистралях ТЭ3 оставался основным тепловозом до середины-конца 70х годов XX века, на малодеятельных линиях широко использовался до конца 80х годов. Конструкция ТЭ3 была настолько удачной, что в середине 80х годов ставился вопрос о возобновлении его серийного выпуска:

Принцип работы тепловоза - фотография 65 - изображение 65

ТЭ3 - советский магистральный тепловоз

Тут надо сделать важное уточнение про типы передачи у локомотивов. Подавляющее большинство тепловозов использует электрическую передачу (можно понять по буковке "Э" в название), однако встречатся и гидравлическая передача.

Принцип работы тепловоза - изображение 66 - изображение 66

ТГ102 — грузо-пассажирский двухсекционный тепловоз с гидропередачей

Гидравлическая (гидродинамическая) передача включает гидроредуктор и механическую передачу на колёсные пары. В гидроредукторе крутящий момент преобразуется с помощью гидромуфт и гидротрансформаторов. В общем виде гидроредуктор представляет собою комбинацию нескольких гидротрансформаторов и/или гидромуфт, реверс-редуктора и одной или нескольких шестеренчатых передач. Гидромуфта состоит из насосного колеса, вращаемого двигателем, и турбинного колеса, с которого снимается мощность. Насосное и турбинное колеса находятся на минимальном расстоянии друг от друга в герметической торообразной полости, заполненной жидкостью (маслом), передающей энергию вращения насосного колеса турбинному. В отличие от гидромуфты гидротрансформатор имеет промежуточное — реакторное колесо, изменяющее направление и силу потока масла на турбинном колесе. Регулировка передаваемого крутящего момента в гидромуфте осуществляется изменением количества и давления рабочей жидкости (масла) на лопатках насосного и турбинного колеса, переключение же гидротрансформаторов осуществляется опустошением отключаемого и заполнением включаемого маслом. Для повышения КПД передачи используются самоблокирующиеся обгонные муфты, пакеты фрикционов, на определённых режимах замыкающие элементы передачи.

Принцип работы тепловоза - фотография 67 - изображение 67

ТГМ1 - советский маневровый тепловоз с гидропередачей

Гидравлическая передача легче электрической, не требует расхода цветных металлов, менее опасна в эксплуатации. Однако гидропередача — прецизионный агрегат, требующий высокой квалификации и технической культуры обслуживающего персонала, а также высокого качества масел; ввиду несоблюдения указанных «условностей» и недоведённости конструкции эксплуатация тепловозов ТГ в СССР не была успешной. В СССР и в России гидропередача применяется главным образом на маневровых тепловозах (ТГМ), а также на магистральных тепловозах малых серий (ТГ102 — самая многочисленная нормальной колеи; ТГ16, ТГ22 — узкоколейные для Сахалинской ЖД)

Принцип работы тепловоза - изображение 68 - изображение 68

ТГМ3 - советский маневровый тепловоз с гидропередачей

Ну и разумеется стоит упомянуть про механическую передачу (таковая применяется например в автомобилях). В 20-е годы параллельно электрической передачей на заводах Гогенцоллерн, Крупп и Магнет верке создавался первый в мире мощный тепловоз с механической передачей, вначале называвшийся Юм005 и позже переименованный в ЭМХ3. Этот тепловоз вначале проектировался как тепловоз с гидростатической передачей конструкции Ф. Х. Мейнеке, однако технический уровень того времени не позволил воплотить передачу на практике. В итоге тепловоз получил трехступенчатую механическую коробку передач, изменявшую крутящий момент и ту же систему передачи на колесные пары с отбойным валом, что планировалась для работы с гидропередачей Мейнеке. Переключение передач в коробке осуществлялось электромагнитными муфтами под контролем специального прибора, показывавшего разницу оборотов ведущего и ведомого валов. Между дизелем и МКПП находились главная электромагнитная муфта, обеспечивавшая некоторое проскальзывание при включении и плавность соединения дизеля с передачей, и пара конических шестерен. Несмотря на принятые меры, переключение передач все-таки сопровождалось рывками, ломавшими зубья у конических шестерен и приводившими к разрыву поезда. Не спасло положение искусственное понижение мощности дизеля — такого же, как на ЭЭЛ, только с реверсом. ЭМХ3 стал единственным в мире мощным магистральным тепловозом с механической передачей, работавшим с поездами. Он же имел наивысший КПД — 30-31 %. На ЭМХ3 был достигнут физический предел возможностей механической трансмиссии, впоследствии даже автомобили с мощностью двигателя более 500—600 л. с. снабжались и снабжаются либо гидропередачей, либо электропередачей («Катерпиллер», «Юнит Риг», «БелАЗ»):

Принцип работы тепловоза - изображение 69 - изображение 69

ЭМХ3 единственный в мире мощным магистральным тепловозом с механической передачей

И ещё одно разделение. Помимо грузовых составов тепловозная тяга начала внедряться для пассажирских перевозок. В 1955 году было принято решение о проектировании пассажирского тепловоза на базе грузового ТЭ3. В проект ТЭ3 был внесён ряд изменений и в конце 1956 Харьковский завод транспортного машиностроения изготовил первый двухсекционный тепловоз серии — ТЭ7-001. От ТЭ3 тепловоз отличался передаточным числом тягового редуктора (66:26 вместо 75:17), а от первых серий и конструкцией кабины машиниста. Кабина стала более высокой, светлой и менее звукопроницаемой. Впоследствии она стала использоваться на всех выпускаемых ТЭ3. Изменение передаточного числа позволило увеличить скорость длительного режима с 20 до 25 км/ч при одновременном уменьшении силы тяги. Изначально проектная скорость была определена на уровне 140 км/ч, однако по результатам эксплуатации с целью ограничения воздействия на путь ограничена 100 км/ч:

Принцип работы тепловоза - фото 70 - изображение 70

Тепловоз ТЭ7 — первый советский пассажирский тепловоз

Следующим этапом стало появление семейства локомотивов ТЭ10 (как односекционных, так и двух-, трёх- и даже четырёхсекционных модификаций). Собственно это семейство, идущее на смену ТЭ3 на долгие годы заложило стандарты тепловозостроения в СССР (локомотивы этого семейства непрерывно модифицировались, однако общий выпуск продолжался почти 50 лет - с 1958 по 2007 годы):

Принцип работы тепловоза - изображение 71 - изображение 71

2ТЭ10Л - модификация 2ТЭ10, выпускавшаяся Луганским машиностроительным заоводом с 1961-го года

А в 1960-м году стало окончательное выделение пассажирских тепловозов в отдельное семейство. Первым таким локомотивом стал ТЭП10 "Стрела" (изначально обозначались ТЭ11 - под этой серией выпущены первые два тепловоза). В дальнейшем все пассажирские тепловозы также получали буковку "П" в названии:

Принцип работы тепловоза - изображение 72 - изображение 72

ТЭП10 — тепловоз с электрической передачей пассажирский. Именное обозначение — «Стрела»

Принцип работы тепловоза - изображение 73 - изображение 73

ТЭП60 (тепловоз с электрической передачей, пассажирский, 60-я серия) — пассажирский шестиосный тепловоз

Что же касается семейство ТЭ10, то в дальнейшем вместо округлой кабины, как у ТЭ2/ТЭ3 они стали компоноваться квадратной кабиной - именно в таком виде они и встречаются поныне:

Принцип работы тепловоза - изображение 74 - изображение 74

Тепловоз 2ТЭ10У

Кстати помимо флагмана локомотивостроения в СССР - Харьковского завода ХЗТМ к производству подвижного состава подключился Ворошиловградский (Луганский) тепловозостроительный завод. Он производил локомотивы серии ТЭ3 и ТЭ10, а в 1971-м уже начал делать собственную разработку - семейство тепловозов 2ТЭ116:

Принцип работы тепловоза - фото 75 - изображение 75

Тепловоз 2ТЭ116

Кстати они же производили экспортные М62 (которые впрочем успешно применялись в и Советском Союзе):

Принцип работы тепловоза - изображение 76 - изображение 76

Тепловоз М62

Собственно в таком виде тепловозы и просуществовали в СССР, то есть конечно строились какие-то небольшие опытные экспериментальные образцы и даже партии, но в целом на грузовых линиях постепенно выводящиеся ТЭ3 и идущие на замену ТЭ10/ТЭ116, на пассажирских ТЭП60 и разработанные в 1975-м году ТЭП70 - вот основной костяк тепловозного транспорта позднего СССР:

Принцип работы тепловоза - изображение 77 - изображение 77

Тепловоз 2ТЭ121 — магистральный грузовой тепловоз с секционной мощностью в 4000 л.с.

Принцип работы тепловоза - фотография 78 - изображение 78

ТЭП80 — опытный пассажирский тепловоз производства Коломенском тепловозостроительном заводе. Локомотив является мировым рекордсменом по скорости среди пассажирских тепловозов (271 км/ч)

Да и собственно современная Россия отличается пока не сильно. Пассажирские перевозки - это всё те же ТЭП70 (а также модель ТЭП70БС - глубокая модификация 2002-го года):

Принцип работы тепловоза - фотография 79 - изображение 79

Пассажирский тепловоз ТЭП70БС

В плане грузовых перевозок в Луганский завод для России начал выпускать модификацию 2ТЭ116У (идущей на замену устаревшим 2ТЭ116), однако в 2014-м году выпуск этой серии окончательно прекратился:

Принцип работы тепловоза - фото 80 - изображение 80

Грузовой тепловоз 2ТЭ116У

Сейчас отечественным флагманом грузового тепловозостроения является 2ТЭ25КМ - если разобраться не так сильно отличающаяся от 2ТЭ116У модель, у которой впрочем в процессе эксплуатации были выявлены и устранены все недостатки и сейчас идёт внедрение именно этой серии. Ну а в перспективе всё-таки хотелось бы, чтоб пошло внедрение тепловозов нового поколения - 2ТЭ25А, которые используются асинхронные тяговые электродвигатели (вместо более старых коллекторных) - но пока что в силу сложного изготовления таких ТЭД-ов - это всего лишь небольшая серия:

Принцип работы тепловоза - фото 81 - изображение 81

Грузовой тепловоз 2ТЭ25КМ

И ещё пару слов о топливе. Все тепловозы в качестве топлива используют дизельное топливо. Однако в данное время ведутся наработке по использованию в качестве топлива сжиженного природного газа. На маневровых работах таким проектом стал ТЭМ19 (Тепловоз с Электрической передачей, Маневровый, 19-й тип) — шестиосный маневровый тепловоз с газопоршневым двигателем, главной особенностью которого является двигатель, работающий на СПГ:

Принцип работы тепловоза - фотография 82 - изображение 82

Маневровый тепловоз ТЭМ19 с газопоршневым двигателем

В плане магистральных локомотивов всё ещё интереснее. Газотурбовоз ГТ1 (позднее ГТ1h) — российский опытный тепловоз с газотурбинным двигателем. На нём используется электрическая передача: газотурбинный двигатель, работающий на сжиженном природном газе, соединён с генератором переменного тока, а вырабатываемый последним ток выпрямляется и подаётся на тяговые электродвигатели, которые и приводят локомотив в движение. Пока в общем только опытные образцы (которые впрочем уже поступили в опытную коммерческую эксплуатацию), но кто знает - может это и есть один из вариантов эволюции тепловозов:

Принцип работы тепловоза - изображение 83 - изображение 83

Газотурбовоз ГТ1 (позднее ГТ1h)

P.S. Небольшое уточнение. В посте помимо моих собственных фотографий (цветные) также использовались материалы из Википедии!

Споттинг - сводный пост

Метки: споттинг

ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ ТЕПЛОВОЗОВ

Принцип работы тепловоза - фото 84 - изображение 84

Устройство тепловоза

Движение поездов на железнодорожном транспорте осуществляется с помощью тягового подвижного состава. К нему относятся локомотивы и моторвагонный подвижной состав. На локомотивах и моторных вагонах энергия, полученная от первичного источника, преобразуется в механическую энергию движения поезда. Отсюда вытекает определение локомотива.

Локомотив является тягово-энергетической установкой предназначенной для преобразования энергии первичного источника в работу по преодолению сил сопротивления движению поезда.

Локомотивы с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (дизелями) называются тепловозами. Поскольку первичный источник энергии (дизельное топливо) расположен на самом тепловозе, он является автономным локомотивом в отличие от электровоза, получающего энергию от внешнего источника – контактной сети.

К основным системам тепловоза относятся энергетическая установка, система передачи мощности, система управления, тормозная система, песочная система и экипажная часть.

Энергетическая установка тепловоза состоит из дизеля и вспомогательных систем, обеспечивающих его нормальную работу. К этим системам относятся топливная, водяная, масляная и система воздухоснабжения.

Топливная система обеспечивает питание дизеля жидким топливом. Она состоит из топливных баков, топливоподкачивающих насосов, топливных фильтров, топливоподогревателей, топливных насосов высокого давления и форсунок, распыляющих топливо в цилиндрах дизеля.

Система водяного охлаждения (водяная система) служит для отвода теплоты от дизеля и включает в себя циркуляционные водяные насосы и радиаторы, в которых тепло от воды передается атмосферному воздуху. Для более интенсивного отвода тепла от радиаторов воздух через них принудительно прогоняется специальным вентилятором.

Масляная система дизеля служит для подачи смазки масла к трущимся частям дизеля и для отвода теплоты от них. Она состоит из насосов, фильтров для очистки масла и охлаждающих устройств – радиаторов или теплообменников.

Система воздухоснабжения предназначена для подачи в дизель воздуха необходимого для сгорания топлива. Она состоит из воздухозаборников, воздухоочистителей, воздуховодов и агрегатов, обеспечивающих подачу воздуха под определенным давлением в цилиндры дизеля (нагнетатели, турбокомпрессоры).

Передача мощности приспосабливает дизель к условиям работы на локомотиве. На тепловозе с электрической передачей механическая энергия вращения коленчатого вала дизеля сообщается тяговому генератору, который преобразует ее в электрическую. Электрическая энергия от генератора через преобразовательные и управляющие устройства поступает в тяговые электрические двигатели, которые с помощью передаточных механизмов приводят во вращение колесные пары. Передача мощности включает также агрегаты, предназначенные для подачи воздуха на охлаждение тяговых двигателей и преобразовательных установок.

Тормозная система предназначена для создания регулируемых тормозных сил, а также для снабжения сжатым воздухом тормозных магистралей поезда и ряда вспомогательных устройств тепловоза.

Песочная система служит для подачи сухого песка к точкам контакта колес с рельсами, для улучшения сцепления колес локомотива с рельсами на трудных участках профиля и трогании поезда с места. Она состоит из бункеров для хранения песка, форсунок для подачи песка под колеса и устройств управления.

Экипажная часть тепловоза включает в себя главную раму с ударно-сцепными устройствами (автосцепками), кузов и ходовую часть – тележку. В мировой практике локомотивостроения тележечные экипажи получили наибольшее распространение, поскольку они позволяют снизить уровень динамических сил при взаимодействии подвижного состава с верхним строением пути, равномерно распределять вес локомотива по осям, минимизировать эффект перераспределения нагрузки при трогании с места и торможении, проходить кривые малых радиусов.

Главная рама тепловоза служит для размещения и закрепления узлов перечисленных выше систем. Она передает их вес через колеса на рельсы. Кроме того, главная рама передает продольные тяговые усилия от ведущих осей к поезду.

Кузов размещается на главной раме и защищает оборудование тепловоза от воздействия окружающей среды. Кузова тепловозов бывают двух типов капотного (маневровые тепловозы) или вагонного (магистральные тепловозы). В первом случае кузов образует машинное отделение с внутренними проходами для обслуживания дизеля и вспомогательных систем; во втором – капот накрывает оборудование тепловоза, доступ к которому снаружи обеспечивается через боковые дверцы.

Схема расположения основных узлов и систем на современном тепловозе с электрической передачей мощности приведена на рис. 2.1.

Тепловозы классифицируются по ряду следующих признаков.

По роду службы – пассажирские, универсальные, маневровые и промышленные тепловозы. Назначение тепловоза отражается на его характеристиках, кон­струкции передачи и экипажной части.

По ширине рельсовой колеи – нормальная колея (1520 мм в странах СНГ, 1435 мм в европейских странах и США); узкая колея – 600…1100 мм.

По числу секций – односекционные, двухсекционные и многосекционные.

Одной из важных характеристик тепловоза, как и любого локомотива, является его осевая характеристика. Она характеризует число, расположение и назначение осей локомотива. Для современных тепловозов осевая

Принцип работы тепловоза - фотография 85 - изображение 85

Рис. 2.1. Расположение узлов и систем на тепловозе

характеристика представляет сочетание цифр, число которых соответствует числу тележек, а каждая цифра показывает число осей в тележке. Например, шестиосный тепловоз ТЭП150 имеет осевую характеристику З0–З0, которая показывает, что у тепловоза две трехосные тележки (рис. 2.2, а). Знак «–» (тире) означает, что тележки не соединены между собой (несочлененные), а индекс «0» у цифр показывает, что каждая ось имеет индивидуальный привод. Для двухсекционного тепловоза 2ТЭ116 (рис. 2.2, 6), у которого секции сцеплены между собой, осевая характеристика выглядит как 2(30–З0) [ ].

 
 

Принцип работы тепловоза - фото 86 - изображение 86

Рис. 2.2. Осевые характеристики тепловозов: а) ТЭП150; б) 2ТЭ116.

Обозначения типов тепловозов состоят из сочетания заглавных букв и цифр. Обозначение начинается с буквы Т – тепловоз. Вторая буква указывает на тип передачи: Э – электрическая, Г – гидравлическая. Третья буква указывает на род службы: П – пассажирский, М – маневровый. В обозначении грузовых тепловозов третья буква отсутствует. Цифры после букв обозначают серию тепловоза. По этим цифрам можно определить завод-изготовитель. Цифра перед буквенным обозначением указывает на число секций. Так, например: ТЭП150 – тепловоз с электрической передачей пассажирский, построен ХК “Лугансктепловоз”.

Энергетическая установка

Энергетическая установка тепловоза – дизель, преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию вращения коленчатого вала.

Дизель (рис. 2.3) состоит из неподвижного блока цилиндров, составляющего вместе с картером и поддоном единую конструкцию называемую остовом. В верхней части цилиндр закрыт крышкой. В крышке расположены впускные и выпускные клапаны и форсунка для подачи дизельного топлива. Движущиеся детали дизеля поршень, шатун, кривошип и вал объединены с помощью подшипников и составляют кривошипно-шатунный механизм. При работе дизеля поршень совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра, которое с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

Принцип действия дизельного двигателя заключается в следующем. При сгорании топлива в объеме сжатого воздуха между стенками цилиндра и днищем поршня образуются газы – продукты сгорания. Вследствие этого давление в цилиндре резко возрастает, что приводит к перемещению поршня. Таким образом, тепловая энергия продуктов сгорания преобразуется в механическую энергию движения поршня. После расширения отработавшие газы выпускаются из цилиндра через выпускной клапан. Поршень в цилиндре перемещается между двумя крайними положениями. Положение поршня при максимальном удалении от коленчатого вала называется верхней мертвой точкой (ВМТ). Наиболее близкое к коленчатому валу положение поршня называется нижней мертвой точкой (НМТ). Объем между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой образует рабочий объем цилиндра.

Принцип работы тепловоза - изображение 87 - изображение 87

Рис. 2.3. Схемы дизельных двигателей: а) четырехтактного; б) двухтактного

Периодически повторяющаяся в цилиндре последовательность частей рабочего процесса (заполнение свежим зарядом, сжатие, горение, расширение и удаление продуктов горения) называется рабочим циклом двигателя. Часть цикла, протекающая между двумя смежными положениями поршня в мертвых точках, называется тактом. Один такт происходит за один ход поршня. По числу тактов рабочего цикла различают четырехтактные и двухтактные дизели.

В четырехтактном двигателе (рис. 2.3, а), цикл протекает за четыре хода поршня. При движении поршня вниз от в.м.т. и открытом впускном клапане цилиндр заполняется воздухом. Далее воздух сжимается движущимся вверх поршнем при закрытых клапанах (II такт – сжатие). В конце такта сжатии форсункой впрыскивается топливо, которое воспламеняется от высокой температуры воздуха. Поршень под воздействием давления расширяющихся газов движется вниз (III такт – рабочий ход). Поршень движется вверх при открытом выпускном клапане, выталкивая отработавшие газы из цилиндра (IV такт – выпуск). Таким образом, рабочий процесс четырехтактного двигателя протекает за четыре такта или два оборота коленчатого вала.

В двухтактном двигателе (рис. 2.3, б) рабочий процесс протекает несколько иначе. Устройство двухтактного двигателя отличается тем, что в крышке цилиндра есть только выпускные клапаны, а в стенках цилиндра впускные окна через которые в цилиндр поступает воздух. Эти окна открываются поршнем при его движении в цилиндре. При движении поршня вверх из нижней мертвой точки воздух с избыточным давлением от нагнетателя поступает через окна в цилиндр. В процессе движения поршня давление и температура воздуха в цилиндре растут (I такт). В конце первого такта в цилиндр форсункой впрыскивается топливо, которое вследствие высокой температуры воздуха самовоспламеняется и сгорает. При этом давление газов в цилиндре резко повышается. Под давлением газов поршень из верхней мертвой точки перемещается в нижнюю, совершая полезную работу (II такт – рабочий). В конце рабочего такта сначала открываются выпускные клапаны, и отработавшие газы выходят из цилиндра в выпускной коллектор. Давление их в цилиндре падает. При дальнейшем движении вниз поршень открывает продувочные окна, свежий воздух начинает поступать в цилиндр, вытесняя остатки отработавших газов. Происходит продувка и наполнение цилиндра воздухом. Таким образом, рабочий процесс в двухтактном двигателе протекает за два такта или один оборот коленчатого вала.

Согласно стандарту каждый двигатель характеризуется условным обозначением, включающим в себя число цилиндров; буквы характеризующие тип двигателя (Ч – четырехтактный, Д – двухтактный, Н – с наддувом); численные значения диаметра цилиндра и хода поршня (в сантиметрах в виде дроби). Кроме того, заводы изготовители присваивают дизелям свои условные обозначения. Так, например дизель, использующийся в настоящее время на тепловозах 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭП150 имеет заводское обозначение 5Д49. По стандарту он обозначается 16ЧН26/26. Соответственно этот дизель имеет 16 цилиндров, является четырехтактным, имеет наддув, диметр цилиндра и ход поршня составляют 26см (260 мм).

Касательная (на ободе колес) мощность Nk тепловоза всегда меньше чем эффективной мощности Ne дизеля локомотива. Это обусловлено отбором мощности на привод вспомогательных агрегатов и наличием потерь в системах тепловоза. В силу наличия жестких ограничений на массогабаритные параметры тепловозов, мощность энергетической установки (дизеля) ограничена по величине. Соответствующие ограничения имеет и поле тяговых характеристик тепловоза.

Как известно, касательная (на ободе колес) мощность Nk тепловоза всегда меньше (на 20−30 %) эффективной мощности Ne дизеля этого локомотива. По целому ряду причин, например, из-за ограничения весогабаритных параметров тепловозов, мощность его силовой установки (дизель-генератора) ограничена по величине. Соответствующие ограничения имеет поле тяговых характеристик тепловоза.

В связи с тем, что тепловозные дизеля работают в эксплуатации на переменных режимах по мощности от номинальной (полной) до холостого хода, касательная мощность Nk является также переменной величиной, зависящей, в основном, от режимов работы дизеля.

В реальной эксплуатации управлять работой силовой установки и тепловоза в целом можно, изменяя конкретные параметры и характеристики тепловозного дизеля. Характеристиками дизеля называют зависимости между различными параметрами на заданных режимах его работы.

Основной характеристикой тепловозного дизеля является эффективная (на коленчатом вале дизеля) мощность Ne, которая может быть рассчитана по следующей зависимости, кВт:

Принцип работы тепловоза - фото 88 - изображение 88

; (2.1)

где 100/3 − коэффициент, зависящий от единиц измерения; pe − эффективное давление, МПа; τ − тактность дизеля; ne − частота вращения вала дизеля, мин -1; z − число цилиндров; Vh − рабочий объем цилиндра тепловозного дизеля, м3:

Принцип работы тепловоза - фото 89 - изображение 89

;

где D − диаметр цилиндра, м; S − ход поршня, м.

Из формулы (2.1) следует, что в реальной эксплуатации машинист имеет возможность управлять работой дизеля, изменяя лишь два параметра: частоту вращения коленчатого вала дизеля ne и среднее эффективное давление pe. Следовательно, формулу (2.1) можно значительно упростить:

Принцип работы тепловоза - изображение 90 - изображение 90

; (2.2)

где С1 − коэффициент, учитывающий влияние постоянных параметров на эффективную мощность дизеля, который определяется как:

Принцип работы тепловоза - фото 91 - изображение 91

.

Рассмотрим основные свойства тепловозного дизеля, влияющие на тяговые свойства автономного локомотива.

Свойство 1. Эффективную мощность тепловозного дизеля можно регулировать изменениями двух основных параметров: частоты вращения коленчатого вала дизеля ne и среднего эффективного давления pe.

Величина среднего эффективного давления pe в основном зависит от удельного эффективного расхода топлива в цилиндре ge при обеспечении заданного давления надувочного воздуха. При постоянном положении рейки топливных насосов дизеля, величина удельного эффективного расхода топлива ge не изменяется, т.е. ge=const. В этом случае (при ge=const) среднее эффективное давление является постоянной величиной, т.е. pe= const.

Выражение (2.2) преобразуется в уравнение прямой линии, которая проходит через начало координат, кВт:

Принцип работы тепловоза - фотография 92 - изображение 92

; (2.3)

где С2 − постоянный коэффициент,

Принцип работы тепловоза - фотография 93 - изображение 93

.

Таким образом, при постоянной подаче топлива эффективная мощность дизеля прямо пропорциональна частоте вращения коленчатого вала ne.

На рис. 2.4 приведены теоретические характеристики изменения эффективной мощности тепловозного дизеля Ne от частоты вращения коленчатого вала ne для трех значений удельного эффективного расхода топлива ge1, ge2, ge3 (показаны штриховыми линиями).

В реальных тепловозных дизелях характер изменения эффективной мощности

Принцип работы тепловоза - изображение 94 - изображение 94

при ge=const отличается от теоретического. Разница реальных и теоретических характеристик показана на рис. 2.4 в виде заштрихованной площади.

Принцип работы тепловоза - изображение 95 - изображение 95

Рис. 2.4. Теоретические и опытные характеристики

тепловозного двигателя при ре1, ре2, ре3

Свойство 2. Тепловозный дизель устойчиво работает в ограниченном диапазоне изменения частоты вращения коленчатого вала от минимальных nemin до максимальных оборотов nemax (рис. 2.4).

Наименьшая частота вращения nemin примерно соответствует холостому ходу neхх дизеля. Для каждого типа тепловозного дизеля величина neхх устанавливается отдельно при приемо-сдаточных испытаниях и находится в пределах от 25 до 40% максимального (номинального) значения частоты вращения вала дизеля.

Возможность эксплуатации дизеля при ne<neхх ограничена следующими обстоятельствами: наблюдается нестабильность величины ne и снижение устойчивости работы дизеля при постоянном положении органа подачи топлива; снижается вязкость дизельного масла и повышаются потери на механическое трение; увеличиваются отложения нагара на некоторые детали дизеля и возможность попадания в зону критических резонансных частот валопровода. И главное − при уменьшении частоты вращения коленчатого вала ne<neхх ухудшаются условия для полного сгорания и надежного самовоспламенения топлива, так как при снижении скорости движения поршня уменьшаются давление и количество свежего заряда воздуха в конце такта сжатия в цилиндре дизеля.

Наибольшая частота вращения коленчатого вала дизеля nemax устанавливается по условиям прочности и долговечности конструкции, поскольку при увеличении величины ne возрастает износ деталей дизеля, работающих в условиях трения скольжения. Также при ne>nemax возрастают механические потери, а эффективный к.п.д. дизеля резко падает. В двухтактных дизелях при увеличении частоты вращения коленчатого вала более величины nemax ухудшается очистка цилиндров от продуктов сгорания, что дополнительно снижает экономичность рабочего процесса. Обычно для тепловозных дизелей наибольшая частота вращения коленчатого вала nemax совпадает с ее значением на номинальном режиме neном, то есть neном = nemax.

Номинальный режим для каждого типа дизелей устанавливается заводом-изготовителем. При этом режиме заводом гарантируется надежная работа узлов дизеля при их длительной эксплуатации. Номинальному режиму (точка А на рис. 2.4) соответствует номинальная эффективная мощность дизеля Ne и номинальная частота вращения коленчатого вала neном. Графическая зависимость эффективной мощности Ne от частоты вращения ne в диапазоне neхх− neном, проходящая через номинальный режим работы (линия А-Б на рис. 2.4) при постоянном положении органа подачи топлива, называется внешней скоростной характеристикой дизеля.

Необходимо также отметить, что в диапазоне дизель работает устойчиво не при любых ne, а при определенных фиксированных значениях, которые устанавливаются машинистом в соответствии с позицией рукоятки его контроллера. Таких фиксированных положений на тепловозе обычно бывает от 8 до 15. Каждой позиции рукоятки контроллера машиниста соответствует своя величина удельного эффективного расхода топлива. Вертикальными линиями на рис 2.4. Показаны нагрузочные характеристики дизеля, соответствующие фиксированным частотам вращения коленчатого вала neхх, ne1,…neном.

Свойство 3. Дизель не запускается под нагрузкой. В момент запуска дизеля его коленчатый вал должен быть отсоединен от колесных пар локомотива.

Свойство 4. Для пуска дизеля необходим дополнительный (посторонний) источник энергии. На тепловозах для этой цели используют электрические машины постоянного тока, получающие энергию в момент запуска от аккумуляторных батарей локомотива.

Свойство 5. Эффективный вращающий момент дизеля в рабочем диапазоне частот вращения neхх− neном изменяется незначительно. Связь между вращающим моментом Мe, эффективной мощностью Ne и частотой вращения ne коленчатого вала тепловозного дизеля можно выразить формулой, Н∙м:

Принцип работы тепловоза - фотография 96 - изображение 96

; (2.4)

где С3=974 − постоянный коэффициент.

Подставив в выражение (2.2) уравнение (2.4) получим, Н∙м:

Принцип работы тепловоза - фото 97 - изображение 97

; (2.5)

где С4=С1∙С3=974С1 − постоянный коэффициент.

При неизменном положении органа подачи топлива среднее эффективное давление ре является постоянной величиной, то есть ре=const. В соответствии с выражением (2.5) величина эффективного момента Мe при ре=const также будет постоянной, не зависящей от изменения частоты вращения коленчатого вала дизеля. На рис. 2.5 теоретическая характеристика Мe=f(ne) показана штриховой линией. Вследствие различия в теоретическом и действительном рабочих процессах, происходящих в цилиндре дизеля реальная характеристика эффективного момента в рабочем диапазоне дизеля neхх− neном будет несколько отличаться от теоретической характеристики Мe=f(ne). Разница между этими характеристиками показана на рис. 2.5 заштрихованной площадью.

Принцип работы тепловоза - изображение 98 - изображение 98

Рис. 2.5. Теоретическая и опытная зависимости вращающего момента Ме

от частоты вращения коленчатого вала дизеля пе

Зададимся вопросом, как это свойство может отразиться на тяговых возможностях локомотива? Представим, коленчатый вал дизеля с помощью механической муфты сцепления (для реализации свойства 3 дизеля) напрямую соединили с колесными парами тепловоза. При таком способе передачи эффективной мощности вращающий момент на ободе колес колесных пар локомотива Мк будет равен эффективному моменту на валу дизеля Мe, т. е. Мк=Мe. Кстати, именно таким путем шел изобретатель дизеля немецкий ученый Рудольф Дизель, который в 1912 году по заказу прусских железных дорог построил пассажирский тепловоз мощностью 880 кВт с непосредственной передачей мощности дизеля. Уже после первых опытных поездок выявилась полная непригодность этого тепловоза для работы на железных дорогах, и в 1914 году локомотив был продан на слом. В чем же главная причина неудачи Рудольфа Дизеля?

Как известно, величина силы тяги Fk, создаваемая при взаимодействии колесных пар локомотива с рельсами, зависит от Мк и диаметра колесных пар Dk, т. е. при отсутствии скольжения

Принцип работы тепловоза - фотография 99 - изображение 99

. В соответствии со свойством 4 тепловозного дизеля имеем Ме=const. В этом случае для тепловоза с непосредственной передачей имеет место равенство Мк=Ме=const. Следовательно, величина силы тяги Fk, создаваемая этим локомотивом, не будет изменяться во всем скоростном диапазоне работы тепловоза, т. е. Fk=const. На рис. 2.6 показана тяговая характеристика Fk=f(V) тепловоза с непосредственной передачей.

Чем такая тяговая характеристика не удовлетворяет тяговым свойствам локомотива?

Касательная мощность тепловоза Nk может быть определена с помощью следующего равенства, кВт:

Принцип работы тепловоза - изображение 100 - изображение 100

; (2.6)

где Fk − касательная сила тяги, Н; V − скорость движения, км/ч.

Принцип работы тепловоза - изображение 101 - изображение 101

Рис. 2.6. Тяговая характеристика тепловоза с непосредственной передачей

Как уже ранее отмечалось, для тепловоза с непосредственной передачей во время его движения значение силы тяги не будет изменяться, т. к. Fk=const. В этом случае равенство (2.6) преобразуется в уравнение прямой, проходящей через начало координат

Принцип работы тепловоза - изображение 102 - изображение 102

; где

Принцип работы тепловоза - фотография 103 - изображение 103

− постоянный коэффициент. На рис. 2.6 также показан характер изменения касательной мощности Nk=f(V) тепловоза с непосредственной передачей. Что означает такой характер изменения касательной мощности? В момент трогания и разгона тепловоза с составом при таком типе передачи касательная мощность на ободе колес отсутствует, т. е. Nk=0. нужен еще один локомотив, который предварительно разогнал бы такой поезд. А если произойдет непредвиденная остановка поезда на перегоне? Это и ряд других обстоятельств доказывают ошибочность пути, выбранного Рудольфом Дизелем при создании тепловоза с непосредственной передачей.

Если рассматривать дизель как силовую установку транспортного средства, работающего при переменных скоростях движения, то его свойство 5 является принципиальным недостатком тепловозных дизелей.

Свойство 6. Дизель не допускает перегрузок. Различия между значениями вращающего момента нагрузки на коленчатый вал дизеля и номинального эффективного момента Меном (см. рис. 2.5)не должны превышать 5%. В противном случае дизель может заглохнуть, что чревато остановкой поезда, например, при движении по расчетному подъему.

Свойство 7. Тепловозные дизели не реверсивные. Другими словами дизели могут работать при строго определенном направлении (например, по часовой стрелке) вращения коленчатого вала. В свою очередь тепловоз должен иметь возможность изменять направление своего движения. Это также серьезный недостаток тепловозных дизелей. В принципе построить реверсивный дизель не сложно, и такие конструкции применяются в качестве силовых установок морских судов. При этом заметно усложняются конструкции кулачковых валов приводов клапанов и дизеля в целом, что отрицательно сказывается на надежности среднеоборотных двигателей, применяемых на тепловозах.

Свойство 7. Экономичность дизеля в рабочем диапазоне частоты вращения коленчатого вала neхх − neном неодинакова. Обычно экономичность дизеля оценивают величинами эффективного удельного расхода топлива ge кг/(кВ∙ч), и эффективного к.п.д. дизеля. Физический смысл удельной величины ge такой − сколько килограммов топлива нужно сжечь в цилиндре дизеля, чтобы получить 1 кВт мощности в течение 1 часа. Величину ge определяют экспериментальным путем.

Эффективный к.п.д. дизеля определяют по следующей зависимости:

Принцип работы тепловоза - фото 104 - изображение 104

; (2.7)

где − низшая теплота сгорания 1 кг топлива, кДж/кг.

На рис. 2.7 приведены удельные характеристики экономичности тепловозных дизелей, ge=f(ne) и ηе=f(ne). Из рис. 2.7 видно, что наивысшая экономичность дизеля примерно соответствует номинальному режиму его работы. Современные тепловозные дизели на номинальных режимах работы имеют удельные эффективные расходы топлива geном в пределах 0,2 − 0,22 кг/(кВт∙ч) и эффективный к.п.д. ηе=0,39 − 0,43.

Принцип работы тепловоза - фото 105 - изображение 105

Рис. 2.7. Экономические характеристики тепловозного дизеля

Перечисленные свойства позволяют сделать вывод о том, что дизель как двигатель плохо приспособлен к тяговой (транспортной) службе, т. е. к эксплуатации, когда нужно в несколько раз изменять величину вращающего момента на колесных парах, при этом поддерживать заданный уровень мощности при изменении скорости движения и т. д.

Как известно, несоответствия между тяговыми свойствами тепловозного дизеля и требованиями тяговой службы устраняют применением специальных промежуточных устройств, которые называют передачей тепловоза. В зависимости от способа и средств передачи энергии от коленчатого вала дизеля к колесным парам на тепловозах практическое применение имеют три типа передач: электрическая, гидродинамическая и механическая. В рамках данного пособия рассматривается электрическая передача мощности получившая, в силу ряда преимуществ, наибольшее распространение в современном тепловозостроении.

Система передачи мощности

Структурная схема системы электрической передачи мощности тепловоза изображена на рис. 2.8.

Тяговый генератор, соединенный муфтой с коленчатым валом дизеля преобразует механическую энергию вращения коленчатого вала в электрическую энергию для питания тяговых электродвигателей. На современных тепловозах используются синхронные генераторы переменного тока.

Так как выходное напряжение генератора и его частота определяются оборотами коленчатого вала дизеля, они не могут быть непосредственно использованы для питания асинхронных тяговых двигателей. Для того чтобы использовать полную мощность дизеля во всем диапазоне скоростей движения, необходимо иметь возможность раздельно регулировать величину и частоту напряжения питания тяговых асинхронных двигателей. Для этого переменный ток выпрямляется в выпрямительной установке и через контур постоянного тока поступает на автономные инверторы, которые преобразуют выпрямленный ток в переменный ток заданной частоты.

Контур постоянного тока предназначен для уменьшения амплитуды помех, возникающих при работе выпрямителя. Кроме того, в цепи контура постоянного тока устанавливаются резисторы реостатного торможения.

Автономный инвертор предназначен для преобразования постоянного напряжения контура постоянного тока в трехфазное напряжение регулируемой частоты. Основным силовым элементом инвертора является мост, собранный на управляемых тиристорах или транзисторах.

Асинхронный тяговый двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения ротора. При торможении тяговые двигатели работают в генераторном режиме и отдают энергию в цепь контура постоянного тока, где она гасится на тормозных резисторах, превращаясь в тепло. С помощью инверторов, которые работают в режиме торможения как выпрямители, можно плавно изменять силу торможения и удерживать ее максимальной вплоть до низких скоростей движения.

Тяговая передача предназначена для канализации потока мощности от вала тягового двигателя к колесной паре (к контакту колесо-рельс).

 
 

Принцип работы тепловоза - фотография 106 - изображение 106

Рис. 2.8. Структурная схема передачи мощности

Система управления предназначена для управления работой дизеля, тягового генератора и работой автономного инвертора, путем регулирования напряжения и частоты тока питания электродвигателей для достижения их оптимального режима работы и постоянства отбора всей свободной мощности дизеля. Амплитуда напряжения генератора определяется оборотами коленчатого вала дизеля и регулируется обмоткой возбуждения, питание которой осуществляется от вспомогательного генератора через трехфазный управляемый выпрямитель. При трогании локомотива с места система управления поддерживает примерно постоянное значение тока тяговых двигателей и в то же время регулирует частоту тока на выходе с инверторов из условия поддержания постоянного магнитного потока. При выходе на гиперболический участок характеристики генератора, система управления уменьшает магнитный поток пропорционально снижению тока, в то время как мощность генератора сохраняется постоянной. В зоне ограничения напряжения тягового генератора происходит переключение регулирование с канала магнитного потока на канал напряжения. В этом случае система управления поддерживает постоянное напряжение тягового генератора и производит ослабление магнитного потока тяговых двигателей за счет увеличения частоты на выходе инверторов.

Основные характеристики тепловозов

Принцип работы тепловоза - фото 107 - изображение 107

Конспект занятий по программе

«Машинист тепловоза».

Тема 1.

Локомотивное хозяйство.

Для обеспечения перевозок железнодорожный транспорт имеет тяговые средства (локомотивы), а также технические сооружения и устройства, обеспечивающие их работу. Весь этот комплекс называется локомотивным хозяйством.

Тяговые средства.

Локомотив — самоходный рельсовый экипаж, предназначенный для тяги несамоходных вагонов. При этом локомотив сам по себе не предназначен для перевозки пассажиров, груза или выполнения какой-либо иной работы.

Все локомотивы по виду тяги делятся на:

-паровозы,

-тепловозы,

-электровозы,

-газотурбовозы.

Локомотивы по виду выполняемой работы делятся на:

-пассажирские,

-грузовые,

-маневровые,

-промышленные.

Локомотивы по типу передачи:

-с электропередачей,

-с гидропередачей,

-с механической передачей.

Локомотивы по типу кузова:

-вагонный,

-капотный.

Паровоз.

Паровоз — автономный локомотив с паросиловой установкой, состоящей из котла и паровой машины. Энергия пара преобразуется в механическую энергию движения. Нагретый пар из котла поступает в цилиндры машины, где его тепловая энергия преобразуется в механическую энергию, прямолинейного движения поршня, превращающуюся через кривошипно-шатунный механизм в энергию вращения колес. Это оборудование установлено на раме экипажной части, к которой относятся поддерживающие раму тележки с рессорным подвешиванием, буксы, колесными парами и упряжными приборами. Запасы воды и смазки размещаются в тендере или самом паровозе (танк-паровоз).

Паровозы классифицируются по типам. Тип паровоза определяется локомотивом и сочетанием колёсных пар. Колёсные пары соединяются между собой с каждой стороны особыми звеньями составляют группу движущихся колёс. Все они имеют одинаковый диаметр и называются сцепными колёсными парами. В колёсной формуле первой цифрой обозначается количество направляющих колёс. Второй цифрой количество сцепных колёс и третьей цифрой количество поддерживающих колёс. Например 1-4-2. Основные характеристики паровозов.

Серия Тип Год постройки Конструкт. скорость. Сцепной вес Давление пара котла
СО 1-5-0 14 атм.
П36 пасс 2-4-2
ФД пасс 1-4-2
ЛВ груз 1-5-1 91/99

Паровоз СО18-3100.

Принцип работы тепловоза - фото 108 - изображение 108

Паровоз П-36.

Принцип работы тепловоза - изображение 109 - изображение 109

Паровоз ФД.

Принцип работы тепловоза - фото 110 - изображение 110

Паровоз ЛВ.

Принцип работы тепловоза - фотография 111 - изображение 111

Тепловоз.

Тепловоз- это автономный локомотив с собственной силой установкой в которой в качестве источника энергии используется двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Тепловозы разделяются по видам работы, существуют: пассажирские, грузовые и маневровые.

Основной узел тепловоза экипажная часть, в неё входят: тележки, кузов, рама, ударно-сцепное устройство.

Всё оборудование тепловоза можно распределить на механическое и электрическое. К механическому оборудованию относятся экипажная часть и дизель со вспомогательным оборудованием. К электрическому оборудованию относятся главный генератор, вспомогательный генератор, тяговые электродвигатели и аккумуляторные батареи.

В машинном отделении тепловоза установлен дизель, коленчатый вал которого надёжно закреплён и соединен с валом главного генератора. Вырабатываемый генератором ток поступает к тяговым электродвигателям, подвешенным к тележкам тепловоза. На валу якоря электродвигателя расположено зубчатое колесо, находящееся в зацепленными с шестернёй колёсной пары тепловоза. Обычно каждая колёсная пара имеет свой электродвигатель.

В наименованиях большинства серийных тепловозов, производившихся в СССР, буквы обозначают следующее:

Т — тепловоз

Э — электрическая передача

Г — гидравлическая передача

П— пассажирский

М — маневровый

У — узкоколейный

Например существуют: 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ18ДМ, ТУ2.

2ТЭ116: 2-число секций, Т-тепловоз, Э- с электропередачей, 116- серия.

ТЭП70: Т-тепловоз, Э- с электропередачей, П- пассажирский, 70- серия.

ТГМ-23Б: Т-тепловоз, Г- с гидропередачей, М- маневровый, 23Б- серия.

ТУ-2: Т-тепловоз, У- узкоколейный, 2 -серия.

Тепловоз кроме электрической передачи имеет гидравлическую, механическую передачи. Локомотив тепловоз по малой мощности и применяемой для маневровой работы называется мотовозом.

Основные характеристики тепловозов.

Марка Год выпуска Мощность дизеля(л.с.) Конструкт. скорость(км/ч) Служебный вес(т). Род занятий
ТЭ-3 2x2000 2x126 грузовой
2ТЭ10Л 2x3000 2x129.3 грузовой
ТЭМ18ДМ Маневровый.

Тепловоз ТЭ-3.

Принцип работы тепловоза - фото 112 - изображение 112

Тепловоз 2ТЭ-10Л.

Принцип работы тепловоза - изображение 113 - изображение 113

Тепловоз ТЭМ18ДМ.

Принцип работы тепловоза - фото 114 - изображение 114

Электровоз.

Электровоз — неавтономный локомотив, приводимый в движение установленными на нем тяговыми электродвигателями, питаемыми электроэнергией от внешнего источника (тяговая подстанция) через контактную сеть. Электровозы разделяются по виду работы на: пассажирские, грузовые, маневровые и промышленные (шахтные). На электровозе установлено оборудование механическое (кузов, тележки, зубчатая передача, ударно-сцепное ус-во и электрическое (токоприемник, понижающие ус-ва и преобразователи тока, ТЭДы, вспом. машины, аппарату управления, силовые кабели и провода вспом. цепей). Электровозы бывают переменного (27000 V) и постоянного тока (3000 V).

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 195)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты