Общее устройство
Важнейшей частью тепловоза является его первичный двигатель - тепловозный дизель. На магистральных тепловозах применяются многоцилиндровые 4-и 2-тактные дизельные двигатели средней быстроходности (частота вращения вала n на номинальном режиме 750-1000 об/мин), на промышленных тепловозах и дизель-поездах используют более легкие быстроходные дизели (1350-1600 об/мин). Дизель поездного тепловоза обычно имеет 12-16 цилиндров диаметром 200-300 мм. Мощность дизелей магистральных тепловозов различного назначения находится в диапазоне от 880-1000 до 4400-4700 кВт. Мощность дизеля при неизменной подаче топлива прямо пропорциональна частоте вращения его вала. Поэтому, чтобы обеспечить возможность работы тепловоза с постоянной (в том числе с наибольшей) мощностью в широком диапазоне скоростей движения, энергия от дизеля передается на ведущие колеса через передачу. Приэлектрической передаче (рис.а) энергия вращения вала дизеля передается якорю (ротору) тягового генератора 2, который преобразует ее в электрическую. Электрический ток от генератора питает тяговые электродвигатели 3, которые кинематически (посредством устройств тягового привода) связаны с колесными парами 4 и приводят их во вращение. На тепловозах с гидравлической передачей (рис. б) энергия дизеля 1 затрачивается на привод гидравлического насоса 2, сообщающего энергию жидкости, циркулирующей в замкнутом контуре, с гидравлической турбиной 3. Кинетическая энергия потока вращает ротор турбины, который механически (через систему валов и зубчатых колес) связан с колесными парами 4 и приводит их во вращение.
Рисунок - Схемы расположения оборудования и преобразования энергии на тепловозах: a - с электрической передачей (1 - дизель; 2 - тяговый генератор; 3 - тяговые электродвигатели; 4 - колесные пары), 6 - с гидравлической передачей (1 - дизель; 2 - гидравлический насос; 3 - гидравлическая турбина; 4 - колесные пары)
К основным частям тепловоза также относятся экипажная часть и вспомогательное оборудование. Экипажная часть магистрального тепловоза состоит из колесных пар с буксами (4; 6 или 8), объединенных в 2-, 3-или 4-осные тележки с упругим (рессорным) подвешиванием и опорно-возвращающими устройствами. К экипажной части обычно относят кузов и главную раму с ударно-сцепными устройствами - автосцепкой. Главная рамавоспринимает и передает от ведущих колесных пар к составу через автосцепки горизонтальные продольные силы (тяги и торможения), служит основанием для размещения силовой энергетической установки и вспомогательного оборудования, передает их вес через тележки и колесные пары на рельсы. Главная рама тепловоза как основа конструкции, определяющая срок его службы в целом, является одним из самых металлоемких элементов: при длине рамы 16-18 м ее масса составляет 10-15% общей массы тепловоза. Тележки могут поворачиваться относительно продольной оси опирающейся на них главной рамы на небольшой угол (3-5°) в горизонтальной плоскости. Такое устройство экипажной части облегчает прохождение кривых участков пути. У промышленных 2- и 3-осных тепловозов малой мощности ведущие колесные пары могут размещаться непосредственно в главной раме, как у паровозов. Кузов тепловоза также размещается на главной раме и защищает его оборудование от внешних воздействий. Тепловозы имеют кузовы вагонного (закрытого) типа (обычно магистральных тепловозов) и капотного типа (у маневровых и промышленных). Кузов вагонного типа (рис.а) образует машинное помещение с проходами для обслуживания энергетической установки; капотный кузов (рис. б) накрывает энергетическую установку сверху, поэтому доступ к ней обеспечивается через боковые дверцы в капоте. Для возможности прохода локомотивной бригады и ремонтного персонала на тепловозах с капотным кузовом устраивают с обеих сторон продольные и по концам рамы поперечные площадки; капотный кузов легче и дешевле. Такой тип кузова применяют на магистральных тепловозах в США, где это возможно по климатическим условиям.
Рисунок - Внешний вид тепловозов с кузовом: a - вагонного типа; 6 - капотного типа
Общее устройство магистральных тепловозов в значительной мере однотипно. Грузовые тепловозы отечественного производства (например, 2ТЭ10 или 2ТЭ116) состоят из двух одинаковых секций, соединенных между собой стандартной автосцепкой, что допускает возможность отдельной работы каждой секции. Секция с кузовом вагонного типа имеет свою кабину машиниста, где расположен пульт управления. При совместной работе обе секции управляются с поста управления головной секции. Источником энергии служит дизель, основная часть вырабатываемой им энергии передается тяговому генератору (постоянного тока), вал которого соединен с коленчатым валом дизеля. Дизель и генератор установлены на общей поддизельной раме и составляют единый агрегат - дизель-генератор, который, как наиболее тяжелый узел, расположен в средней части главной рамы. Это обеспечивает более равномерное распределение нагрузок на колесные пары, которые объединены в две 3-осные тележки.
Рисунок - Размещение основных узлов на секции тепловоза типа 2ТЭ10: 1 - пульт управления; 2 - кабина машиниста; 3 - двухмашинный агрегат; 4 — тормозной компрессор; 5, 16 — вентиляторы охлаждения тяговых электродвигателей; 6 - передний распределительный редуктор; 7 - высоковольтные камеры; 8 - вентилятор охлаждения тягового генератора, 9 - тяговый генератор; 10 — поддизельная рама; 11 — центробежный нагнетатель; 12 — кузов; 13 — дизель; 14 — турбокомпрессор; 15 - задний распределительный редуктор; 17 - вентилятор охлаждающего устройства дизеля, 18 -секции радиатора; 19 - гидроредуктор; 20 - шахта охлаждающего устройства дизеля; 21 - автосцепка; 22 - тяговый электродвигатель; 23 — колесная пара; 24 — топливный бак; 25 - тележка; 26 — главная рама
Главная рама состоит из двух мощных продольных несущих элементов — хребтовых балок, изготовленных из двутаврового стального проката и усиленных накладками, и двух боковых стенок кузова. Продольные балки соединены несколькими поперечными перегородками из листа, а по концам - литыми поперечными балками, образующими стяжные ящики, предназначенные для установки автосцепок. В средней части продольные балки соединены также двумя поперечными шкворневыми балками над каждой тележкой. В горизонтальной плоскости балки главной рамы объединены сверху и снизу листами настила, верхний настил образует пол машинного помещения кузова. На оси каждой колесной пары подвешены тяговые электродвигатели, которые питаются током от тягового генератора и преобразуют его энергию в механическую работу, приводя во вращение (через тяговые редукторы) колесные пары. Применяются электрические передачи постоянного тока (тепловозы типа 2ТЭ10) и передачи переменно-постоянного тока (2ТЭ116), при которых генератор вырабатывает переменный ток, а тяговые двигатели питаются выпрямленным током через промежуточный полупроводниковый преобразователь. Для привода агрегатов вспомогательного оборудования тепловоза часть мощности от вала дизеля отбирается через передний и задний распределительные редукторы. С передним редуктором связаны тормозной компрессор и двухмашинный агрегат, состоящий из возбудителя (генератора, питающего током обмотки главных полюсов тягового генератора) и вспомогательного генератора, который служит источником для питания вспомогательных электрических цепей низкого напряжения (управления, освещения, заряда аккумуляторной батареи и т.п.). От вала заднего редуктора через гидроредуктор приводится вентилятор охлаждающих устройств тепловозного дизеля. Вентилятор просасывает воздух извне через секции радиаторов, отводя теплоту от воды системы охлаждения дизеля. Секции расположены с обеих сторон шахты охлаждающих устройств. Кузов тепловоза вагонного типа 2ТЭ10 состоит из лобовой, боковых и торцевой стенок и крыши, по периметру основания опирается на раму. По длине кузов разделен на несколько частей: передняя часть - кабина машиниста, средняя часть - машинное (дизельное) помещение, где размещается дизель-генератор и часть вспомогательного оборудования, и концевая часть — шахта, где размещены охлаждающие устройства дизеля. Часть кузова между кабиной машиниста и дизельным помещением отведена для высоковольтных камер, в которых размещены электрические аппараты силовых и вспомогательных цепей. По обе стороны дизеля под полом размещены элементы аккумуляторной батареи, которая служит для электрического пуска дизеля В качестве стартера используется тяговый генератор, работающий при этом в режиме двигателя. Запас топлива содержится в баке, подвешенном к раме в средней ее части. Воздух для работы дизеля засасывается из атмосферы через воздухоочистители, размещенные с обеих сторон (в боковых стенках кузова), турбокомпрессорами и центробежным нагнетателем. Тяговые электрические машины имеют воздушное охлаждение. Для отвода теплоты от них служат три вентилятора, один для охлаждения генератора и два — для охлаждения тяговых электродвигателей. Магистральные тепловозы с электрической передачей других серий имеют в общем такую же компоновку силового и вспомогательного оборудования. Их устройство может принципиально отличаться наличием некоторых новых или дополнительных узлов. Например, грузовой тепловоз 2ТЭ121 (рисунок ниже) имеет электрическую передачу переменно-постоянного тока, поэтому на нем непосредственно над генераторным агрегатом, который объединяет тяговый и вспомогательный генераторы, размещена силовая выпрямительная установка. Кроме того, тепловоз имеет единую, централизованную систему воздушного охлаждения тягового электрооборудования, которая включает в себя общий блок воздухоочистителей и вентилятор
Рисунок - Размещение оборудования на секции тепловоза 2ТЭ121 (общий вид и план) 1 - кабина машиниста, 2 - высоковольтные камеры, 3 - блок реостатного торможения (резисторы и мотор-вентиляторы охлаждения), 4 - вентилятор централизованной системы охлаждения тягового электрооборудования, 5 ~ блок воздухоочистителей централизованной системы, 6 - выпрямительная установка, 7 - генераторный агрегат, 8 - дизель, 9 - секции радиатора, 10 - мотор-вентиляторы охлаждающих устройств дизеля, 11 - тележка, 12 - топливный бак, 13 - поддизельная рама, 14 - главная рама
Внешний вид тепловоза и размещение оборудования зависят от конструкции его кузова. Грузовые тепловозы имеют кузов вагонного типа, который состоит из каркаса, выполняемого из стального профильного проката, наружной и внутренней обшивки из металлического листа и теплоизоляции между ними. Продольные элементы каркаса кузова частично (например, нижняя часть боковых стенок) используются для усиления главной рамы (увеличения жесткости). В стенках и крыше кузова имеются проемы, через которые осуществляется подвод воздуха извне для работы и охлаждения дизеля и тягового электрооборудования, а также выброс нагретого воздуха от вентилятора охлаждающих устройств дизеля.Кузов имеет эксплуатационные проемы (окна в кабине и боковых стенках, двери в боковых и торцевых стенках); технологические и ремонтные проемы (например, в крыше для доступа к отдельным узлам), которые выполняются в виде люков с крышками. В грузовом тепловозе средняя часть крыши кузова (над машинным помещением), которая находится между кабиной машиниста и отсеком высоковольтных камер с передней стороны и задней частью с шахтой охлаждающих устройств, выполняется съемной для возможности извлечения дизель-генератора в сборе при ремонте или замене. С целью снижения общего веса кузова и главной рамы на пассажирских тепловозах иногда каркас боковых стенок выполняют в виде несущих раскосных ферм, воспринимающих совместно с главной рамой вертикальные и продольные нагрузки, такой кузов называют несущим. С этой же целью каркас и обшивку на пассажирских тепловозах выполняют из алюминиевых сплавов. На маневровых и промышленных тепловозах, имеющих кузов капотного типа, кабина машиниста располагается между передним и задним капотами и возвышается над ними. Кузов состоит из пяти частей: камера охлаждающих устройств с диффузором вентилятора, капот над двигателем, капот над высоковольтной камерой, кабина машиниста и капот над аккумуляторной батареей. Между собой части кузова соединяют болтами. Камера охлаждающих устройств и кабина машиниста приварены к главной раме. Капот над двигателем съемный, по периметру присоединяется к смежным частям кузова и к главной раме болтами. Боковые стенки капота выполнены в виде ряда дверок, обеспечивающих доступ к агрегатам тепловоза. На крыше капотов расположены люки, закрытые крышками, используемые для выемки крупных узлов дизеля, передачи и привода агрегатов (аккумуляторов, компрессора, турбокомпрессора и т. п.). На торцах кузова имеются люки для набора песка и скобы для доступа к ним. Вокруг капотов на настиле рамы устроены передняя, задняя и боковые площадки с внешним ограждением. Кабина машиниста дает возможность хорошего обзора, т. к. имеет окна со всех четырех сторон, что особенно важно при выполнении маневровой работы на ж.-д. станциях.
! 33.
34. Дизель-поезд — поезд, составленный из моторного (оборудованного дизелем) и нескольких прицепных вагонов. Дизель-поезда используются для пассажирских перевозок в пригородном и местном сообщении на неэлектрифицированных линиях.
Дизель-поезд может состоять из одной и двух секций, каждая из которых имеет 2 моторных (по концам состава) и 1—4 прицепных вагона. В соответствии с требованиями к подвижному составу, предназначенному для массовых перевозок пассажиров на короткие расстояния, дизель-поезд обладает малой массой (в расчёте на 1 место пассажира), высокой удельной мощностью, хорошей манёвренностью (может работать в обоих направлениях — «челноком»), обеспечивает достаточно высокую комфортабельность езды пассажиров.
В дизель-поезде применено пневматическое управление дверями с поста машиниста, что способствует повышению безопасности.
В моторном вагоне расположены кабина машиниста, силовая установка с вспомогательным оборудованием (внутри вагона или под ним) и салон для пассажиров.
Ведущей является передняя тележка. Силовая передача чаще всего гидравлическая или механическая. В прицепном вагоне кроме пассажирского салона иногда расположен дополнительный пост управления поездом. Отопление пассажирских отделений — воздушное калориферное с использованием тепла охлаждающей воды дизеля.
На отечественной железной дороге дизель-поезда зарубежного производства эксплуатируются с 1946 года; с начала 1960-х годов появились дизель-поезда, созданные на Рижском вагоностроительном заводе («Балтика») — ДР-1, в 1966 году — опытный поезд ДР-2; в эксплуатации находятся также дизель-поезда венгерского производства.
