Открытое акционерное общество «Российские железные дороги»

филиал «Октябрьская железная дорога»

Учебно-производственный центр №3 - образовательное подразделение

Октябрьской железной дороги - филиала открытого акционерного общества «Российские железные дороги»

Как устроен и работает тепловоз

1

Механическое оборудование

Санкт-Петербург 2011г.

Общие сведения

Изделия машиностроения, в частности тепловозы, состоят из соединенных друг с другом деталей и узлов. В машинах примерно 35...40% соединений типа цилиндрический вал — втулка, 15...20% — плоскостных, 15...25% — резьбовых, 6...7% — конусных, 2... 3 % — сферических и др. Значительное место занимают узлы с подшипниками качения и трения, зубчатые, фрикционные и клиноременные передачи, соединения с резиновыми деталями, сальниковые уплотнения и др.

Каждое соединение или узел характеризуется различными конструктивными, технологическими, эксплуатационными и экономическими факторами. К таким факторам относятся степень относительной подвижности, вид контакта сопрягаемых поверхностей, прочность, возможность разборки, технологичность сборки и разборки, характер и величина износа трущихся поверхностей, затраты труда и средств на техническое обслуживание и ремонт.

Практика эксплуатации машин показывает, что подавляющее большинство неисправностей, за исключением повреждений аварийного характера и вызванных химико-тепловым воздействием, возникает в соединениях деталей. При этом отказ в работе каждого соединения наступает при возникновении определенных, присущих только данному соединению, неисправностей независимо от того, где соединение работает — на тепловозе, электровозе, вагоне, автомобиле, станке или в любом другом изделии машиностроения.

1.1. Образование силы тяги

Локомотив может двигаться в режиме тяги, выбега (холостого хода) или торможения.

В режиме тяги машинист с помощью контроллера включает энергетическую установку, которая питает током тяговые электродвигатели (ТЭД), вращающие колесные пары тепловоза через осевые редукторы. Если бы контакт колесных пар с рельсами отсутствовал, то колеса вращались бы, но тепловоз не мог бы поступательно перемещаться. Движение локомотива осуществляется благодаря взаимодействию колес с рельсами в контактных точках, препятствующему свободному вращению колесных пар. При отсутствии проскальзывания колеса начинают перекатываться, при этом они поступательно перемещают ось, на которую действует сила тяги ^х (рис. 1.3). Эта сила через буксы воздействует на раму тележки, перемещающую через шкворень главную раму, которая, в свою очередь, через сцепное устройство приводит в движение вагоны.

В точке касания колес с рельсами возникает сила которая равна силе тяги ^х и противоположна ей по направлению. Эту силу, называемую касательной, можно рассчитать по формуле

Рис. 1.3. Силы, действующие в колесно-моторном блоке:

1 — зубчатое колесо оси колесной пары; 2 — колесо колесной пары; 3 — зубчатое колесо якоря ТЭД (шестерня); 4 — ТЭД; П — нагрузка от колеса на рельс, т; ^т — сила тяги; Мвр — момент вращения колесной пары; Рк — касательная сила (внутренняя сила), стремящаяся провернуть колесо вокруг центра вращения относительно рельса; /"сц — сила сцепления; Лк — радиус колеса; Л3 к — радиус зубчатого колеса где Мда — момент вращения якоря ТЭД; г — радиус шестерни; Дз.к — радиус зубчатого колеса оси колесной пары; Лк — радиус круга катания колеса колесной пары.

Машинист, изменяя мощность энергетической установки с помощью контроллера, может управлять величиной касательной силы

Сила, препятствующая свободному проскальзыванию колесных пар относительно рельс, равна силе Рк и противоположна ей по направлению. Эту силу называют силой сцепления и обозначают ^сц. Ее величина прямо пропорциональна нагрузке П колес на рельсы:

£щ= УсцП, где 1|/сц — коэффициент трения покоя, называемый также коэффициентом сцепления.

Коэффициент сцепления зависит от множества факторов: чистоты поверхностей взаимодействия колес и рельс, скорости перекатывания, влажности, температуры и т.д. Значение усц определяют опытным путем и используют в тяговых расчетах. Если ^к превышает предельное значение Рсц, то происходит проскальзывание (боксование) колес относительно рельс и резко уменьшается сила тяги. Это связано с тем, что в точках касания колес и рельс вместо трения покоя действует трение скольжения и резко уменьшаются Рсц. Стабилизировать сцепление колес с рельсами позволяет специальное устройство на локомотивах — песочная система. При приемке тепловоза локомотивная бригада обязана проверить качество подачи песка на рельсы, чтобы обеспечить движение поезда в режиме тяги без боксования колесных пар.

1.2. Классификация и обозначение серий тепловозов и дизель-поездов

Тепловозы классифицируются следующим образом:

• по назначению — грузовые, пассажирские, маневровые, промышленного транспорта;

• числу секций — односекционные, двухсекционные и многосекционные;

• типу передачи — с электрической и гидравлической;

• типу экипажной части — тележечные и с жесткой рамой;

• ширине колеи — стандартный (1520 мм) и узкоколейный (600... 1100 мм);

• числу осей — восьмиосные, шестиосные, четырехосные, двухосные.

Тип экипажа тепловоза определяет его осевая характеристика (рис. 1.19), отражающая число, расположение и назначение осей (колесных пар). Осевая характеристика тепловозов тележечного типа представляет собой сочетание цифр, число которых указывает на число тележек, а каждая цифра — на число колесных пар в тележке. Индекс цифры «О» указывает число обмоторенных осей. Знаки«+» и «-» показывают, что в первом случае тележки сочленены (спарены), во втором — не сочленены.

Рис. 1.19. Осевые характеристики тепловозов: а - ТЭП70; б - 2ТЭ10М и 2ТЭ116; в - ТГМ1; г - ТЭМ7; д - Щэл-1

Для локомотивов установлены ограничения, определяемые габаритами Т: 1Т — для отечественных и 2Т — для тепловозов, предназначенных на экспорт. Габарит 1Т имеет наибольшую ширину 3400 мм и высоту 5300 мм. Типы тепловозов, построенных по одним и тем же проектам, принято обозначать сочетанием заглавных букв и цифр: Т — тепловоз, а цифра перед буквенным обозначением указывает на число секций.

Вторая буква указывает на тип передачи: Э — электрическая, Г — гидравлическая.

Третья буква указывает род службы (П — пассажирский, М — маневровый, у грузовых тепловозов третья буква отсутствует). Цифры после букв обозначают серию тепловоза. По этим цифрам можно определить завод-изготовитель. Далее через разрыв или дефис обозначается номер тепловоза. В обозначении серий тепловозов, построенных за рубежом, вводится буква, указывающая страну изготовитель. Например, тепловоз ЧМЭЗ означает — маневровый с электрической передачей, построенный в Чехословакии.

Дизель-поезда предназначены для пассажирских перевозок и обозначаются буквой Д. Вторая буква или цифра обозначает серию или место изготовления, например, ДР — дизель-поезд Рижского вагоностроительного завода.

Основные характеристики тепловозов в зависимости от рода службы приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Служба	Конструкционная скорость, км/ч	Нагрузка от колесной пары на рельсы, кН	Минимальный радиус проходимых кривых, м	Сила тяги длительного режима, кН	Скорость длительного режима, км/ч
Пассажирская	160	225 ...245	125	130... 180	47...50
Грузовая	100	225 ...245	125	253 ...300	24... 27
Маневровая	100	200...220	80	200... 350	10...11

Поскольку тепловозы работают в различных регионах страны с разнообразными климатическими условиями, они должны сохранять свои характеристики в условиях изменения температур наружного воздуха от -50 до +50 "С, влажности до 40 % при температуре 20 °С и высоте над уровнем моря до 1200 м. Эти и другие требования, предъявляемые к тепловозам, распространяются на все комплектующее оборудование: дизели, электрические машины и аппараты и т. п.