Технико-экономические свойства тепловозов.
Тепловоз отвечает основным требованиям современного локомотива: он автономен, может работать на маневрах, с грузовыми и пассажирскими поездами, с путевыми машинами, снегоочистителями, обеспечивая необходимую силу тяги, мощность и скорость. Коэффициент полезного действия тепловоза составляет 27-32%. Из отдельных секций тепловоза можно сформировать тепловоз любой практически необходимой мощности, управляемый с одного поста с использованием полной силы тяги каждой секции. Имея такой мощный локомотив, способный развивать большую силу тяги и необходимую скорость, можно значительно повысить массу поезда, ускорить оборот вагонов и увеличить пропускную и провозную способность железных дорог без значительных капитальных затрат.
Несмотря на то, что в нашей стране широко ведется работа по электрификации железных дорог, тепловоз как локомотив не «сойдет со сцены», как это случилось в свое время с паровозом. Прежде всего потому, что тепловоз имеет самый высокий к.п.д., который еще будет повышаться при совершенствовании конструкции дизелей и передач. Кроме того, автономность тепловоза делает его незаменимым на маневровой работе, особенно на подъездных путях промышленных предприятий. Электрификация железнодорожных линий требует больших капитальных затрат, которые окупаются только при условии, если электрифицированный участок имеет высокую грузонапряженность. Поэтому основными тепловозными полигонами останутся дороги со сравнительно небольшим грузооборотом, а также участки, где по каким-либо причинам электрификация невыгодна.
4.2.4. Устройство основных элементов силового оборудования тепловозов - Дизель.
На тепловозах применяют двигатели внутреннего сгорания с самовоспламенением топлива – дизели. По числу ходов поршня за рабочий цикл ( впуск воздуха, его сжатие, воспламенение топлива и расширение газов, выпуск отработавших газов) различают дизели четырехтактные и двухтактные. У четырехтактных дизелей рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала (четыре хода поршня), у двухтактного –за один оборот (два хода поршня).
Четырехтактные дизели имеют меньший удельный расход топлива, меньшую тепловую напряженность, лучшую приспособляемость к переменным эксплуатационным нагрузкам. В двухтактных дизелях проще система газораспределения, но хуже очищаются и продуваются свежим воздухом цилиндры, из-за чего они менее экономичны.
Как показывает практика четырехтактных дизелей в мире строится около 70 %, а остальные – двухтактные.
Двухтактные дизели типа 10Д100, 14Д40, 11 Д45 устанавливались на тепловозах ТЭ10, М62, ТЭП 60.
В настоящее время они заменяются на четырехтактные типа Д49. Четырехтактными дизелями оборудованы тепловозы 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7, 2ТЭ70,2 ТЭ25 и все маневровые тепловозы. Основным типом четырехтактных дизелей для тепловозов принят дизель Коломенского завода типа Д49. Рассмотрим устройство этих дизелей на примере дизеля 2А—5Д49, устанавливаемого на ТЭП70.
Дизель 2а-5д49
Дизель 2А-5Д49 мощностью 2940 кВт является одной из модификаций мощностного ряда четырехтактных дизелей типа Д49, созданных ПО «Коломенский завод». Все основные сборочные единицы дизелей этого ряда (цилиндро-поршневая группа, шатунно-кривошипный механизм, клапанный механизм, топливная аппаратура, подшипники коленчатого вала, фильтры и др.) одинаковы для всех модификаций. Наибольшую степень унификации сборочных единиц и деталей (до 90 °/о) дизель 2А-5Д49 имеет со сборочными единицами и деталями дизеля 1 А-5Д49 мощностью 2250 кВт. Повышение мощности дизеля до 2940 кВт достигнуто за счет увеличения давления наддувочного воздуха с 0,14 до 0,186 МПа, а также за счет более качественного воздухоснабжения и параметров рабочего процесса. Дизель 2А-5Д49 (рис. 4.12 16-цилиндровый, имеет V-образное расположение цилиндров. Дизель вместе с тяговым генератором монтируется на общей поддизельной раме 8, образуя дизель-гeнераторную установку 2А-9ДГ.
Дизель-генератор установлен на раме тепловоза на резинометаллических амортизаторах. Амортизаторы снижают уровень вибраций, передаваемых работающим дизелем на раму тепловоза и кабину машиниста. В поддизельной раме 8 в ее нижней части размещен резервуар для масла (картер) вместимостью 1 000 л. Здесь же установлен маслозаборник. Сетки над масляным резервуаром предохраняют от попадания в масло посторонних предметов.
На поддизельной раме болтами укреплен сварно-литой блок дизеля, разделенный перегородками на отсеки (секции). В каждом отсеке выполнены расточки, в которые вставлены рабочие втулки, цилиндров дизеля с надетыми на них рубашками охлаждения. Угол между осями цилиндров правого и левого рядов для всех модификаций дизелей составляет 42°. К поперечным перегородкам, блока приварены литые элементы, служащие постелями для верх- них вкладышей коренных подшипников коленчатого вала дизеля. Постели нижних коренных вкладышей выполнены также литыми и прикреплены болтами к верхним постелям. Сопрягаемые постели имеют зубцы по месту стыка. Коленчатый вал, укладываемый на подвесные коренные подшипники, цельнолитой из высокопрочного чугуна.
Рис:4.12. Внешний вид дизель генератора: 1- турбокомпрессор; 2- выпускной коллектор; 3- крышка клапанного механизма; 4- регулятор частоты вращения; 5- возбудитель; 6- тяговый генератор; 7- центробежные очистители масла; 8- поддизельная рама; 9- теплообменник, 10 - фильтры грубой очистки масла; 11 - масляный насос; 12 - водяные насосы; 13 - маслоотделительный бачок; 14- охладитель воздуха.
Его шатунные и коренные шейки для повышения износостойкости азотированы, а галтели шеек упрочнены накаткой. На шатунных шейках коленчатого вала 32 (рис. 4.13) в подшипниках укреплены нижние головки главных 42 и прицепных 43 шатунов, верхние головки которых соединены с поршнями 1 рабочих цилиндров. Втулки цилиндров дизеля сверху закрыты крышками и прикреплены к блоку дизеля шпильками. Стыки между крышками и втулками цилиндров уплотнены стальными покрытыми медью про- кладками. В крышке расположены два впускных 5 и два выпускных 2 клапана, форсунка 3 и индикаторный кран. Сверху на крышке установлены рычаги 4, 6 привода клапанов. Один рычаг управляет работой впускных клапанов, другой — выпускных.
Рис. 4.13 Схема дизель - генератора 2А-9ДГ.
Над клапанным механизмом установлен защитный кожух. Втулки цилиндров вместе с крышками и клапанным механизмом образуют единые блоки. При ремонте их снимают и ремонтируют комплектно. На верхней части блока в пространстве между правым и левым рядами цилиндров установлен лоток кулачкового распределительного вала, где смонтированы топливные насосы 12 высокого давления по одному на каждый цилиндр. Распределительный вал 15 приводится во вращение от заднего конца коленчатого вала (со стороны тягового генератора) через систему шестерен 31, 30, 20, 22, 23, 24, 25. Через эту систему шестерен осуществляется привод объединенного регулятора, механического тахометра, предельного выключателя, возбудителя и стартер -генератора. Распределительный вал при вращении при помощи гидротолкателей приводит в движение клапаны, в нужный момент открывая и закрывая их. Одновременно он приводит в действие топливные насосы соответственно порядку работы цилиндров. Эти функции распределительного вала выполняются благодаря кулачкам 10, 13, 14, размещенным в определенном положении на валу. Механизм управления топливными насосами 12 расположен в верхней части лотка. Он имеет устройство, которое при работе дизеля на холостом ходу автоматически отключает подачу топлива в восемь цилиндров (по четыре в каждом ряду).
Коленчатый вал дизеля своим задним фланцем отбора мощности через пластинчатую муфту 29 соединен с валом якоря генератора. На переднем конце коленчатого вала установлен комбинированный антивибратор 33, служащий для гашения крутильных колебаний в системе коленчатый вал - вал генератора - привод вспомогательных агрегатов. С переднего торца коленчатого вала производится отбор мощности на привод вспомогательных агрегатов: водяных и масляных насосов, насосов гидропривода вентиляторов охлаждающего устройства.
Коленчатый вал дизелей типа 5Д49 (рис. 4.14) для уменьшения внутренних изгибающих моментов в блоке цилиндров и уменьшения нагруженности коренных подшипников от сил инерции движущихся масс на первой, восьмой, девятой и шестнадцатой щеках имеют противовесы г, отлитые заодно со щеками. Девятая коренная шейка вала является одновременно упорной. Ее бурты а ограничивают осевое перемещение вала. В переднем торце вала установлена втулка 2 со шлицами, которая через шлицевой, вал передает вращение шестерням привода насосов. Шестерня 2 (см. рис: 4.14), установленная между девятой и десятой коренными шейками, приводит во вращение шестерни привода распределительного вала. Масло к шейкам шатунных подшипников поступает через отверстия в шейках вала.
Рис. 4.14. Коленчатый вал дизеля 1 А-5Д49: 1- антивибратор; 2- шестерня; 3- сухарь; 4- пакет пластин; 5, 6- диски дизель- генераторной муфты; 7- направляющие кольца; а- коренная шейка; б- шатунная шейка; в- щека; г- противовесы.
В развале блока образован воздушный коллектор для снабжения цилиндров свежим зарядом воздуха. Газовыпускные трубы от крышек цилиндра и выпускные коллекторы 2 (см. рис.1.12) охлаждаемые водой, расположены по обеим сторонам блока дизеля. Отработавшие газы из цилиндров через выпускные клапаны, крышки цилиндров, газовыпускные трубы поступают в коллекторы и подводятся в полость газовой турбины турбокомпрессора типа 6ТК, установленного на кронштейне у переднего торца дизеля.
Газы, имеющие еще сравнительно высокую температуру при выходе из дизеля, устремляются с большой скоростью в выпускную трубу дизеля. Установленная на газовом тракте турбина, вращает находящиеся на одном валу с ней колесо воздухонагнетателя. Воздух, нагнетаемый турбокомпрессором, поступает в охладитель 14 и далее по воздушному коллектору к цилиндрам дизеля.
На переднем торце дизеля расположена система вентиляции картера, состоящая из маслоотделительного бачка, закрепленного на кронштейне турбокомпрессора, управляемой заслонки, регулирующей разрежение в картере, и жидкостного дифференциального электроманометра. На корпусе привода распределительного вала закреплен вaлоповоротный механизм, который при проворачивании вала дизель-генератора вводят в зацепление с зубьями на ведущем диске муфты.
Система смазывания сборочных единиц дизеля состоит из масляных насосов, фильтров грубой и тонкой очистки, центробежных фильтров, водомасляных теплообменников и маслозаборника. Все элементы масляной системы, за исключением маслопрокачивающего насоса, размещены на дизеле.
Охлаждение дизеля водяное, двухконтурное. В первом контуре охлаждается вода дизеля, во втором - вода, охлаждающая масло и наддувочный воздух. На дизеле 2А-5Д49 применена закрытая система охлаждения с температурой теплоносителя в горячем контуре свыше 100°С. Циркуляция воды между дизелем и охлаждающими устройствами обеспечивается двумя водяными насосами 12 центробежного типа.