3.2.2Тепловозы
Тепловозы – автономные локомотивы, в которых энергетической установкой является двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с КПД 40-45%.
В настоящее время основной парк грузовых тепловозов составляют тепловозы 2ТЭ10, 2ТЭ116 (2ТЭ116У) и пассажирских – ТЭП70 (ТЭП70БС).
Магистральный двухсекционный грузовой тепловоз 2ТЭ116У мощностью 2*2650 кВт (2*3600 л.с.) с электрической передачей переменно-постоянного тока (Рис.2.14) представляет собой усовершенствованную (Табл.2.9) конструкцию ранее серийно изготавливающегося 2ТЭ116 (Рис.2.13). Новый локомотив предназначен для эксплуатации на путях колеи 1520 мм в зонах умеренного климата.
Рисунок 2.13 – Тепловоз 2ТЭ116 |
|
Рисунок 2.14 – Тепловоз 2ТЭ116У |
Тепловоз оборудован высокоэкономичной дизель-генераторной установкой 18-9Г повышенной мощности производства ОАО «Коломенский завод» с электронным регулятором частоты вращения коленчатого вала.
Дизель-генераторная установка включает 16-цилиндровый четырехтактный дизель 5Д49 и главный синхронный генератор переменного тока ГС501АУ2.
Ходовая часть состоит из двух бесчелюстных трехосных тележек с индивидуальным приводом колесной пары и опорно-осевой подвеской электродвигателей постоянного тока ЭД133.
Тепловоз оснащен микропроцессорной системой управления, регулирования и диагностики. На локомотиве реализована система поосного регулирования касательной силы тяги, обеспечивающая повышенные тяговые свойства. Кроме того, на тепловозе имеются комплексные системы безопасности движения и контроля работы машиниста.
Ходовая часть состоит из двух бесчелюстных трехосных тележек с индивидуальным приводом колесной пары и опорно-осевой подвеской электродвигателей постоянного тока ЭД133.
Тепловоз оснащен микропроцессорной системой управления, регулирования и диагностики. На локомотиве реализована система поосного регулирования касательной силы тяги, обеспечивающая повышенные тяговые свойства. Кроме того, на тепловозе имеются комплексные системы безопасности движения и контроля работы машиниста.
Таблица 2.9 – Характеристики тепловозов 2ТЭ116 и 2ТЭ116У
Наименование параметра |
Значение параметра |
|
2ТЭ116 |
2ТЭ116У |
|
Мощность тепловоза по полной мощности дизеля, кВт (л.с.) |
2*2250 (2x3060) |
2*2650 (2x3600) |
Номинальная касательная мощность тепловоза тягового длительного режима, кВт (л.с.) |
2*1700 (2*2311) |
2x2040 (2*2755) |
Служебная масса, т |
2*(138±4,14) |
2*(139±4,17) |
Конструкционная скорость, км/ч |
100 |
|
Статическая нагрузка от колесной пары на рельсы при 2/3 запаса топлива и песка, кН (тс) |
226 ± 6,78 (23 ± 0,69) |
227,22 ±6,817 (23,17 ±0,695) |
Сила тяги при трогании с места (расчетная с учетом коэффициента использования сцепного веса) должна быть не менее, кН (тс) |
2*350 (2*35,7) |
2*403,5 (2*41,14) |
Расчетная сила тяги длительного режима на ободе колес (при скорости 24 ± 0,5 км/ч – для 2ТЭ116 и 22,7 ± 0,5 км/ч – для 2ТЭ116У при новых бандажах) должна быть не менее, кН (тс) |
2*255 (2*26) |
2*323,62 (2*33) |
Техническая (часовая) производительность, 103 ткм брутто, не менее |
245 |
311,4 |
Коэффициент тяги длительного режима, не менее |
0,1891 |
0,2374 |
Удельный расход топлива тепловозом на единицу производительности, кг/104 ткм брутто, не более |
48,8 |
28,656 |
Длина по осям автосцепки, мм |
2*18150 |
2*18700 |
Шкворневая база секции тепловоза, мм |
9630 |
9710 |
Масса топлива, кг |
2*6681 |
|
Масса песка, к |
2*1166 |
|
Гарантийный срок (пробег) эксплуатации тепловоза |
200 тыс. км (ТР-2 включительно) |
300 тыс. км |
Ходовая часть состоит из двух бесчелюстных трехосных тележек с индивидуальным приводом колесной пары и опорно-осевой подвеской электродвигателей постоянного тока ЭД133.
Тепловоз оснащен микропроцессорной системой управления, регулирования и диагностики. На локомотиве реализована система поосного регулирования касательной силы тяги, обеспечивающая повышенные тяговые свойства. Кроме того, на тепловозе имеются комплексные системы безопасности движения и контроля работы машиниста.
Пассажирский тепловоз ТЭП70БС был построен Коломенским заводом на рубеже XX и XXI веков (Рис.2.15). ТЭП70БС является первым отечественным магистральным тепловозом, оснащенным установкой для централизованного электроснабжения поезда. Имеет электронную автоматизированную микропроцессорную систему управления с функциями защиты и диагностирования.
а – внешний вид
б – пульт управления в кабине машиниста
Рисунок 2.15 – Пассажирский тепловоз ТЭП70БС
Применение на тепловозе усовершенствованного дизель-генератора 2А-9ДГ-01 позволило значительно снизить расход топлива и масла по сравнению с предыдущими сериями ТЭП60 и ТЭП70 и увеличить сроки межремонтных пробегов на 30%. При проектировании ТЭП70БС был выбран модульный принцип компоновки, оправдавший себя на практике за счет снижения эксплуатационных и ремонтных затрат. Тепловоз оборудован микропроцессорной системой управления и диагностики, устройством безопасности КЛУБ-У. кабина и пульт управления обладают улучшенными эргономическими и эстетическими параметрами
Модификация тепловоза ТЭП70 – тепловоз грузовой 2ТЭ70 при равной с ТЭП70БС мощностью оснащен дизелем Д49 3го поколения, что дало снижение удельного расхода топлива на 2-4%. Тепловоз оборудован поосным регулированием силы тяги. Тележки с радиальной установкой колесных пар позволяют более полно реализовать силу тяги и обеспечивают ресурс бандажа до 1 млн. км пробега. Конструкция обеспечивает локомотиву мягкость хода, а также способность вести тяжеловесные поезда по участкам со сложным профилем. Суммарная мощность двух секций локомотива 5000 кВт. Тепловоз способен водить поезда массой 6,5 тыс. тонн.
Магистральный двухсекционный 12-осный тепловоз 2ТЭ25А «Витязь», созданный на Брянском машиностроительном заводе ЗАО «Трансмашхолдинг» (Рис.2.16, 2.17, Табл.2.10) – первый Российский грузовой тепловоз с асинхронным тяговым приводом.
Рисунок 2.16 – Магистральный грузовой тепловоз 2ТЭ25А «Витязь»
Рисунок 2.17 – Компоновка оборудования секции тепловоза 2ТЭ25А
|
|
Пояснения к Рисунку 2.16
Таблица 2.10 – Техническая характеристика тепловоза 2ТЭ25А
Наименование параметра |
Величина |
Мощность тепловоза по дизелю (полная), кВт (л.с.) |
2*2500 (2*3400) |
Служебная масса (при 2/3 запаса топлива и песка), т |
2*(141 ± 3%) |
Осевая формула |
2*(3о – 3о) |
Статическая нагрузка от колесной пары на рельсы, кН (тс) |
230,4 (23,5) ± 3% |
Сила тяги, кН (тс): при трогании с места, не менее: длительного режима: |
2*441,5 (2*45,0) 2*390 (2*39,8) |
Скорость, м/с (км/ч) конструкционная длительного режима |
33,3 (120) 5,14 (18,5) |
Тип передачи |
электрическая переменного тока с поосным регулированием силы тяги |
Габарит по ГОСТ 9238 |
1-Т |
Ширина колеи, мм |
1520 |
Минимальный радиус горизонтальной кривой, проходимой одиночным тепловозом, м |
125 |
Экипировочные запасы, кг: топлива песка |
2*7000 2*600 |
Безотказность (количество отказов на 1 млн. км пробега) |
6 |
Техническое обслуживание (ТО), час., не более |
96 |
Текущий ремонт (ТР), тыс. км |
50 |
Средний ремонт (СР), тыс. км |
800 |
Назначенный ресурс до первого капитального ремонта, тыс. км |
2400 |
Назначенный срок службы до списания, лет (млн. км) |
40 (6,0) |
На основе тепловоза 2ТЭ25А «Витязь» предполагается создать целое семейство тепловозов, в т.ч. еще более мощные локомотивы ТЭ35 в одно – и двухсекционном исполнении.
Тепловоз 2ТЭ25К «Пересвет» – первый Российский магистральный двухсекционный 12-осный тепловоз с электрической передачей переменно-постоянного тока и коллекторными ТЭД (Рис.2.18, 2.19). По основным узлам тепловозы 2ТЭ25А и 2ТЭ25К унифицированы за исключением системы тяговых приводов.
Рисунок 2.18 – Магистральный грузовой тепловоз 2ТЭ25К «Пересвет»
|
Тяговая характеристика секции тепловоза 2ТЭ25А |
|
Тяговая характеристика секции тепловоза 2ТЭ25К |
Рисунок 2.19 – Тяговая характеристика секции тепловозов 2ТЭ25А и К
Тепловоз имеет блочно-модульную конструкцию, оснащен многофункциональной микропроцессорной системой управления, диагностики, системой поосного регулирования силы тяги, современными средствами обеспечения безопасности движения.
С целью улучшения экологии в районе работы маневровых локомотивов, а они, как правило, работают на вокзалах, сортировочных станциях, ОАО «РЖД» совместно с локомотивостроительными предприятиями ведет разработку локомотивов, позволяющих уменьшить загрязнение окружающей среды.
Так называемый «рваный» режим работы маневровых локомотивов – с частым торможением и разгонами, помимо увеличения расхода топлива, ведет к вредным выбросам отработавших газов. Работы по снижению выбросов локомотивами ведутся в следующих направлениях:
перевод дизелей тепловозов на газовое топливо;
оборудование тепловоза вместо одного мощного дизеля двумя меньшими, но дающие в сумме мощность одного;
разработка тепловозов с комбинированной (гибридной) силовой установкой;
использование биотоплива в качестве дизельного топлива
Газотепловоз ЧМЭ3Г (Рис.2.20) работает на природном газе, используемом в сочетании с дизельным топливом.
Рисунок 2.20 – Газотепловоз ЧМЭ3Г
В зависимости от режима работы давление газа на входе в цилиндре дизеля изменяется от 50 до 350 кПа. Предусмотрена возможность работы двигателя как на газовом, так и на дизельном топливе. Запаса газа на тепловозе хватает на 4 дня маневровой работы.
При работе тепловоза по газодизельному циклу значительно снижается образование вредных веществ в процессе горения топлива. Например, оксида углерода выделяется в 2,5 раза меньше, а сажи – в 4 раза, серных соединений – в 5 раз, а оксида азота – на 20% меньше.
Для внедрения новшества на сети дорог необходимо построить заправочные газовые колонки. Требуемые для этого затраты окупятся за счет экономии топлива в ходе эксплуатации газотепловоза.
Тепловоз ТЭ33 с двухдизельной установкой позволяет максимально эффективно оперировать мощностью, избегать перерасхода топлива и преждевременного износа силовой установки.
Двухдизельная установка тепловоза, состоящая из двух модульных дизель-генераторов, позволит значительно сократить расход топлива и снизить выбросы вредных веществ в окружающую среду. Оснащение тепловоза двумя дизелями обеспечит при необходимости работу локомотива на меньшей мощности с одним дизелем или, напротив, использовать возможности сразу двух дизелей.
Новый маневровый тепловоз с мощностью 1300 л.с. создается на экипажной части серийного маневрового тепловоза ТЭМ18ДМ. В конструкции локомотива предполагается использовать микропроцессорную систему управления, электронную систему контроля расхода топлива. Новая кабина тепловоза позволит улучшить работу локомотивной бригады.
Первый российский гибридный тепловоз ТЭМ35 обладает целым рядом существенных преимуществ. При одинаковой с серийными тепловозами мощности он расходует меньше топлива, требует меньших затрат на техническое обслуживание, более экологичен. Работа наиболее эффективна в режимах частых торможений, остановок, запуска и разгона тепловоза.
Тепловоз имеет шесть асинхронных двигателей мощностью 180 кВт каждый, дизель-генератор мощностью 800 кВт, интеллектуальную векторную систему управления тяговым электроприводом и накопителями энергии.
Векторная система управления обеспечивает передачу энергии ДГУ в накопитель и к двигателям, а также возврат рекуперации в накопитель.
Преимущества указанной системы:
увеличение ресурса работы колесных пар в полтора раза;
увеличение надежности и долговечности работы накопителей;
достижение современных стандартов автоматизации управления локомотивом, а также диагностики и тестирования;
уменьшение удельных затрат энергии на тягу на 40-50%.
ЗАО «Трансмашхолдинг» планирует начать в 2012 г. серийное производство тепловозов ТЭМ-35.
Двухосный локомотив с комбинированной (гибридной) установкой ТЭМ31 (Рис.2.21, Таблица 2.11), Предназначен для выполнения легких маневровых и хозяйственных работ промышленных предприятий с шириной колеи 1520 мм.
Рисунок 2.21 – Тепловоз ТЭМ31
Тепловоз предназначен для маневровой и выездной работы на промышленных предприятиях и служит для замены устаревшего парка маневровых тепловозов типа ТГМ, ЧМЭ3, ТЭМ2.
На локомотиве применены самые передовые технологии в области тепловозостроения:
управление тяговыми двигателями постоянного тока с помощью регуляторов, выполненных на IGBT-транзистора;
локальная сеть управления открытой архитектуры (включающая более десяти микропроцессорных устройств), которая объединяет все системы управления тепловозом, в том числе тягой и торможением, позволяющая осуществлять дистанционное управление тепловозом с помощью радиоканала, а также системы GPRS и Wi-Fi;
локомотивный тормоз с микропроцессорным управлением;
автоматический стояночный тормоз с электрическим приводом;
интеллектуальные пульты управления (основной и дополнительный) с собственными микропроцессорными устройствами;
центральное микропроцессорное устройство управления тепловозом типа БУЛ разработки ОАО «ВНИКТИ»;
На тепловозе ТЭМ31 используются следующие инновационные решения:
винтовой компрессор с системой плавного пуска;
вентилятор охлаждения тяговых двигателей с возможностью линейного регулирования расхода охлаждающего воздуха;
система удаленного контроля, сбора и хранения информации АСК;
дисплейный модуль отечественного производства.
Ориентировочная стоимость тепловоза – 20000 тыс. руб.
Таблица 2.11 – Технические характеристики тепловоза ТЭМ31
Наименование параметра |
Значение показателей |
1. Полная мощность, кВт (л.с.) |
440 (660) |
2. Конструкционная скорость |
80 |
3. Осевая формула |
О-2о-О |
4. Масса, т |
46 |
5. Длина, мм |
11000 |
6. Запас топлива, л |
2600 |
7. Производительность компрессора, м³/мин |
1,7 |
8. Скорость движения по площадке при весе состава 1000 т., км/час |
|
Данный локомотив специально разработан для эксплуатации на промышленных предприятиях, где около 50% работ можно выполнять локомотивами мощностью до 500 л. С., вместо тепловозов 800 - 1 200 л.с. (ТГМ23) Прошел заводские испытания и эксплуатацию на промышленных предприятиях. В ОАО «РЖД» применение тепловоза не планируется.
Маневровый тепловоз ТЭМ ТМХ (Рис.2.22, Табл.2.12) мощностью 970 кВт (1320 л.с.) с электрической передачей переменно-постоянного тока предназначен для выполнения тяжелых маневровых работ на железнодорожных путях ОАО «РЖД» и подъездных путях промышленных предприятий с умеренным климатом при темпера- туре окружающей среды от 313 К до 223 К (от + 40 °С до – 50 °С).
Рисунок 2.22 – Тепловоз ТЭМ ТМХ
Тепловоз ТЭМ ТМХ — совместный проект Брянского машиностроительного завода, чешской компании CZ LOKO и Вильнюсского депо по ремонту локомотивов. Тепловоз создан на базе главной рамы и тележек маневрового тепловоза ТЭМ18ДМ, с использованием оборудования, поставляемого компанией CZ LOKO.
В феврале 2011 г. в локомотивном депо Брянск-II Московской железной дороги тепловоз прошел эксплуатационные испытания (пробег) на маневрово-вывозной, горочной и хозяйственной работе (со снегоочистителем). Максимальный вес расформированного на горке состава — около 6000 тонн. Топливная экономичность по сравнению с тепловозом ЧМЭ-3 составила:
маневровая работа — 37,5 %;
горочная работа — 16,3 %;
вывозная работа — 46,8 %.
На тепловозе применен модульный принцип компоновки, что позволило установить башенную кабину машиниста и низкий капот. По экологическим показателям дизель соответствует требованиям стандарта EURO-3. Тепловоз ТЭМ ТМХ оборудован:
дизель-генератором «Locat 3508/ 631» в составе: дизеля Caterpillar 3508B (8ЧН17/19) мощностью 970 кВт (1320 л.с.) с применением антифриза в качестве охлаждающей жидкости; тягового генератора переменного тока типа 1ТC2 631-6BO29T и вспомогательного генератора переменного тока типа 1ТC2 631-6BO29P, фирмы «Siemens Drasov»;
электрической передачей переменно-постоянного тока;
электронной системой управления, контроля, защиты и диагностики; агрегатом компрессорным АКРВ 3,2/10 в составе винтового компрессора с асинхронным приводом;
электродинамическим тормозом с принудительным охлаждением; унифицированным комплексом тормозного оборудования УКТОЛ с краном машиниста с дистанционным управлением усл. № 130
системой «Webasto» предварительного прогрева теплоносителей при выключенном двигателе;
гребнесмазывателем типа АГС8;
стартерной и бортовой щелочными аккумуляторными батареями.
Управление тепловозом осуществляется из кабины, которая приподнята над капотом. На главную раму кабина устанавливается на четырех сайлент-блоках. Кабина имеет большую застекленную поверхность, гарантирующую хороший обзор. Лобовые окна с безопасным многослойным стеклом, с электрическим подогревом и солнцезащитными шторками имеют отрицательный уклон 10°.
Кабина имеет термо- и звукоизоляцию.
Кабина оборудована двумя диагонально установленными пультами управления. Оба пульта оснащены оборудованием для полноценного управления тепловозом.
В кабине находятся два подрессоренных, регулируемых в продольном направлении и по высоте кресла машиниста.
Для отопления в кабине устанавливается агрегат воздушного отопления Webasto и четыре теплообменника-калорифера XEROS-4000, использующих тепло из системы охлаждения дизеля. Кабина оборудована кондиционepом и плиткой Термофах.
Таблица 2.12 – Технические характеристики тепловоза ТЭМ ТМХ
Мощность тепловоза по дизелю, кВт (л.с.) |
970 (1 320) |
Осевая формула |
3о – 3о |
Служебная масса (при 2/3 запаса топлива и песка), т |
126 |
Статическая нагрузка от оси колесной пары на рельсы, кН (тс) |
206 (21) |
Сила тяги при трогании с места расчетная, кН (тс) |
319 (32,5) |
Сила тяги длительного режима, кН (тс) |
223 (22,8)* 265 (27)** |
Мощность электродинамического тормоза, кВт |
997 |
Скорость конструкционная, м/с (км/ч) |
27,8 (100) |
Скорость длительного режима, м/с (км/ч) |
2,75 (9,9)* 2,3 (8,3)** |
Минимальный радиус горизонтальной кривой, проходимой одиночным тепловозом, м |
80 |
Габарит по ГОСТ 9238-83 |
1-Т |
Длина тепловоза по осям автосцепок, мм |
16 900 |
Максимальная ширина, мм |
3 120 |
Максимальная высота по антенне, мм |
5 205 |
Экипировочные запасы, кг: |
|
- топлива |
3 500 |
- песка |
2 000 |
* — для тягового двигателя ЭД118А |
** — для тягового двигателя ЭД133 |
Инновационные технические решения в локомотивостроении – перевод дизельного парка тепловоза на новый вид топлива – биотопливо (Рис.2.23).
Биотопливо – моторное топливо, производимое из органического сырья, преимущественно растительного происхождения.
Рисунок 2.23 – Применение биотоплива на тепловозах