Лекция 13 Перспективы развития автоматизированных систем тепловозов в России и за рубежом.

Каким же образом машинист заставляет локомотив двигаться? Прежде всего он включает дизель. Для этого машинист должен выполнить несколько несложных манипуляций: включить на пульте управления кнопку «Топливный насос», а затем кнопку «Управление», и только после этого он может нажать на кнопку «Пуск дизеля». Прошло несколько секунд, и двигатель запустился. Из машинного помещения доносится равномерный шум, свидетельствующий о том, что дизель работает равномерно.

Всего три простых нажатия на кнопки пульта управления, а сколько процессов произошло за это время в системах тепловоза!

При включении кнопки «Топливный насос» замыкается цепь электродвигателя топливоподкачивающего насоса, который подаёт топливо из бака к двигателю.

Кнопка «Управление» позволяет подать ток в цепь пуска дизеля. Теперь при нажатии на кнопку «Пуск дизеля» срабатывает реле времени РВ, которое через специальный контактор создаёт цепь от аккумуляторной батареи к электродвигателю маслопрокачивающего насоса. Насос начинает работать и подаёт смазку в масляную систему двигателя в течение 85-95 сек. За это время масло успевает поступить ко всем трущимся деталям. Затем реле времени РВ разрывает цепь питания маслопрокачивающего насоса и включает пусковые контакторы, которые соединяют аккумуляторную батарею с генератором, работающим в период пуска как электродвигатель. Коленчатый вал дизеля начинает вращаться. Одновременно при включении пусковых контакторов специальный электропневматический клапан открывает доступ сжатого воздуха к воздушному поршню ускорителя пуска, который помогает топливному насосу регулятора быстро поднять давление, и рейка топливных насосов устанавливается на подачу нужного количества топлива.

От насосов топливо подаётся к форсункам, которые распыляют его по отдельным цилиндрам. Дизель начинает работать самостоятельно. При достижении в масляной системе давления 0,5-0,6 ат включается контакт реле давления масла, и кнопку «Пуск дизеля» можно отпустить.

Для приведения тепловоза в движение нужно ток от генератора направить в тяговые электродвигатели. Чтобы произошло образование требующихся для этой цели цепей, машинист переводит рукоятку реверсора в положение «Вперёд» или «Назад». Тока ещё нет, так как дизель работает на нулевой позиции контроллера.

Машинист переводит рукоятку контроллера на первую позицию. При этом срабатывает соответствующий электропневматический вентиль, и сжатый воздух при помощи поршня поворачивает реверсор в нужном направлении: контакты реверсора создают цепь обмотки возбуждения тяговых электродвигателей, а также цепь питания независимых обмоток возбудителя и возбуждения главного генератора. Ток от главного генератора поступает к тяговым электродвигателям. Тепловоз приходит в движение.

Постепенно переводя рукоятку контроллера в следующие положения, машинист увеличивает скорость движения состава.

Каждому положению рукоятки контроллера соответствует вполне определённое число оборотов коленчатого вала дизеля. При неизменной скорости движения тепловоза в цилиндры двигателя поступает вполне определённое количество топлива.

Регулятор автоматически изменяет подачу топлива для обеспечения установленного контроллером числа оборотов. Практика эксплуатации показала некоторые недостатки регуляторов. На каждой позиции контроллера необходимо ограничивать подачу топлива для предохранения дизеля от перегрузки, поэтому при больших нагрузках со стороны генератора дизель будет уменьшать обороты. Чтобы избежать этого, регулятор должен воздействовать на главный генератор, уменьшая нагрузку до допустимой величины. Удобнее всего уменьшить напряжение магнитного поля главного генератора путём включения реостата в цепь обмотки независимого возбуждения генератора. Подобный регулятор применяется на новых отечественных тепловозах ТЭ10.

На любом тепловозе имеется целый ряд других приборов, облегчающих работу машиниста. При разгоне поезда специальный автомат обеспечивает поддержание приблизительно постоянной величины тока в силовой цепи главного генератора и тяговых электродвигателей. Переключение тяговых двигателей или шунтировка их поля осуществляется другим автоматом. Специальное устройство предохраняет тяговые электродвигатели при буксовании. Автоматический регулятор ограничивает максимальное число оборотов коленчатого вала дизеля. Регулятор давления масла самостоятельно выключает двигатель при падении давления в системе смазки ниже допустимого. Термореле следит за температурой масла и воды. Машинисту остаётся наблюдать только за путевыми сигналами и поддерживать заданную скорость движения, перемещая рукоятку контроллера.

Автоматическая система тепловоза уже столь совершенна, что, кажется, ничего добавить или исключить из неё нельзя. Техника непрерывно движется вперёд. То, что казалось совершенным вчера, сегодня уже не соответствует последним достижениям науки.

Многочисленные контакторы несколько лет назад казались верхом достижений системы автоматики на тепловозе. Теперь ясны их недостатки. Периодически приходится проверять нажатие контактов. Если нажатие мало из-за неправильной регулировки или износа, контакторы перегреваются. При слишком большом нажатии контакты быстро изнашиваются. Поскольку переключающихся контакторов много, для поддержания их постоянно в нужном порядке требуются затраты работы и времени. На помощь тепловозостроителям пришли достижения радиоэлектроники в виде полупроводниковых бесконтактных аппаратов.

На британских железных дорогах уже более двух лет эксплуатируется тепловоз З₀ – З₀ «Кестрел» с дизелем мощностью 4000 л.с. при 1100 об/мин и весом в рабочем состоянии 126т.Максимальная скорость его движения 200 км/ч. Этот локомотив является гордостью английских тепловозостроителей. За сравнительно небольшой срок подтверждена надёжность системы электроники. Электрическая передача тепловоза имеет десятиполюсный генератор переменного тока, компактный силовой выпрямитель с кремниевыми вентилями и шесть тяговых электродвигателей, напряжение на которых регулируется при помощи тиристоров.

Все переключения на тепловозе «Кестрел» осуществляются электронными системами, изготовленными на сменных блоках с напечатанными электрическими цепями. Блоки легко вынимаются из шкафов, что позволяет быстро осматривать и заменять неисправные детали.

Тепловоз оборудован воздушной и электродинамической системами торможения. При торможении сигналы от датчиков давления в тормозной магистрали и от блоков сравнения токов тяговых электродвигателей поступают в блок регулирования возбуждения главного генератора, где они сравниваются. Затем автоматически выбирается ступень реостатного торможения.

Успехи автоматики позволили осуществить управление тепловозом по радио. В последние годы сталелитейная промышленность США стала применять радио для автоматического управления локомотивом на расстоянии при условии установившейся технологии в работе тепловоза. Стандартное автоматическое оборудование позволяет выполнить десять функций машиниста, включая разгон, торможение и вспомогательные операции.

Для дистанционного управления работой локомотива применяют радиосистемы с частотной модуляцией в диапазоне метровых волн. Эта система состоит из полупроводниковых приёмника и передатчика, а также источника питания.

Важным условием успешного дистанционного управления является подавление помех. Приёмник должен обеспечивать уверенный приём сигналов управления даже в том случае, если в зоне нахождения тепловоза будут проходить посторонние сигналы. И, наконец, радиооборудование должно отличаться особой надёжностью, что связано с требованием безопасности движения.

Такие тепловозы изготавливаются фирмой «Дженерал Электрик» и успешно эксплуатируются более чем 50 промышленными предприятиями США.

Дистанционное управление применяется и для тепловозов с гидравлической передачей. В 19069г. фирма «Хеншель» (ФРГ) изготовила тепловоз мощностью 250 л.с. для маневровых работ в меловом карьере. Локомотив используется для вождения поезда из 15 вагонов. После загрузки вагонов он вывозит их на магистральную линию, где их прицепляют к другому локомотиву. Всё управление осуществляет один человек на расстоянии по радио.

Использование дистанционного радиоуправления позволяет обойтись вместо двух одним человеком, который к тому же, стоя в стороне на каком-либо возвышении, имеет хороший обзор места работ. Кроме того, значительно улучшаются условия труда машиниста-оператора: нет шума, вибрации, отработавших газов. Всё это ведёт к повышению производительности труда.