Admin

Основные технические характеристики тепловозов, газотурбовозов и дизель-поездов

О ХАРАКТЕРИСТИКАХ ЛОКОМОТИВОВ И ИХ ПРЕДСТАВЛЕНИИ

К основным техническим характеристикам тепловозов, как и локомотивов с другими типами энергетических установок, относят ряд признаков, а также качественных и количественных параметров. Рассмотрим главные из них с некоторыми комментариями.

Назначение тепловоза (вид выполняемой работы). Обычно различают тепловозы поездные, маневровые и промышленные.

Поездные тепловозы обеспечивают основную работу железнодорожного транспорта — перевозки грузов и пассажиров, т.е. автономное движение поездов по железнодорожным линиям.

Поездные локомотивы делятся по виду работы на грузовые, пассажирские и универсальные.

Грузовые локомотивы, которые предназначены для вождения грузовых составов по магистральным путям, чтобы обеспечивать возможность движения современных поездов большой массы (порядка 3 — 6 тыс. т), должны быть способны реализовывать значительные величины силы тяги (до 60 кН на ведущую колесную пару и более).

Поэтому для грузовых тепловозов характерны большие мощности их энергетических установок. В условиях эксплуатации отечественных дорог они имеют не менее 8 — 12 ведущих колесных пар и обычно состоят, по крайней мере, из двух одинаковых секций. Таким образом, число секций тепловоза также относится к его основным характеристикам.

Пассажирские тепловозы отличаются от грузовых использованием мощности своей энергетической установки, в основном, на реализацию не столько силы тяги, сколько высокой скорости движения (до 160 — 180 км/ч). Для них не требуется большого числа ведущих колесных пар, от чего зависит величина силы тяги, но требуется больший диаметр ведущих колес, от которого зависит скорость поступательного движения. Поэтому пассажирские локомотивы обычно выполняются односекционными с двумя кабинами управления, исключающими необходимость разворота локомотива в конечных пунктах.

Универсальные тепловозы (обычно грузопассажирские) применяются в грузовом и пассажирском движениях, что оправдано при небольших размерах движения, характерных для отдельных малозагруженных линий, когда невыгодно эксплуатировать два разных типа локомотива. Универсальные тепловозы имеют меньшую мощность энергетических установок по сравнению с грузовыми и пассажирскими, и по значениям своих технических параметров занимают как бы промежуточное положение между ними.

Маневровые тепловозы выполняют вспомогательную, внутреннюю для железнодорожного транспорта, маневровую работу — передвижение отдельных вагонов или их групп на путях железнодорожных станций и подъездных путях промышленных предприятий в процессах формирования и расформирования составов, при погрузке и выгрузке вагонов, при их перестановке на ремонтных позициях и др.

Маневровые локомотивы, которые не используются в поездной работе, имеют существенно меньшую мощность по сравнению с поездными, поскольку перемещают меньшие составы и движутся с низкими скоростями. Наибольшее значение для них имеют такие качества, как автономность, присущая тепловозам, обеспечивающая возможность сво-
бодного перемещения вагонов по всем станционным и подъездным путям, в том числе неэлектрифицированным; высокая готовность к работе вообще и к ее переменным режимам, в особенности.

Именно поэтому в качестве маневровых и используются автономные локомотивы — тепловозы, имеющие мощность энергетической установки порядка 800 — 1000 кВт. На железных дорогах России — это, главным образом, шестиосные тепловозы серий ТЭМ2 и ЧМЭЗ. Для возможности реализации необходимых величин силы тяги маневровые тепловозы имеют ходовую часть и общий вес, практически одинаковые с одной секцией грузового тепловоза.

Для тяжелой маневровой работы (например, для надвига составов на сортировочные горки) создаются и так называемые маневрово-вывозные локомотивы большей мощности — до 1500 кВт (например, тепловозы серии ТЭМ7, которые, однако, не нашли на железных дорогах широкого применения).

Промышленные тепловозы выполняют аналогичные работы непосредственно на внутренних железнодорожных путях промышленных предприятий, как правило, без выхода на железнодорожные пути общего пользования.

Промышленные тепловозы, используемые для перемещения специализированных вагонов в технологических процессах промышленных предприятий, для внутренних перевозок по заводским и подъездным путям без выхода на пути общих железных дорог, имеют меньшую мощность (обычно до 500 кВт).

К локомотивам иногда относят моторные вагоны специализированного автономного пассажирского подвижного состава — дизельных поездов (дизель-поездов). Так как моторные и прицепные вагоны этих поездов не функционируют по отдельности, а всегда эксплуатируются в сцепе (или в виде отдельных секций, в которые входят один моторный вагон и один-два прицепных), эти поезда (включая их прицепные, несамоходные вагоны), так же как и рельсовые автобусы и автомотрисы, относят к автономному тяговому подвижному составу.

- Обозначение серий локомотивов любого типа, т.е. машин, построенных по одному проекту, на железных дорогах России принято заглавными буквами русского алфавита.

У первых серий новых тепловозов Щэл, Ээл, Эмх, Оэл буква серии принималась по серии паровоза одинаковой мощности, а верхние индексы указывали на тип передачи: электрический, механический.

После 1946 г. обозначения серий тепловозов на отечественных дорогах начинаются с заглавной буквы Т (тепловоз), вторая, следующая за ней (также прописная) буква (Э или Г) указывает на тип передачи тепловоза: электрическая или гидравлическая передача.

В обозначения серий пассажирских и маневровых тепловозов включена третья буква, указывающая на их назначение: П (пассажирский) или М (маневровый). Так составлены обозначения серий тепловозов ТЭ и ТГ (грузовые), ТЭП и ТГП (пассажирские), ТЭМ и ТГМ (маневровые).

Для конкретных серий тепловозов эти обозначения дополняются цифровой частью, которая представляет собой порядковый номер разработки завода-изготовителя. Так, серии магистральных тепловозов СССР с номерами от 1 по 40 разработаны Харьковским заводом им. Малышева (например, ТЭЗ, ТЭП7, ТЭ10, ТЭ40), номера серий 50 — 99 были отведены тепловозам Коломенского завода (ТГП50, ТЭП60, ТЭП70, ТЭП80), номера 100 и выше присваивались тепловозам Луганского завода (ТГ102, ТЭ114, ТЭ116, ТЭ121, ТЭ136).

У маневровых тепловозов номер серии не связан с заводом-изготовителем: ТЭМ2, ТГМЗ, ТГМ6, ТЭМ7, ТЭМ18Г — возрастает хронологически.

У обозначений грузовых двухсекционных тепловозов перед серией ставится цифра 2 (или 3, 4 — при большем числе секций), например, 2ТЭ116, ЗТЭ10М, 4ТЭ10С. Буква после цифровой части несет информацию о вариантах конструкции: М — модернизированный, Г — на газовом топливе и др.

Проекты и опытные образцы новых российских тепловозов обозначают по принципу, похожему на прежние обозначения, но в качестве отличия серии используют (по типу, который применяли ранее североамериканские производители тепловозов) двузначное число, которое соответствует числу сотен киловатт эффективной мощности энергетической установки секции тепловоза (например, 2ТЭ25 — двухсекционный грузовой локомотив, мощность дизеля которого в каждой секции составляет 2500 кВт).

В обозначениях серий локомотивов, работающих в России, но построенных за рубежом, имеются буквы, указывающие на страну-изготовитель (например, маневровые тепловозы ЧМЭЗ, которые в советское время были поставлены из Чехословакии).

В других странах обозначения серий тепловозов устанавливаются либо централизованно железными дорогами (во Франции, где серия локомотива обозначается двумя первыми цифрами пятизначного номера локомотива, например, 70000, 72000 и др.; в Великобритании серия тепловозов обозначается ее двузначным порядковым номером, например, 56, 58), либо фирмами-изготовителями, как в США. Общим является стремление вложить в обозначение серии локомотивов смысловое содержание.

- Осевая формула тепловоза (или осевая характеристика) отражает число, расположение и назначение осей (колесных пар) локомотива. Для обычных паровозов в России и СССР она представлялась в виде трех цифр, которые разделены знаками «—» или «+» (тире или плюс).

Каждая из цифр последовательно соответствует числу направляющих (или бегунковых), ведущих и поддерживающих колесных пар, например, 1—5—1, 2—4—2, 0—5—0. Нуль означает отсутствие в экипажной части колесных пар данного назначения.

Для тележечных локомотивов — тепловозов, все колесные пары которых обычно служат ведущими, нули в соответствующих разрядах не ставятся. В формулах отражается число ведущих колесных пар по тележкам (цифра 2, 3 или 4), дополняемая нижним индексом «0», если ведущие колесные пары имеют индивидуальный привод (от отдельного тягового электродвигателя). Например, односекционный 6-осный пассажирский тепловоз серии ТЭП70 имеет осевую формулу Зо—Зо, которая показывает, что у тепловоза две 3-осных тележки с индивидуальным тяговым приводом. Знак «—» (тире) означает, что тележки не соединены между собой (не сочленены).

Для двухсекционного грузового тепловоза 2ТЭ116, у которого секции соединены (сцеплены) между собой, что отражает знак «+», осевая формула выглядит так: Зо—Зо+Зо—Зо или проще 2(Зо—Зо). Соответственно, для 8-осных тепловозов, у которых 4-осные тележки образованы путем объединения двух 2-осных (например, тепловозы серий ТЭМ7 и ТЭ136), осевая формула выглядит так: 2o+2q—2о+2о-

Необходимо заметить, что в технической литературе иногда понятие «осевая формула» заменяют выражением «колесная формула», считая их эквивалентными и используя те же обозначения. Это ошибочно, хотя ошибка эта достаточно распространена.

Понятие «колесная формула» действительно существует и использовалось для характеристики экипажа паровозов в США и в Германии, иногда по традиции используется и сейчас для тепловозов, но оно (понятие) означает не число
осей (колесных пар) любого локомотива, а именно число его колес, которое, естественно, в два раза больше числа осей. Так, для паровоза с осевой формулой 1—5—0 колесная формула выглядит как 2—10—0, т.е. все цифры удвоены (именно поэтому для обозначения этого типа паровозов с пятью ведущими осями в первой трети прошлого столетия в США использовалось наименование «декапод» — по биологической классификации десятиногих ракообразных).

В США и других странах различие осевой и колесной формул специально подчеркивается тем, что обе формулы для тепловозов пишутся по-разному. Осевая формула шестиосного тепловоза пишется: Со—Со или просто СС (С — третья буква латинского алфавита и в формуле она равнозначна цифре 3 в российском написании осевой формулы). Колесную формулу для такого же типа тепловоза в США пишут как 0660.

- Сцепной вес и средняя нагрузка от ведущей оси на рельсы (Рк и 2П соответственно) с введением международной системы единиц необходимо измерять именно в единицах силы — в данном случае в килоньютонах (кН). Традиционно, однако, используются и попадают в печать числовые значения в несистемных единицах — тоннах-силы (тс). В этих единицах в СССР устанавливались нормативные значения допустимых нагрузок от оси на рельсы (например, 20 тс, 23,5 тс, 25 тс и др.).

Часто перевод этих чисел в современные единицы в проектах и литературе проводят формальным умножением на 9,81 (1 тс = 9,81 кН). Это тоже ошибка. Поступающие так прошли мимо курса школьной физики.

При подобном умножении на 9,81, например, осевой нагрузки 24 тс (две значащих цифры) получают 235,4 кН (четырехзначное число). Этим создается иллюзия высокой точности числа, когда его погрешность находится в пятом разряде числа (т.е. действительное значение может лежать в пределах 235,36 — 235,45 кН). Но с точностью не только до пятого, но и до четвертого знака эту величину физически невозможно измерить. Именно поэтому их нормативы устанавливались двузначными, т.е. с двумя значащими цифрами. А в проектных документах при этих числах указывалось (и указывается сейчас) допуск ±5 %, который и показывает на реальные диапазоны значений осевых нагрузок.

Поэтому при формальном переводе величин путем умножения получаемый результат необходимо округлять, по крайней мере, до трех значащих цифр, заменяя остальные нулями.

На практике, в частности, в тяговых расчетах, удобно при переводе единиц принимать соотношение 1 тс = 10 кН, которое избавляет от появления незначащих цифр. Максимальная величина кажущейся погрешности при таком подходе не превышает 1,9 %, что находится в пределах принятого допуска ±5 %.

С формальным использованием международных единиц связаны возможности еще одной неточности. Иногда понимают, что международная система единиц «отменила» или даже запретила понятие «веса», заменив его понятием массы. Но это не так. Не надо просто смешивать понятия веса и массы или считать их равнозначными.

Вес — это сила, сила тяжести, сила, с которой тело действует на опору. Поэтому именно о весе приходится говорить, когда речь, как в данном случае, идет о воздействии локомотива на путь.

Масса — скалярная величина, она используется как мера инертности тела или количества вещества. Понятие массы используется для характеристики, например, количеств, т.е. масс перевезенных грузов, или затрат материалов на постройку единиц подвижного состава. Можно говорить и о массе локомотива, но это будет лишь характеристикой затрат металла на его постройку и других материалов, необходимых для его экипировки.

Если не обращать на это внимания, то возникают неточные подмены. Например, вместо коэффициента использования сцепного веса локомотива, который является важной характеристикой его экипажной части, иногда пишут «коэффициент использования сцепной массы». Это неудачно. Любую массу «используют» тогда, когда ее потребляют: из массы руды выплавляют определенную массу металла; используя последнюю, строят локомотивы и др. Массу же локомотива при его эксплуатации использовать (т.е. «употребить») нельзя. Полезно «использовать» его массу можно лишь, списывая устаревший локомотив в металлолом.

А тяговые качества локомотива, связанные с силами тяги и сцепления, зависят именно от коэффициента использования его сцепного веса.

Кстати, надо предостеречь еще от одной возможной погрешности при чтении или переводе англоязычной технической литературы. В США, в частности, когда речь идет о грузопотоках, загрузке вагонов и т.п., характеризуемых именно массой, измеряют последнюю, как это и положено, в тоннах. Но распространено измерение подобных величин не в метрических тоннах, как поступаем мы, а в так называемых «коротких» (short) тоннах (сокращенное обозначение — sh tn).

1 короткая тонна равна не тысяче килограммов, а всего 907,2 кг. Иногда сокращение «sh» в обозначении единицы выпадает или опускается, когда должно быть читателю известно, о чем идет речь. Приходится быть бдительными, чтобы не придти к неточным оценкам. Одновременно в США есть и «длинные» тонны (их обозначают — Itn). Их величина ближе к метрической тонне, но тоже не равна ей: 1 Itn = 1016,0 кг.

0 Мощность тепловоза. Понятие мощности локомотива нуждается в конкретизации. Дело в том, что в разных странах под мощностью тепловоза подразумеваются различные величины.

В СССР и некоторых других странах было принято (в современной России, по традиции, принято и сейчас) под мощностью тепловоза (или его секции) понимать величину наибольшей эффективной мощности Ne его (ее) дизеля на расчетном режиме (номинальная частота вращения коленчатого вала и максимальная цикловая подача топлива). Строго говоря, это не мощность локомотива, а мощность его энергетической установки, т.е. характеристика дизеля тепловоза.

Действительная полезная мощность локомотива, используемая на тягу поездов, это тяговая мощность, развиваемая локомотивом на расчетном режиме на его ведущих колесах (расчетная величина его «касательной» мощности).

Величина тяговой мощности NK характеризует тяговые возможности тепловоза. Она определяется расчетными тяговыми параметрами тепловоза: расчетной величиной касательной силы тяги FKp (кН) и величиной скорости на расчетном подъеме vp (км/ч), у тепловозов с электрической передачей соответствующими продолжительному режиму работы тяговых электродвигателей (по силе тока), и численно равна их произведению. С учетом принятых выше единиц измерения NK = 0,278-FKp-vp (кВт).

На железных дорогах США мощностью тепловоза считают величину мощности, передаваемой от дизеля «на тягу» NT, которая меньше эффективной мощности дизеля на величину мощности, потребляемой вспомогательным оборудованием тепловоза. В среднем эта доля у американских тепловозов оценивается в 10 %. Следовательно, за величину мощности тепловоза на американских железных дорогах принимают не величину эффективной мощности дизеля Ne, а величину NT, практически равную 0,9Ne.

При сопоставлении параметров тепловозов, построенных в разных странах, необходимо иметь это в виду.

По поводу мощности следует сделать замечание, аналогичное приведенному в предыдущем пункте. Мощность дизелей тепловозов до введения международной системы единиц в СССР измеряли в лошадиных силах (л.с.). Типаж дизелей предусматривал весьма «круглые» четырехзначные значения: 2000, 3000, 4000 и 6000 л.с., практически с одной действительно значащей цифрой. Формальный перевод этих величин в киловатты (кВт), который, к сожалению, часто используется (результаты его попадают в проекты и печать), при умножении на 0,7355 (1 л.с. = 735,5 Вт) превращает их в четырехзначные со всеми значащими цифрами (!), т.е. в 1471; 2206,5; 2942 и 4413 кВт. Но с точностью до четвертого знака эти величины невозможно измерить.

Ясно, что приведение в качестве значения мощности секции тепловоза типа 2ТЭ10, дизель которой имеет Ne = 3000 л.с., величины 2206,5 кВт (или даже 2208 кВт, если округляют соотношение единиц до 1 л.с. = 0,736 кВт), по меньшей мере, нелепо.

Поэтому их надо округлять, по крайней мере, до трех значащих цифр, а именно до 2200 или до 2210 кВт (или, в крайнем случае, до 2205 кВт). Так же надо поступать и с другими величинами из приведенного выше мощностного ряда, округляя их до 1470, 2940 и 4400 кВт соответственно.

Кстати, при сравнении и переводе с данными тепловозов США и Великобритании необходимо иметь в виду, что в этих странах за лошадиную силу (hp) принята мощность не 735,5 Вт (метрическая л.с.), а 745,7 Вт.

- Скорость движения. К характеристикам локомотивов относятся два основных значения величины скорости их движения: О — скорость на расчетном подъеме (или расчетная скорость), которая уже упоминалась выше, и © — конструкционная скорость, максимально допустимая величина скорости локомотива при его эксплуатации. Единицей измерения скорости движения во всех видах транспорта служит 1 километр в час (км/ч). Эта же привычная единица принята в тяговых расчетах на отечественных железных дорогах.

В последнее время в публикациях стали появляться представления скоростей движения локомотивов в основных единицах СИ, т.е. в метрах в секунду. Формально это правильно, но неудобно и, главное, непонятно и непривычно. Любые нововведения должны быть как-то оправданы.

А тут, например, представляется величина скорости движения тепловоза на расчетном подъеме 5,14 м/с. Сразу возникают два вопроса. Первый — это много или мало, с чем сравнить, чтобы оценить? Второй вопрос — как измеряли скорость с точностью до одного сантиметра в секунду? Ведь и пройденный путь для этого надо измерить в сантиметрах. А график и расписание движения представлять в секундах.

Или в характеристиках локомотива указывают величину его конструкционной скорости — 33,3 м/с. Естественно спросить, почему установлено такое «некруглое» значение, с десятыми долями. Почему не 33 или 34 м/с на худой конец? Ответ же прост — скорость составляет 120 км/ч, что просто и понятно. Но зачем же тогда делать простое и понятное — непростым и трудно воспринимаемым?

Для железнодорожных транспортных расстояний наиболее удобен в качестве единицы измерения длины именно километр, так как длины перегонов, участков, тяговых плеч составляют от единиц до сотен километров. Поэтому и скорость движения транспортных средств, как величину производную от пути, во всем мире принято измерять и представлять в километрах в час (иногда в США и Великобритании — в милях в час), но не в метрах или сантиметрах в секунду ли, в минуту ли.

(Окончание следует)

Д-р техн. наук В.Д. КУЗЬМИЧ, профессор МИИТа, заслуженный деятель науки и техники РФ

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Если у вас возникли вопросы по работе сайте - пишите на почту admin@scbist.com

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin