Admin

Знакомьтесь: маневрово-вывозной тепловоз ТЭМ14М

С.С. СТАРОСТИН, ОАО «РЖД»,
С.П. КАЛУГИН, РУТ(МИИТ)

В настоящее время на железных дорогах мира основным видом эксплуатируемых локомотивов являются тепловозы. Среди них особым успехом пользуются высокоэффективные тяговые единицы, способные заменять значительное количество локомотивов старых конструкций, при высокой производительности и низкой себестоимости работы. Важным современным требованием является эффективная универсальность — возможность делать любую тяговую работу — перевозить любые составы вагонов: от небольших до самых тяжелых, обеспечивая низкую стоимость как тонно-километра, так и локомотиво-часа во всех случаях. В нашей стране создание такой техники возможно в формате восьмиосных экипажей. Так, 2019 г. ознаменовался выходом в свет новой модели — маневрово-вывозного тепловоза ТЭМ14М.


Тепловоз ТЭМ14М с объявленной мощностью по дизелям I860 кВт (2530 л.с.) выполнен с длиной по автосцепкам 21500 мм, в статическом габарите 1-Т по ГОСТ 9238 и предназначен для выполнения маневрово-вывозной и горочной работы на железных дорогах Российской Федерации колеи 1520 мм, однако может использоваться и на железных дорогах других государств с соответствующей инфраструктурой.
Локомотив изготовлен для работы в условиях умеренного климата по ГОСТ 16350 — исполнение У, категория исполнения тепловоза и его оборудования 1,2,3 по ГОСТ 15150. Диапазон предельных рабочих температур наружного воздуха для бесперебойной работы тепловоза составляет от минус 50 до плюс 45 °C. Назначенный срок службы — 40 лет. Предприятие-изготовитель локомотива — АО «Людиновский тепловозостроительный завод», который с 2007 года входит в состав АО «Синара — Транспортные Машины» (холдинга СТМ).

ТЭМ14М (рис. 1, см. также с. 3,4 обложки) является двухдизельным односекционным восьмиосным локомотивом с конструкционной скоростью 27,7 м/с (100 км/ч), скоростью длительного режима 10,5 км/ч, нагрузкой от колесной пары на рельсы 23 ± 3 % тс. Локомотив имеет одну кабину, приспособленную для управления в одно лицо, электрическую передачу переменно-постоянного тока, индивидуальный привод колесных пар.
В соответствии с компоновочным чертежом, представленном на рис. 2, оборудование тепловоза монтируется на главной раме, которая устанавливается на две четырехосные тележки. На главной раме располагается кузов тепловоза, который разделяется на кузов машинного отделения, вспомогательный кузов для высоковольтной
камеры, кабину машиниста, кузов аккумуляторов, вспомогательный кузов для шкафа электроаппаратов. По концам кузова располагаются песочные бункеры.

В машинном отделении размещены два дизель-генератора, компрессор с электродвигателем и другие вспомогательные системы и агрегаты. Над дизель-генераторами расположены два охлаждающих устройства (холодильника). Между дизель-генераторами образован отсек чистого воздуха, в котором расположены два центробежных вентилятора для охлаждения электрического оборудования. Питание электродвигателей вентиляторов на тепловозе ТЭМ14М происходит от автономных инверторов.
В высоковольтной камере расположена электроаппаратура систем управления тепловозом. Электро- и пневмомонтаж камеры выполнены по-новому, с применением современных технологий.
В кабине машиниста установлены основной и вспомогательный пульты управления, контрольно-измерительные приборы, необходимые для управления тепловозом и контроля за работой силовой установки и тормозного оборудования.
Каждый дизель-генератор представляет собой силовую установку, состоящую из дизеля и тягового агрегата, которые соединены между собой муфтой. При неработающем дизеле источником питания для пуска дизелей и освещения служит аккумуляторная батарея. Пуск каждого дизеля осуществляется стартер-генератором в составе одновального тягового электромашинного агрегата, который после пуска дизеля обеспечивает электроэнергией вспомогательные цепи постоянного тока номинальным напряжением 110 В и электродвигатель компрессора. На тепловозе предусмотрен предпусковой подогрев дизелей жидкостными подогревателями при низких температурах окружающего воздуха.
Источником энергии для тяговых электродвигателей и асинхронных вспомогательных электромашин являются тяговые генераторы, входящие в состав тяговых электромашинных агрегатов.
На тепловозе применена электрическая передача переменнопостоянного тока, которая состоит из двух тяговых генераторов в составе тяговых электромашинных агрегатов, двух выпрямителей, коммутационной аппаратуры управления и восьми тяговых электродвигателей.

Тепловоз оборудован пневматическим автоматическим тормозом для торможения поезда, пневматическим прямодействующим тормозом для торможения только локомотива, электрическим реостатным остановочным тормозом мощностью 1400 кВт, обеспечивающим безъюзное торможение во всем диапазоне скоростей и рабочих давлений в тормозных цилиндрах.
Экипажная (ходовая) часть, состоящая из двух четырехосных тележек с колесной базой 6300 мм, обеспечивает необходимые динамические качества тепловоза в соответствии с «Нормами для расчета и оценки прочности несущих элементов и динамических качеств экипажной части новых и модернизированных локомотивов железных дорог МПС РФ колеи 1520 мм». Экипаж обеспечивает вписывание в кривые участки пути с радиусом не менее 80 м.
Тепловоз оборудован автоматической локомотивной сигнализацией, комплексом средств сбора и регистрации данных, регистратором параметров движения тепловоза, телемеханической системой контроля бодрствования машиниста, средствами обогрева и вентиляции кабины машиниста, пожаротушения, сигнальными и осветительными устройствами, радиостанцией, электрическими стеклоочистителями и стеклоомывателями.
Обеспечивается возможность работы тепловоза по системе двух, трех, четырех секций в составе одной тяговой единицы с полным контролем всех секций с одного пульта кабины передней или задней секции. Возможна организация работы тепловозами иной (практически любой) составное™.
Силовой установкой на тепловозе служат два дизель-генератора (ДГ) ДГ900Т общей мощностью 1764 кВт. Каждый дизель-генератор сухой массой 14280 кг состоит из дизеля 6ЧН18,5/21,5 по ГОСТ 10150 (этот дизель получил торговое наименование 6ДМ-185Т) и электро-машинного тягового агрегата АТТ-882УХЛ2, смонтированных на общей раме и соединенных муфтой.
Дизель 6ЧН18,5/21,5 четырехтактный, рядный шестицилиндровый, тронковый, нереверсивный, с жидкостным охлаждением, газотурбинным наддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха, с диаметром цилиндра и ходом поршня, соответствующими числителю и знаменателю дроби в обозначении по ГОСТ. Следует отметить не только хорошие нагрузочные характеристики, но и экономичность — часовой расход составляет всего от 3,9 кг дизельного топлива.
Коленчатый вал дизеля соединяется с валом генератора при помощи высокоэластичной муфты фирмы Voith. Основное предназначение данной конструкции муфты — это сдвиг резонансной частоты в докритическую зону и гашение крутильных колебаний посредством уменьшения их амплитуд. В качестве пружинного элемента в муфте использован специальный высокоэластичный эластомер, обладающий хорошими демпфирующими свойствами.
Главная рама тепловоза воспринимает продольные, тяговые, ударные и сжимающие усилия, а также вертикальные усилия от веса установленного на ней и подвешенного оборудования.
На расстоянии 10900 мм друг от друга на раме сделаны усиления коробчатого сечения для установки шкворней и сбоку от них приварены литые кронштейны для боковых опор рамы.
К хребтовым балкам и обносным швеллерам, по четыре вокруг каждого шкворня, приварены кронштейны для подъемки тепловоза при ремонтах с выкаткой тележек.
Воздуховоды в раме тепловоза в районе установки дизеля, тягового генератора и высоковольтной камеры являются одновременно силовыми элементами рамы. Внутри рамы устанавливается догружающий и уравновешивающий балласт.
Конструкция всех четырех двухосных тележек с колесной базой 2100 мм одинакова, за исключением того, что на двух тележках, расположенных ближе к концам тепловоза, установлены кронштейны, к которым крепятся пластинчатые демпферы. Они служат для гашения горизонтальных колебаний — виляния экипажа тепловоза. Одна крайняя задняя тележка имеет привод стояночного ручного тормоза на обе оси.

Две двухосные тележки традиционно объединены в четырехосную посредством Н-образной сварной промежуточной рамы, четырех маятниковых подвесок и двух механизмов передачи силы тяги. Благодаря наличию шарниров в головках маятниковых подвесок и в наклонных тягах механизмов передачи силы тяги двухосные тележки имеют возможность совершать необходимые перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях при движении тепловоза.
Вертикальная нагрузка на тележку передается через четыре роликовые опоры, расположенные радиально относительно шкворневого узла на верхних плитах второй ступени рессорного подвешивания, далее — через пружины второй ступени на промежуточную раму и через маятниковые подвески на рамы двухосных тележек. В двухосной тележке нагрузка от рамы через пружины первой ступени рессорного подвешивания и буксовые узлы передается на колесные пары.
Поперечные и продольные усилия от четырехосной тележки на главную раму передаются через низкоопущенный шкворень. Нижняя часть шкворня входит в шкворневое устройство, которое установлено в промежуточной раме. Конструкторы локомотива предусмотрели удобную выпрессовку шкворня из рамы с помощью ручного гидравлического пресса. Масло давлением 250 МПа к посадочной поверхности передается через отверстие, имеющееся во втулке.
Для повышения тяговых свойств тепловоза при трогании с места имеются два пневматических догружателя. Они установлены над кронштейнами двухосных тележек. В работу включается один, первый по ходу движения тепловоза, догружатель. Включаются догру-жатели из кабины машиниста и выключаются автоматически при достижении тепловозом скорости 10 км/ч. Вертикальные перемещения двухосной тележки относительно главной рамы компенсируются резинокордной оболочкой.
Колебания пружин второй ступени экипажа гасятся гидравлическими гасителями.
В целом, экипаж и колесно-моторные блоки имеют ставшую уже традиционной для подобных локомотивов конструкцию. Новые колеса имеют стандартный для тепловозов диаметр 1050 мм и рассчитаны на износ до предельного размера в 980 мм. Опоры и тяги маятниковой подвески выполнены из легированной стали 38ХС. Для передачи силы тяги и тормозных усилий от двухосных тележек к промежуточной раме служит рычажная система механизма передачи тяги.
При изготовлении на оси локомотива тепловым методом с натягом от 0,15 до 0,23 мм насаживаются прямозубые упругие самоуста-навливающиеся зубчатые колеса, которые успешно обеспечивают работу односторонней тяговой передачи.
Рычажная передача тормоза — двухстороннего действия. Для предохранения от возможного бокового сползания колодок с колеса установлены поперечные стяжки.
Кроме пневматических тормозов, тепловоз оборудован стояночным ручным тормозом, который приводит в действие рычажную передачу крайней двухосной тележки, расположенной под кабиной машиниста. Ручной стояночный тормоз используется при длительной стоянке тепловоза и может удерживать тепловоз на уклоне 30 %о. На таком уклоне необходимо проворачивать маховик редуктора с усилием 350 Н (35 кгс).
Автосцепка СА-3, работающая с поглощающим аппаратом ТЗ, в кривых участках пути малого радиуса принудительно отклоняется специальным устройством, использующим продольный торсион и обладающим свойством автоматической сцепляемости в таких условиях. Следует отметить, что тепловоз успешно работает при прохождении горба сортировочной горки.


Для автоматического расцепа автосцепки из кабины машиниста под каждым стяжным ящиком установлены по одному пневмоцилиндру с рычажной передачей и цепью. При работе локомотива несколькими секциями срабатывает одна из крайних автосцепок всей тяговой единицы.
В задней части рамы тепловоза, перед капотом аккумуляторной батареи, на четырех резинометаллических конических амортизаторах установлена кабина машиниста.
На передней и задней стенках кабины, по диагонали, расположены две двери для входа и выхода из кабины на переднюю левую и заднюю правую галереи тепловоза. Изнутри на передней стенке кабины установлены блок микропроцессорной системы управления штурвал маховика ручного тормоза, шкаф для одежды и дверь для входа в высоковольтную камеру.
На задней стенке кабины конструкторы предусмотрели холодильник для бортового питания персонала, а за тремя дверьми интерьера кабины — различное электро- и пневмооборудование, в том числе блоки радиооборудования МБР, питания ИП, электропневматиче-ского клапана автостопа ЭПК-153А. На средней двери установлено сиденье машиниста-инструктора, а за дверью находится откидной умывальник.
По углам кабины, напротив входных дверей, расположены пульты управления: основной, с краном машиниста № 395М, — на передней стенке; вспомогательный пульт — на задней стенке. Напротив пультов управления на поворотных каретках установлены кресла машинистов КЛ-7500, обеспечивающие все регулировки при массе машиниста 60 — 120 кг. В тумбе вспомогательного пульта управления расположен водяной калорифер. Снаружи на боковых стенках кабины установлены параваны, зеркала заднего вида и откидные козырьки.
С целью создания комфортных условий для работы локомотивной бригады в кабине машиниста тепловоз оборудован моноблочным кондиционером КЖ2-0,5.011 Д-02, который размещается на кузове высоковольтной камеры. Кондиционер оснащен ТЭНами для подогрева кабины при температуре наружного воздуха ниже минус 5 °C. Раздача приточного воздуха осуществляется через потолочные панели кабины.

При входе в высоковольтную камеру слева открывается доступ к панели контакторов, автоматических выключателей, монтажных зажимов и рубильнику аккумуляторной батареи. Далее расположены контакторы КШ ослабления поля, переключатели соединения ТЭД и тормоза, а также реверсор. Доступ к крупным аппаратам возможен и со стороны левой галереи тепловоза, что позволяет работать с ними в четыре руки — вместе с помощником.
Там же расположена панель контакторов, автоматов. В самом низу панели установлен инвертор напряжения электродвигателя блока ЭДТ. Однако, чтобы получить доступ к этой панели, нужно выйти из кабины на галерею и закрыть за собой дверь — панель расположена прямо перед кабиной машиниста.
Справа на полу высоковольтной камеры расположены восемь поездных контакторов тепловоза, дугогасительные камеры которых видны сразу при входе в ВВК. Это очень удобно при работе: во-первых, дугогасительные камеры удобны для снятия; во-вторых, можно достаточно удобно работать с монтажом ВВК. Чуть выше сзади находятся контакторы возбуждения ТЭД при электродинамическом торможении. На правой внутренней панели расположены автоматы, реле, регуляторы, блоки.
Пройдя через две длинные галереи и переднюю площадку, вокруг всех передних капотных кузовов локомотива, получаем доступ к наружной правой части высоковольтной камеры, где на правой внешней панели вместе с резисторами, блоками, преобразователями расположен ряд предохранителей.
Низ потолка ВВК также не пустует — там расположены настроечные и другие резисторы, диоды развязок, другое оборудование.

На тепловозе установлена система микропроцессорного управления, регулирования и диагностики (СМУРД) производства ООО ПКФ «Полет» ЯТАУ.421417.016ТУ. Система состоит из набора вычислительных и периферийных блоков, соединенных между собой и электрической схемой тепловоза комплектом кабелей.
К вычислительным блокам относятся блок регулирования и контроля БРК-14 и дисплейный модуль ДМ-3732 (ДМ), расположенный в основном пульте машиниста. Блок БРК-14 и модуль ДМ работают под управлением встроенного в них специального программного обеспечения и связаны между собой последовательным интерфейсом типа RS-232. Вычислительные блоки БРК-14 различных тепловозных секций объединены между собой тепловозной шиной, выполненной с использованием интерфейсов типа RS-485.
Все остальные блоки системы относят к периферийным. Периферийные блоки реализуют функции ввода, вывода, преобра
зования и согласования уровней сигналов оборудования тепловоза и вычислительных блоков. Среди них — хорошо известный блок регулятора электрического тормоза (РЭТ). В цепях защиты КЗ предусмотрен блок выпрямителей БВ-1 (БВ).
Блок контроллера машиниста (БКМ) — расположенная на пульте машиниста панель джойстиков с индикацией номера позиции КМ. Блок вспомогательной индикации (БВИ) отображает служебную информацию в виде мнемонических знаков.
Преобразователи напряжения и тока ЭП2716 (ПНТ) при диапазонах измерения по напряжениям 0,075 — 1500 В являются универсальными устройствами. Совместно с соответствующими шунтами (резисторами) они служат датчиками токов всех восьми ТЭД, токов возбуждения и выходного напряжения обоих тяговых генераторов, тока возбуждения ТЭД при электродинамическом торможении. Шунт точно такого же преобразователя находится и в цепи зарядки аккумуляторной батареи.
Новые модели СМУРД ЯТАУ имеют все больше упрощений внешних частей электросхем. Однако полного прямого управления всеми функциями, особенно силовых цепей, пока нет. Так, каждый регулятор напряжения (БРН) подключен к отрицательному выводу генераторной обмотки возбуждения стартер-генератора напрямую. Что касается цепей возбуждения тяговых генераторов, то здесь картина иная — между шунтами возбуждения генераторов и «управляющими» зажимами каждого ключа регулирования возбуждения КРВ-150АУ2П (КРВ) установлены как диоды, так и резисторы гашения поля.
На примере эволюции тепловозов ТЭМ14 хорошо прослеживаются основные тренды в конструкции современных локомотивов. Например, это все больший уход от устаревшей релейно-контакторной аппаратуры. Если на тепловозах ТЭМ14 стоковой, базовой конструкции такое управление было на большинстве вентиляторов, причем не только включение, но и изменение скорости осуществлялись путем контакторного переключения обмоток статоров электромашин, то на ТЭМ14М применяются инверторы напряжения.
Питание модуля ДМ и преобразователей ЭП2716, а также отдельных датчиков и преобразователей из состава тепловоза производится от встроенных в блок БРК-14 стабилизированных источников постоянного тока напряжением 48,24 и 15 В. Питание остальных блоков системы осуществляется от бортовой сети тепловоза напряжением 110 В постоянного тока с сохранением работоспособности и всех параметров в диапазоне напряжений питания от 70 до 140 В.
В машинном отделении в верхней части кузовов тепловоза расположены осевые вентиляторы с электродвигателями рДМ180 LB, мощностью 30 кВт каждый при создаваемом инверторами линейном напряжении 220 В: по два — в холодильниках ДГУ и один — в блоке ЭДТ.

Самыми крупными электрическими машинами тепловоза являются тяговые электромашинные агрегаты. Тяговый агрегат АТТ-882 в исполнении УХЛ2 представляет собой горизонтальную электрическую машину с двумя свободными концами вала, в единую конструкцию которой входят тяговый синхронный генератор с восемью явновы-раженными полюсами ротора и шестиполюсный стартер-генератор постоянного тока. Двумя опорами вала агрегата служат роликовые радиальные подшипники качения.
Отдельным компонентом в состав агрегата входит статическая установка, предназначенная для выпрямления переменного напряжения двух статорных обмоток тягового генератора в постоянное напряжение для цепей питания тяговых электродвигателей. Каждый тяговый агрегат в сборе с выпрямительной установкой весит 6400 кг.
Тяговый генератор, помимо питания тяговых электродвигателей, предназначен для обеспечения трехфазным переменным напряжением электрических цепей собственных нужд тепловоза.
Стартер-генератор рассчитан на прокрутку валов дизель-генера-тора для пуска дизеля моментом до 3000 Н-м, с током трогания 800 А при падении напряжения до 55 В. В режиме питания бортовой сети при частоте вращения дизеля от 660 до 1620 об/мин ток якоря может достигать 745 А.

Агрегат укомплектован тонкопленочными датчиками температуры Pt 100 фирмы «Heraeus» (терморезисторами) для контроля нагрева обмотки статора тягового генератора. Агрегат размещается на поддизельной раме тепловоза, имеет площадки для крепления выпрямительной установки. Выпрямитель охлаждается вентилятором агрегата с системой воздухоотвода. Выпрямитель электрически подключен к обмотке статора тягового генератора. Направление вращения агрегата — против часовой стрелки, если смотреть сзади ДГУ.
Способ охлаждения агрегата — самовентиляция. Забор охлаждающего воздуха производится находящимся на валу вентилятором из капотного пространства через патрубки, расположенные на крышках подшипникового щита, и через выпрямитель. Выброс воздуха осуществляется через боковые отводящие патрубки, расположенные на боковой поверхности станины. Патрубки защищены решетками.
На тепловозе предусмотрена установка традиционных тяговых электродвигателей ЭД-133АУХЛ1 или ЭДУ-1 ЗЗПУХЛ1, или ЭДУ-1 ЗЗПЧ УХЛ1. Мощность в режиме тепловоза — 190 кВт. Подобные унифицированные двигатели получили массовое распространение и очень хорошо известны локомотивщикам многих стран. Все тяговые электромашины тепловоза рассчитаны на 40 лет службы.

Для охлаждения тяговых двигателей в средней части рамы тепловоза смонтированы центробежные вентиляторы охлаждения электрических машин типа ВР 280-46-5 производительностью 5,83 м3/с. Мощность электропривода — 45 кВт, скорость вращения электродвигателя рДМ225Ь 6 — 2000 об/мин
Из электрических машин можно отметить подключаемый через резисторы электродвигатель ДВ-75УЗ привода вентилятора отопителя, а также двигатели П21М привода насосов, малогабаритные двигатели 5213730 стеклоомывателей и моторедукторов стеклоочистителей четырех фронтальных стекол кабины.
Для выработки и снабжения сжатым воздухом пневматической системы под передним капотным кузовом тепловоза установлен агрегат компрессорный винтовой (тормозной компрессор) АКВ 5,25/1 П У2, производства ЗАО «Челябинский компрессорный завод», который представляет собой законченное и готовое к эксплуатации изделие. Основным узлом агрегата является винтовой компрессор EV015 производительностью 5,25 м3/мин при избыточном давлении 1 МПа производства фирмы Rotorcomp (Германия). Для успешной работы в агрегат нужно заливать 20 л специального компрессорного масла. При номинальной производительности компрессорный агрегат потребляет мощность 37 кВт.
Как вариант, конструкцией тепловоза предусмотрена установка поршневого компрессора ПК-5,25А с электроприводом.
В других частях пневмосхемы — ряд новшеств: например, реле-повторитель 404 из-под рамы тепловоза переместилось под капот. Таким образом, конструкторы решили бороться с извечной проблемой российского Севера — отказами тормозов из-за обмерзания.

Воздушные резервуары вмещают 1000 л. Воздухораспределитель — № 483А-03. Запас песка на тепловозе 1500 кг, дизельного топлива — 6000 кг, масла дизелей 250x2 кг, запас жидкости в системах охлаждения дизелей составляет 1200 л.
При служебной массе 184 т и коэффициенте сцепления колес с рельсами 0,33 локомотив развивает силу тяги при трогании с места 582 кН, длительная сила тяги составляет 431,2 кН.
В целом, необходимо отметить, что новый ТЭМ14М получился очень удачным. При успешном прохождении испытаний и выходе в серию у локомотива есть все шансы стать одним из самых востребованных тепловозов.
Авторы выражают благодарность за помощь при подготовке статьи А.А. Сачкову, В.С. Говорову, Ю.С. Мельникову и другим специалистам.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК