ИСТОРИЯ ВЫПУСКА МАНЕВРОВО-ВЫВОЗНЫХ ТЕПЛОВОЗОВ В СССР И РФ
Промышленные предприятия РФ эксплуатируют большое количество маневрово-вывозных тепловозов, оборудованных гидромеханическими передачами различной мощности. Основными требованиями, предъявляемыми эксплуатирующими организациями к данным локомотивам, являются:
- надежность;
- минимизация объема технического обслуживания и ремонта;
- простота в управлении, обслуживании и ремонте;
- реализация заявленных тяговых свойств.
Активное развитие производства тепловозов с гидропередачами для нужд промышленности началось в СССР во второй половине 1950-х годов. Основную номенклатуру данных локомотивов выпускали Муромский завод им. Ф.Э. Дзержинского, Людиновский тепловозостроительный завод, Калужский и Камбарский машиностроительные заводы. В табл. 1 [1,2] приведена краткая историческая справка о выпущенных указанными заводами тепловозах с гидропередачей, а на рис. 1 —4 представлен внешний вид некоторых из этих тепловозов.
На основе данных приведенной выше справки по производству тепловозов для нужд промышленности в СССР и РФ вытекает основная и наиболее острая проблема данной отрасли — наличие большого (в несколько тысяч единиц) устаревшего парка локомотивов, требующих замены на новые. На сегодняшний день, несмотря на большую потребность промышленных предприятий в поэтапной замене устаревшего парка тепловозов, локомотивостроительными заводами данные машины практически не производятся, а уровень износа локомотивов по некоторым данным достиг 97 %.
Поддерживать работоспособное состояние тепловозов эксплуатантам удается путем выполнения ремонта собственными силами или частными организациями. Также существуют отдельные успешно реализуемые проекты по модернизации устаревшего парка локомотивов. В качестве примера можно привести глубокую модернизацию с продлением срока службы тепловозов серий ТГМ4Б и ТГМбБ, которую выполняет АО «Шадринский автоагрегатный завод». В рамках выполнения работ предприятие производит замену практически всех узлов и агрегатов локомотива, за исключением рамы. Однако работы по модернизации тепловозов носят единичный характер и неспособны значительно повлиять на сложившуюся ситуацию в целом. Вид тепловоза после проведения модернизации приведен на рис. 5.
ПУТИ РЕШЕНИЯ
Для решения этой проблемы АО «Калугапутьмаш» совместно с АО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава» (АО «ВНИКТИ») был разработан новый маневрово-вывозной тепловоз с гидропередачей, который получил название ТГМК2. В рамках проектирования локомотива специалистами предприятий были разработаны конструкция тепловоза, отдельные новые узлы (гидропередача, система управления), выполнена компоновка оборудования.
Краткие технические характеристики нового тепловоза приведены в табл. 2, а его общий вид представлен на рис. 6. Структурная схема оборудования тепловоза приведена на рис. 7.
Новый тепловоз имеет в своем составе следующее основное оборудование:
- дизельный двигатель «КАМАЗ» 910.21-550;
- микропроцессорную систему управления, контроля и диагностики МСУ «Карат», разработанную и изготовленную АО «ВНИКТИ»;
- гидропередачу ГМП550/1К13, разработанную и изготовленную АО «Калугапутьмаш»;
- & систему контроля расхода топлива производства СП «Технотон» (Беларусь);
- & агрегат компрессорный винтовой (АКВ) 5.25/1 П У2 производства ООО «Челябинский компрессорный завод»;
- & автоматизированную систему локомотивной сигнализации непрерывного типа;
- & комплекс сбора и регистрации данных КПД-ЗПВ;
- телемеханическую систему контроля бодрствования машиниста;
- & дисплейный модуль на базе транспортного панельного компьютера, установленный на основном пульте управления, производства ООО «Континент»;
- вакуумно-люминисцентный индикатор, установленный на дополнительном пульте управления, разработанный и изготовленный специалистами АО «ВНИКТИ»;
- & систему обеспечения микроклимата;
- автономные отопители, работающие на дизельном топливе «Планар»;
- радиостанцию.
ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
В качестве силовой установки в тепловозе ТГМК2 применяется рядный шестицилиндровый дизельный двигатель с одноступенчатым наддувом «КАМАЗ» 910.21-550.
Основные технические характеристики двигателя [4]
- Номинальная мощность, л.с. 550;
- Рабочий объем двигателя, л 11,946;
- Диаметр цилиндра, мм 130;
- Ход поршня, мм 150;
- Максимальный полезный крутящий момент, Н-м 2551;
- Номинальная частота вращения коленчатого вала, об/мин (1900 ± 25); Частота вращения коленчатого вала холостого хода, об/мин (600 ± 25); Максимально допустимая частота вращения коленчатого вала, об/мин 2150_50;
- Минимальный удельный расход топлива (по ВСХ), г/(кВт-ч) 184; Система управления электронная;
- Масса, кг, не более 1140.
Общий вид двигателя приведен на рис. 8.
Электронная система управления двигателем выполняет следующие основные функции:
- > запуск по нажатию соответствующей кнопки на пульте управления тепловоза;
- > остановка двигателя после переключения соответствующего переключателя на пульте управления тепловоза;
- > изменение частоты вращения по заданию от системы управления верхнего уровня (МСУ «Карат»);
- ограничение подачи топлива (момента) при возникновении аварийных ситуаций в работе;
- > передача по каналу связи CAN основных параметров работы системе управления верхнего уровня в соответствии со стандартом SAE J 1939;
- > передача по каналу связи CAN диагностической информации в соответствии со стандартом SAE J 1939.
- Отличительными особенностями двигателя «КАМАЗ», применяемого в составе маневрово-вывозного тепловоза ТГМК2, являются:
- < низкий расход топлива;
- < экологичность;
- < повышенный эксплуатационный ресурс;
- < увеличенный интервал технического обслуживания и ремонта.
ГИДРОПЕРЕДАЧА
Для преобразования крутящего момента дизельного двигателя и передачи его через карданные валы и осевые редукторы на колесные пары на тепловозе ТГМК2 применена гидропередача ГМП550/1К13.
Основные технические характеристики гидропередачи [5]
Номинальная мощность на входном валу, л.с. 550;
Количество гидротрансформаторов 1;
Тип гидротрансформатора комплексный;
Количество механических ступеней скорости 3;
Система переключения ступеней, автоматическая электроги-дравлическая (управляется МСУ);
КПД на оптимальном режиме, % 83 ± 2;
Масса, кг 1990+20.
Гидропередача состоит из трех частей (по принципу работы):
< гидравлической (гидротрансформатор);
< механической (коробка передач, а также входной редуктор гидротрансформатора);
< системы питания и управления гидропередачей (коробка клапанная, гидрораспределитель, клапаны плавного трогания, насосы питательный и откачивающий, фильтр системы управления).
Основные сборочные единицы, составляющие гидропередачу, показаны на рис. 9. Назначение основных составных частей гидропередачи следующее:
- входной вал установлен в корпусе гидропередачи и предназначен для передачи момента от дизеля на насосное колесо гидротрансформатора, также от входного вала приводятся генератор и компрессор кондиционера;
- ® гидротрансформатор передает механическую энергию через циркулирующий поток жидкости и автоматически бесступенчато изменяет в определенных пределах передаваемый крутящий момент в зависимости от внешней нагрузки;
- ® коробка передач с управляемыми многодисковыми фрикционными муфтами для каждой ступени скорости предназначена для переключения ступеней скоростей, переключение ступеней осуществляется блокировкой шестерен с валами многодисковыми фрикционными муфтами;
- ® раздаточный вал и механизм переключения реверса передают момент на колесные пары, а также изменяют направление вращения раздаточного вала;
- ф первая секция двухсекционного насоса нагнетает масло для питания гидротрансформатора, а вторая — через фильтр питает привод вентиляторов охлаждения дизеля и гидросистему гидропередачи;
- ® тормоз предназначен для предотвращения раскрутки валов гидропередачи при положении реверса «нейтраль» и неподвижном раздаточном вале;
- ® паразитный вал предназначен для изменения направления вращения шестерен раздаточного вала;
- ® плита управления предназначена для создания и поддержания необходимого давления рабочей жидкости во фрикционных муфтах, механизме переключения реверса и блокировке гидротрансформатора, вентиляторах охлаждения;
- ® электромагнитный гидрораспределитель предназначен для управления гидравлическими потоками в гидросистеме при помощи внешнего воздействия (сигнала).
