|
Дизели маневровых тепловозов в эксплуатации 45 — 75 % времени работают на холостом ходу, потребляя при этом примерно третью часть общего количества топлива. Эффективным средством для увеличения экономичности работы тепловозных дизелей на этом режиме работы является снижение частоты вращения коленчатого вала.
Вопросы изменения рабочего процесса и теоретического обоснования работоспособности узлов дизеля ПД1М на режиме минимальной штатной и пониженной частоты вращения коленчатого вала были исследованы в трудах
А.Э. Симеона, А.З. Хомича и некоторых других авторов. Коллективом Уральского отделения ОАО «ВНИИЖТ» были выполнены исследования работы силовой установки тепловоза ТЭМ2 при пониженной частоте вращения коленчатого вала на холостом ходу. Они включали в себя комплекс теоретических, конструкторских и экспериментальных работ.
Отмечено, что рабочий процесс дизелей ПД1М при значительной степени форсирования наддувом характеризуется совершенством процессов выпуска, продувки, наполнения и минимальными насосными потерями. Дизели ПД1М оборудованы импульсной системой наддува, при которой давление, создаваемое турбокомпрессором, со снижением частоты вращения коленчатого вала снижается более полого, чем у дизелей с изобарной системой наддува.
Понижение частоты вращения ведет к увеличению коэффициента эффективного выделения тепла вследствие увеличения времени цикла и возможности окончания горения на меньшей части хода поршня. Со снижением частоты вращения коленчатого вала уменьшаются мощность механических потерь и температура вкладышей подшипников, а, следовательно, и интенсивность их изнашивания.
Расчеты, выполненные в Уральском отделении ОАО «ВНИИЖТ», показали, что при снижении минимальной частоты вращения коленчатого вала на 50 об/мин устойчивость системы регулирования топливоподачи тепловоза ТЭМ2 не нарушается. Опытная проверка режима с пониженной частотой вращения коленчатого вала дизеля на холостом ходу была проведена на пяти тепловозах, работающих на полигоне Свердловской дороги. Результаты проверки подтвердили данные теоретических исследований и были признаны заводами-изготови-телями тепловозов и оборудования — Брянским машиностроительным заводом, Пензенским дизельным заводом и Харьковским заводом им. Малышева.
Дальнейшие исследования режимов холостого хода были посвящены измерениям крутильных колебаний коленчатого вала и вспомогательных валов привода вентилятора, охлаждающего воду и масло дизеля. Исследования показали, что в диапазоне частот вращения коленчатого вала 315 — 200 об/мин отсутствуют резонансные явления, способные вызвать разрушение коленчатого вала и вспомогательных валов. Неравномерность вращения коленчатого вала, обусловленная работой цилиндропоршневой группы, на всех режимах частот вращения коленчатого вала вызывает перекладку в по-
Схема устройства, обеспечивающего пониженную частоту вращения коленчатого вала дизеля на холостом ходу:
_— рычажные связи;
----- движение воздуха;
1 — удлинитель тяги; 2 — электропневматический сервомотор; 3 — вентиль ВВ1; 4 — вертикальная тяга; 5 — регулятор дизеля
водковом зацеплении привода главного масляного насоса и вспомогательных агрегатов.
Максимальные значения амплитуд колебаний на 250 и 350 об/мин составляют, соответственно, 5,78-10‘3 и 5,07-10-3 радиан. При этом динамический момент на частоте вращения 250 об/мин в 1,25 раза меньше, чем на частоте вращения 300 об/мин. На частотах вращения 250 и 300 об/мин при отключении трех цилиндров динамический момент в поводковом зацеплении возрастает в 1,3 — 1,4 раза по сравнению с работой на шести цилиндрах.
В эксплуатации при работе на пониженной частоте вращения коленчатого вала в диапазоне 230 — 240 об/мин наблюдается резонанс верхнего строения тепловоза с частотой, соответствующей работе цилиндров. Это явление исчезает при переходе на более низкую или на более высокую частоту вращения. Поэтому не рекомендуется снижать частоту вращения ниже, чем до 250+15 об/мин.
Отдельно были проверены режимы включения-отключения компрессора и их влияние на крутильные колебания коленчатого вала и вспомогательных валов. Установлено, что резонансные колебания валов при включении-отключении компрессора отсутствуют. В момент включения компрессора происходит кратковременное понижение частоты вращения коленчатого вала на 15 — 20 об/мин, которое обуславливает несущественное изменение амплитуды крутильных колебаний.
В результате комплекса расчетных, стендовых и эксплуатационных проверок состояния оборудования тепловозов ТЭМ2 (ТЭМ18) с пониженной до 250+15 об/мин частотой была обоснована возможность выполнения модернизации. Были предложены следующие ее варианты.
О На тепловозах ТЭМ2 с гидромеханическим регулятором на вертикальной тяге привода всережимной пружины регулятора вместо стяжной муфты устанавливается раздвижная муфта, которая управляется от дополнительного электропневматического вентиля ВВ1. Вертикальная тяга регулируется на 250+15 об/мин. Раздвижная муфта изменяет частоту на 50 об/мин. Устройство связано с электрической схемой управления таким образом, что при нулевой позиции контроллера машиниста частота составляет 250+15 об/мин, при остальных режимах восстанавливаются штатные обороты.
© При использовании электронных регуляторов ЭРЧМ30Т4-01 в схеме управления заложен экономичный режим холостого хода, который целесообразно устанавливать не ниже 250+15 об/мин.
© Режим пониженных оборотов холостого хода заложен также и в электронных системах управления впрыском топлива (ЭСУВТ). Практика установки ЭСУВТ показала, что при установке частоты вращения вала дизеля, равной 240 об/мин, наблюдается вибрация верхнего строения тепловоза. Для тепловозов се-рийТЭМ18 иТЭМ18ДМ пониженные обороты холостого хода необходимо также соблюдать, равными 250+15 об/мин.
Записи режимов, выполненные в процессе опытных поездок и при нагружении тепловоза на реостат, показали, что снижение частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу до 250+15 об/мин не приводит к нарушениям работы основных узлов и агрегатов тепловоза. По данным деповских форм учета топлива было установлено, что экономия топлива на один тепловоз составляет 0,54 — 0,6 т топлива в месяц (что составляет 4 — 6 % эксплуатационного расхода топлива).
Канд. техн. наук Л.А. ЕЖЕВСКАЯ, ведущий научный сотрудник Уральского отделения ОАО «ВНИИЖТ»,
Н.С. ПЕСТРЯКОВА, инженер, Д.В. АЛЕКСАНДРИН, директор Управления железнодорожного транспорта ОАО «Ураласбест»