|
Crow indian
Регистрация: 21.02.2009
Возраст: 40
Сообщений: 29,839
Поблагодарил: 398 раз(а)
Поблагодарили 5983 раз(а)
Репутация: 126089
|
Тема: Проектирование серийного тепловоза
Проектирование серийного тепловоза
Дипломная работа
Скачать
Цитата:
Содержание
1. Предисловие ……………………………………………………………………………........5
2. Введение ………………………………………………………………………………….......9
История развития тепловозной тяги в России …………………………..10
Основные сведения об устройстве и работе тепловозов ………………..14
Технико-экономические показатели тепловозов ………………………..18
Классификация и обозначение серий тепловозов …………..................19
3. Задание на курсовой проект …………………………………………………………….21
4. Исходные данные на выполнение курсового проекта ……………………………..23
5. Выбор тепловоза образца ……………………………………………………………….25
Устройство и технические характеристики магистрального тепловоза …………………………………………………………………......................27
Устройство тепловозного дизеля 10Д100 …………………………………33
Система воздухоснабжения дизеля 10Д100 ………………………………..45
Системы дизеля 10Д100 ………………………………………………………..51
Экипажная часть тепловоза …………………………………………………..60
6. Составление компоновочной схемы расположения оборудования на тепловозе. Подсчет весов и развеска оборудования тепловоза ………………………………63
7. Определение нагрузки на ось колесной пары ………………………………………..71
8. Определение основных параметров дизеля и охлаждающего устройства …..73
9. Расчет числа секций охлаждающего устройства …………………………………81
10. Выбор типа электрической передачи, определение параметров генератора и тяговых электродвигателей …………………………………………………………..85
11. Расчет передаточного числа тягового редуктора ……………………………….90
12. Определение касательной мощности тепловоза. Построение тяговой харак-теристики ………………………………………………………………………………….93
13. Определение массы состава ……………………………………………………………98
14. Заключение ………………………………………………………………………………..101
– Библиографический список ……………………………………………………………..103
|
Цитата:
Подвижной состав используют для перевозок грузов и пассажиров. Различа-ют тяговый подвижной состав, который движется сам, и вагоны, прицепляемые к нему, которые он тянет за собой. В зависимости от источника энергии и машин для превращения ее в механическую работу тяговый подвижной состав подразде-ляют на автономный и неавтономный. К автономному для того, чтобы он работал (находился в движении), не требуется подводить энергию извне, так как ее вырабатывает установленный на нем первичный двигатель, например дизель. Неавтономный тяговый подвижной состав (электровозы и электропоезда) полу-чает электроэнергию от внешнего источника — энергосистем или электриче-ских станций.
Тяговый подвижной состав подразделяют на локомотивы, электропоезда и дизель-поезда, автомотрисы, дрезины, мотовозы. К локомотивам относятся электровозы, тепловозы, паровозы, газотурбовозы.
Электровозом называют локомотив с электрическими тяговыми двигате-лями, получающими питание от энергосистемы через тяговые подстанции и контактную сеть. Тяговые электродвигатели (короче — тяговые двигатели) преобразуют электрическую энергию в механическую, которую используют для движения поезда. Моторный вагон электропоезда, как и электровоз, получает пи-тание от энергосистемы через контактную сеть. Один или несколько моторных вагонов, соединенные с прицепными вагонами, составляют секцию. Несколько сце-пленных секций, как правило, с головными вагонами в голове и хвосте поезда со-ставляют электропоезд, предназначенный для перевозки пассажиров в пригородах крупных городов, а иногда в пределах одной или двух областей.
Тепловоз представляет собой локомотив с двигателем внутреннего сгора-ния — дизелем, превращающим химическую энергию, заключенную в топливе, в ме-ханическую.
Паровоз имеет котел и паровую машину, с помощью которых химическая энергия топлива преобразуется в механическую.
Газотурбовоз — локомотив, приводимый в движение газовой турбиной.
Дизель-поезд, состоящий из моторных и прицепных вагонов и приводимый в движение от дизелей, располагаемых в моторных вагонах, предназначен для пере-возки пассажиров на неэлектрифицированных линиях. Турбопоезд в отличие от дизель-поезда имеет газовую турбину вместо дизеля.
Автомотриса представляет собой самоходный пассажирский железнодорожный вагон с двигателем внутреннего сгорания, к ней могут быть прицеплены один или два вагона, платформы.
Авто- и мотодрезины — самоходные повозки соответственно с автомобиль-ным или мотоциклетным двигателем.
Мотовозы с двигателями внутреннего сгорания используют на подъездных путях промышленных предприятий.
Контактно-аккумуляторные поезда имеют тяговые двигатели на мотор-ных вагонах. Они получают питание или от контактной сети, как электропо-езда, или от аккумуляторов, расположенных под вагонами. Их обычно исполь-зуют для перевозки пассажиров на участках, электрифицированных не по всей длине.
По роду выполняемой работы локомотивы подразделяются на магистраль-ные и маневровые. Магистральные локомотивы бывают грузовые, пассажирские и грузо-пассажирские. Пассажирские локомотивы, предназначенные для вождения пассажирских поездов, развивают высокую скорость при сравнительно небольшой силе тяги. Грузовые локомотивы развивают значительную силу тяги, имеют наибольшую допустимую нагрузку от оси на рельс, скорость их меньше, чем у пас-сажирских. Грузо-пассажирские локомотивы могут работать в двух режимах: гру-зовом и пассажирском. Маневровые локомотивы работают главным образом на малых скоростях и с большой силой тяги. Их используют на станциях, пунктах погрузки и выгрузки, а также на подъездных путях.
Ходовые части локомотивов имеют так называемую осевую характеристику. Например, осевая характеристика Зо+30 показывает, что локомо-тив шестиосный, состоит из двух трехосных тележек. Индекс «О» соответству-ет индивидуальному приводу, знак « + » указывает на то, что тележки связаны шарнирно и тяговое усилие передается через их рамы. Осевая характеристика 2о-2о-2о-2о показывает, что локомотив восьмиосный, имеет четыре двуосные те-лежки с индивидуальным приводом, тележки друг с другом не соединены и, следо-вательно, сила тяги передается через раму кузова.
Паровозы, кроме движущих (сцепных) осей, как правило, имеют бегунковые (расположенные перед движущими) и поддерживающие (за движущими) оси. Осе-вая характеристика, например, 2-4-2 означает, что паровоз имеет две бегун-ковые, четыре движущие и две поддерживающие оси.
Особенности эксплуатации локомотивов определяют выбор их основных па-раметров (мощности, силы тяги, скорости) и конструкцию (осевую характери-стику, диаметр колес и др.).
В зависимости от типа и системы передачи энергии от двигателя к колес-ным парам различают тепловозы с электрической, гидравлической и механической передачами. Особенности каждой передачи рассмотрены при описании локомоти-вов отдельных видов. На железнодорожном транспорте вводится единая система цифрового обозначения тягового подвижного состава. Структура этой систе-мы позволяет по первому знаку определить вид подвижного состава: 0 — пасса-жирские вагоны, 1 — тяговый и специальный подвижной состав, 2—9 — грузовые вагоны. Второй знак кодируемого обозначения показывает тип подвижного со-става: 0 — паровозы, 1 — электровозы односекционные, 2 — электровозы многосекционные, 3, 4 — электропоезда и электросекции, 5 — тепловозы «односекцион-ные, 6 — тепловозы многосекционные, 7 — дизель-поезда и автомотрисы, 8 —мотовозы, 9 — путевые машины. Третий знак характеризует подвижной состав по роду службы. Четвертый знак отдельно или в сочетании с третьим обознача-ет серию. Пятый, шестой, седьмой знаки информации не несут и служат для об-разования номера. Восьмой знак (контрольный) используется для проверки пра-вильности считывания номера подвижного состава.
Вагоны предназначены для перевозки грузов и людей.
К грузовым относят крытые вагоны, полувагоны, платформы, цистерны, изотермические и вагоны специального назначения, требующие особых условий перевозок (цементовозы, транспортеры, вагоны для перевозки скота, живой ры-бы, битума, легковых автомобилей). Для перевозки различных грузов, в том числе штучных изделий, домашних вещей, используют контейнеры разной грузоподъемности.
Парк пассажирских вагонов состоит из пассажирских, багажных, почтовых, почтово-багажные, ресторанов, служебных и специальных вагонов (динамометри-ческие, путеизмерители, санитарно-врачебные, вагоны-клубы, лаборатории, лектории и т. п.).
Весь подвижной состав магистральных железных дорог рассчитан для ра-боты на линиях с колеей 1520 мм. Имеется также подвижной состав для работы на узкоколейных железных дорогах (750, 900 и 1067 мм).
Размеры любой единицы подвижного состава в порожнем или груженом со-стоянии не должны выходить за пределы габарита подвижного состава.
В соответствии с ГОСТ 9238—83 под габаритом подвижного состава пони-мают предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором должен помещаться подвижной состав на прямом горизонтальном пути. Габарит подвижного состава соответствует габариту приближения строений, внутрь ко-торого не должны заходить никакие части сооружений и устройств, не предназначенные для непосредственного взаимодействия с подвижным составом (исклю-чение составляют контактный провод с деталями крепления, вагонные замед-лители в рабочем состоянии и т. д.).
Железные дороги являются основным видом транспорта в нашей стране. С развитием промышленности и сельского хозяйства возрастала роль железно-дорожного транспорта и совершенствовались все его звенья, в том числе и под-вижной состав.
До Великой Отечественной войны основным локомотивом на железных до-рогах был паровоз. Наряду с паровозами наша промышленность осваивала про-изводство электровозов (с 1932 г.) и тепловозов (с 1924 г.). В послевоенные годы неэкономичные паровозы стали интенсивно заменять более совершенными, мощ-ными и экономичными локомотивами: электровозами и тепловозами. В настоящее время грузонапряженные линии электрифицированы и электровозы обеспечивают возросшие перевозки народнохозяйственных грузов и пассажиров. На линиях с меньшими объемами перевозок, а также на маневровых работах используют теп-ловозы. Паровозы находят применение в хозяйственной работе.
Для обеспечения перевозок железнодорожный транспорт получает новые 4- и 8-осные грузовые и цельнометаллические пассажирские вагоны.
Освоению возросших объемов перевозок и внедрению новых локомотивов и ва-гонов способствовало развитие теории тяги поездов. Она позволяет выбирать оптимальные массы поездов, определять пути повышения провозной и пропуск-ной способности линий, улучшения использования локомотивов и повышения эф-фективности их работы. Это все достигается в результате проведения тяговых расчетов, в которые входит определение масс составов, скоростей движения поездов, времен хода, затрат электрической энергии или топлива на тягу и ис-пользования мощности локомотивов. Теория тяги позволяет выбрать рациональ-ные режимы вождения поездов (особенно длинносоставных, повышенных масс), прогнозировать меры по дальнейшему повышению объема перевозок.
В зависимости от локомотива, применяемого для вождения поездов, разли-чают следующие виды тяги: электрическую, тепловозную (дизельную) и паровую. На железных дорогах Советского Союза с разнообразными условиями эксплуата-ции и источниками энергии применяют различные виды тяги.
Эффективность того или иного вида тяги оценивают прежде всего по расходу энергии, отнесенному к единице перевозочной работы — это 104 т•км брутто. Например, в 1988 г. на единицу перевозочной работы электровозами было израсходовано 39,5 кг условного топлива. Расход условного топлива на теплово-зах составил 53,5 кг на тот же измеритель — это удельный расход условного топлива. Паровозы имеют наибольший расход условного топлива; в 1960 г. был достигнут минимальный по годам его уровень — 252,5 кг на 104 т•км брутто.
Электрическая и тепловозная тяга, начиная с 1980 г., выполняют 100% общего грузооборота железных дорог в нашей стране. В 1988 г. доля перево-зок, выполняемых электрической тягой, составляла 64,8% приведенного объема работы.
При электрической тяге могут быть использованы более низкие сорта топ-лива, чем на паровозах и тепловозах, а в случае электроснабжения от гидравли-ческих и атомных электростанций органическое топливо вообще не потребляет-ся. Отсутствие на электроподвижном составе (э. п. с.) первичной энергетической установки позволяет создавать электровозы большей мощности, чем теплово-зы и паровозы, при значительно меньших массе и размерах.
Высокая эффективность электрической тяги особенно проявляется на уча-стках с тяжелым профилем пути. На подъеме электровоз развивает скорость, значительно большую, чем тепловоз. В тяжелых климатических условиях, особен-но при низких температурах, электровоз может работать даже с большей мощ-ностью, чем расчетная, так как снижаются ограничения по нагреву тяговых двигателей.
Одно из существенных преимуществ э. п. с. перед автономными локомотива-ми — это возможность применения рекуперативного торможения, при котором тяговые двигатели во время движения поезда по спуску или в случае замедления работают как генераторы. Вырабатываемая ими электроэнергия может быть возвращена в контактную сеть и потреблена другими электровозами. Современные системы рекуперативного торможения на электровозах позволяют повы-сить безопасность движения.
Тепловозная тяга требует меньших капитальных затрат, ее применяют на участках с небольшими размерами движения, на железных дорогах в безводных районах с жарким климатом, а также там, где по условиям электроснабжения не представляется возможным внедрить электрическую тягу. Высокая эффектив-ность тепловозов проявляется при маневровой работе на крупных сортировочных и участковых станциях, на подъездных путях.
Вопрос о применении электрической или тепловозной тяги решается на ос-новании технико-экономических расчетов, при этом учитывают перспективы раз-вития энергетической базы районов и железных дорог страны. Вид тяги оказыва-ет решающее влияние на уровень себестоимости перевозок. При электрической тяге себестоимость грузовых перевозок в 1988 г. составляла 2,94 коп. за 10 приведенных т-км, а при тепловозной 4,3 коп. Расходы на техническое обслужива-ние и текущий ремонт электровозов значительно ниже, чем тепловозов. Более чем вдвое ниже трудоемкость технического обслуживания и текущего ремонта электровозов, чем тепловозов (на 1000км пробега). Фактическая надежность электровозов в 2,2—3 раза выше, чем тепловозов.
Благоприятны и социальные последствия внедрения электрической тяги. Значительно облегчается труд локомотивных бригад. Машинисты и их помощни-ки избавлены от дыма и копоти, неизмеримо меньше затрачивают физических усилий. Значительно меньше число работников, занятых на обслуживании элек-тровозов, чем при тепловозной тяге. Кардинально изменяются условия и содержание труда работников депо и заводов, связанных с ремонтом электроподвижно-го состава.
|
Цитата:
2.1. История развития тепловозной тяги в России
Идея создания нового типа локомотива взамен паровоза появилась в России еще в начале прошлого века. К тому времени двигатели внутреннего сгорания, имеющие значительно более высокий КПД, повсеместно стали вытеснять паровые. В качестве источника мощности был предложен двигатель с самовоспламенением впрыскиваемого топлива, известный как двигатель Рудольфа Дизеля. В этом двига-теле удачно сочетались высокий КПД и надежность работы. Приспособить дизель-ный двигатель к требованиям тяговой службы пытались как сам изобретатель двигателя - Дизель, так и отечественные ученые В.И. Гриневецкий и его ученик А.Н. Шелест. Попытка Дизеля построить тепловоз с непосредственной передачей тя-гового момента от дизеля к колесным парам окончилась неудачно. Не нашла приме-нения и идея тепловоза с газогенератором А.Н. Шелеста.
Успехом завершилось лишь создание тепловоза с дизелем и электрической пе-редачей.
После того как В.И. Лениным был поднят вопрос о строительстве теплово-зов, летом 1924 г. были построены два тепловоза с электрической передачей. Один в Петрограде на заводах «Красный Путиловец» и «Балтийском судострои-тельном» по проекту Якова Модестовича Гаккеля, другой — в Германии по проекту советских инженеров во главе с Юрием Васильевичем Ломоносовым. Эти локомо-тивы положили начало развитию тепловозной тяги. Россия закрепила за собой право называться родиной тепловоза.
Тепловоз системы Гаккеля Щэл-1 (736 кВт), был первым мощным магистраль-ным тепловозом в мире (в Америке первый тепловоз был построен только в 1937 г.). Тепловоз Щэл-1 имел экипаж тележечного типа, электрическую передачу, опорно-осевую подвеску электродвигателей, замкнутую систему холодильника. В 1925 г. на-чались опытные поездки второго тепловоза с электрической передачей Ээл (790 кВт), построенного в Германии, а в 1926 г. тепловоза Эмх-3 ( 890 кВт), так же постро-енного в Германии. Тепловоз Эмх-3 имел к.п.д. 30-31%, но механическая передача оказалась ненадежной для тепловоза такой мощности.
Постройка тепловозов была организована на Коломенском заводе, электри-ческое оборудование поставляли Московский завод «Динамо» и Харьковский элек-тромеханический завод. С 1930 по 1937 г. Коломенский завод построил несколько десятков тепловозов, которые удовлетворительно работали на Ашхабадской до-роге. В марте 1937 г. Народный комиссариат путей сообщения (НКПС) прекратил заказы на тепловозы, заменив их паровозами с конденсацией пара серии СОК. Теп-ловозостроение в СССР возобновилось только в 1946 г. в более широком масштабе. Первоначально на Харьковском заводе им. Малышева, где с 1947 г. строились тепловозы ТЭ1 мощностью 736 кВт, а позже тепловозы ТЭ2 и ТЭЗ мощностью 1470 кВт и 2840 кВт в двух секциях, а также тепловозы ТЭ10 мощностью 2206 кВт. Харьковский завод строил также дизели для этих тепловозов и все механи-ческое оборудование.
Особенно большое развитие тепловозная тяга получила после 1956 г., когда было признано необходимым на железнодорожном транспорте заменить паровозы электровозами и тепловозами. В 1960 г. Коломенский завод начал строить пасса-жирские тепловозы ТЭП60 с оригинальной, хорошо себя зарекомендовавшей, экипаж-ной частью. В конце 1960 г. Харьковский завод им. Малышева прекратил строить тепловозы. Основным заводом по постройке тепловозов стал Луганский, дизели которому поставляли Харьковский и Коломенский заводы. Брянский завод специализировался на маневровых тепловозах ТЭМ1 и ТЭМ2, а Людиновский завод начал выпускать маневровые тепловозы ТГМЗ с гидравлической передачей, а также те-пловозы для узкой колеи ТГ16. Позднее он приступил к выпуску маневрово-вывозных тепловозов ТЭМ7 мощностью 1470 кВт с электрической передачей. С 1972 г. Лу-ганским тепловозостроительным заводом стали выпускаться тепловозы 2ТЭ116 с четырехтактными дизелями типов Д49 и Д70 (в основном с дизелями типа Д49, с дизелями типа Д70 — лишь несколько тепловозов), с передачей переменно-постоянного тока и бесчелюстными тележками. В 1973 г. Коломенский тепловозо-строительный завод построил пассажирский тепловоз ТЭП70 с дизелем Д49 мощ-ностью 2940 кВт, который постепенно вытесняет тепловоз ТЭП60.
В конце 80 х гг. производственным объединением (ПО) «Коломенский завод» по-строен пассажирский тепловоз ТЭП80 мощностью 4412 кВт (6000 л.с). По резуль-татам приемочных испытаний этот тепловоз признан лучшим по уровню воздейст-вия на путь и основные принципы конструкции его экипажной части рекомендованы для создания высокоскоростного электровоза ЭП200 со скоростями движения 250 км/ч и выше.
Учитывая достаточную устойчивость экипажной части тепловозов 2ТЭ116, завод приступил в 1975 г. к серийному выпуску тепловозов 2ТЭ10В с бесчелюстными тележками взамен тепловозов 2ТЭ10Л. Позднее на базе тепловоза 2ТЭ10В были по-строены тепловозы 2ТЭ10М и ЗТЭ10М, а также 2ТЭ10Ут с некоторыми изменениями в электрической схеме и схеме автоматики.
Последняя поставка тепловозов типа ТЭ10 была в 1993 году, в связи с чем парк этих тепловозов устарел.
Значительную долю тепловозного парка составляют тепловозы серии М62 (2М62У), поставлявшиеся ранее в страны Восточной Европы.
Темпы выпуска тепловозов после 1956 г. быстро возрастали. Так, если в 1956 г. была выпущена 161 секция, то в 1960 г. уже 1303 секции. Только за годы десятой пятилетки (1976 – 1980 гг.) транспорт получил 5300 секций магистральных тепло-возов и 2370 маневровых. Перевод железных дорог на тепловозную тягу также бур-но возрастал. Если в 1940 г. тепловозный полигон составлял 335 км, то в 1959 г. - 3100 км, а в 1970 г. - 76000 км. Уже в 1975 г. электровозами и тепловозами выпол-нялось 99,6% объема перевозок, из них 49% тепловозами. Около 88% маневровой работы выполнялось тепловозами. К своему 60-летнему юбилею (1984 г.) теплово-зы работали на 96000 км (на 67%) стальных магистралей, осваивая 42 % грузообо-рота и выполняя всю маневровую работу.
За 80 лет в нашей стране было спроектировано и построено более 75 серий тепловозов. На железных дорогах работают 14 серий магистральных и 28 серий ма-неврово-промышленных тепловозов с электрической и гидродинамической передача-ми.
Прослеживая историю развития тепловозостроения на тепловозостроитель-ных заводах страны вплоть до разрушения СССР нужно отметить широкое многооб-разие типов построенных тепловозов. Научная и конструкторская мысль постоянно искала новые технические решения. Не всегда построенный тепловоз тиражировался в серию. Многим тепловозам была уготована судьба опытного образца или в луч-шем случае небольшой партии.
Только на Луганском заводе были осуществлены в металле 18 проектов теп-ловозов. Крупными сериями из них выпускались ТЭЗ, 2ТЭ10Л, М62, 2М62У, 2ТЭ116, 2ТЭ10В(М), 2ТЭ10Ут. А такие тепловозы как ТТ100, ТТ102, ТГ105, ТГ106, 2ТЭ40, ТЭ109, ТЭ114, ТЭ136, 2ТЭ126 были выпущены либо в единственном числе, либо мел-кими партиями.
На Коломенском заводе помимо серийных тепловозов ТЭЗ, ТЭП60 и ТЭП70 были построены опытные образцы: ТЭ50, ТГП50, ТЭП75, ТЭП80 и газотурбовоз ГП50.
На Людиновском тепловозостроительном заводе, специализирующемся на тепловозах с гидропередачей строились тепловозы ТГМ2, ТГМЗ, ТГМ5, ТГМ6, ТГМ8, ТЭГ102Л, тепловозы ТГ16 и ТГ7, а также ТГ22, ТГ21 для узкой колеи железных дорог Сахалина. В конце восьмидесятых — начале девяностых годов завод выпус-кал тепловозы ТГМ4Б, ТГМ4БЛ, ТГМ6В, ТГМ8Э, ТГМ8Пм, ТГМ6Д, ТГМ11, ТГМ11А. Людиновским заводом с 1975 по 1989 г. было построено 62 тепловоза с электриче-ской передачей ТЭМ7 и ТЭМ7А для МПС, остальные тепловозы закупала промыш-ленность.
Брянский машиностроительный завод строил только маневровые тепловозы в основном с электрической передачей. Правда, в начале 60 х годов им были построены несколько тепловозов ТГМ10 с гидропередачей и групповым приводом всех шести ко-лесных пар. Помимо тепловозов ТЭМ1 и ТЭМ2 заводом строились небольшими пар-тиями тепловозы ТЭМ5 с дизелем 6Д49 и бесчелюстными тележками, ТЭМ6 мощно-стью 1100 кВт и дизелем 1-6Д49 и целый ряд модификаций тепловоза ТЭМ2 (ТЭМ2У, ТЭМ2М, ТЭМЗ, ТЭМ15). С 1992 г. основной продукцией завода стал тепло-воз ТЭМ18 мощностью 882 кВт с бесчелюстными тележками и скользящими опорами. На базе этого тепловоза созданы его модификации: ТЭМ18Д, получившей сертифи-кат качества; газотепловоз ТЭМ18Г, работающий до 4-й позиции контроллера на дизельном топливе, а с 4-й - на сжатом природном газе.
В 2002 году заводом, вошедшем в «Трансмашхолдинг» построен 4 х-осный теп-ловоз ТЭМ21 мощностью 1100 кВт с дизелем 8ЧН26/26 Коломенского завода и элек-трической передачей переменного тока.
В 80 х гг. Луганским заводом были созданы сверхмощные тепловозы 2ТЭ121, 2ТЭ126, 2ТЭ136 с секционной мощностью 2940 и 4412 кВт, а также Коломенским за-водом тепловоз ТЭП75 мощностью 4412 кВт. В конструкцию этих тепловозов были заложены оригинальные технические решения, позволившие при испытаниях получить рекордные результаты по силе тяги и скорости. Однако ни одна из названных серий не пошла в серийное производство из-за недостаточной надежности ряда узлов. Кро-ме того потребность в мощных тепловозах снижается из-за постепенного вытес-нения тепловозной тяги на менее загруженные участки железных дорог. Хотя про-тяженность полигона тепловозной тяги еще значительна (более 60 тыс. км), объ-ем грузовых перевозок на нем составляет менее 25% общего грузооборота. В пер-спективе за тепловозной тягой будет сохраняться в основном маневровая и вывоз-ная работа, а также поездная работа на участках со средней и малой загрузкой, на вновь строящихся участках железных дорог в отдаленных районах Сибири и Крайне-го Севера.
Тем не менее, изменившиеся условия требуют серьезной проработки концеп-ции дальнейшего развития тепловозной тяги. Становится задача продления срока службы существующего парка тепловозов путем замены устаревшего силового оборудования на более современное, а так же создание совершенных конструкций новых тепловозов с малыми эксплуатационными затратами.
После развала СССР и промышленного кризиса в стране поставки новых те-пловозов практически прекратились. Снизились до минимума и поставки маневровых тепловозов ЧМЭЗ и ЧМЭЗТ чешского производства, парк которых в России состав-ляет несколько тысяч и большинство из которых выработали свой ресурс. Сред-ний возраст тепловозов грузового и маневрового парков составляет от 15 до 25 лет. Таким образом существующий парк тепловозов во многом устарел не только физически, но и морально, требует высоких расходов на обслуживание и ремонт в эксплуатации.
Обновление локомотивного парка согласно Комплексной программе реализации и развития отечественного локомотивостроения и вагоностроения на период 2001-2010 гг. осуществляется как за счет поставок новых, так и модернизации эксплуа-тируемых локомотивов с продлением срока службы. Наиболее рациональным путем оздоровления магистральных тепловозов является проведение капитальных ремон-тов с продлением срока службы до 40 лет (КРП) и с улучшением их технико-экономических показателей.
Создание новых локомотивов, отличающихся высокой экономичностью, луч-шими потребительскими, эксплуатационными и экологическими качествами, должно базироваться на современных достижениях науки и техники. На новых тепловозах должны устанавливаться высокоэкономичные и надежные силовые установки, прин-ципиально новый тяговый привод, комплексные бортовые микропроцессорные сис-темы управления, обеспечивающие безопасность движения, возможность автове-дения и диагностики, устройства дистанционного управления локомотивами для обеспечения работы по системе многих единиц; системы электрического торможе-ния. Экипажная часть должна обеспечивать минимальное воздействие на путь, а тормозное оборудование максимально интегрировано в микропроцессорную сис-тему управления.
В основу разработок тепловозов нового поколения заложен принцип блочно-агрегатной компоновки с рациональной унификацией узлов и систем. Этот принцип позволяет рационально организовать производство отдельных компонентов на ос-нове специализации предприятий с созданием конкурентной среды и тем самым добиться повышения качества изделий и снижения их стоимости.
2.2. Основные сведения об устройстве и работе тепловозов
Тепловозом называется локомотив, у которого в качестве первичной энерге-тической установки применен двигатель внутреннего сгорания - дизель. В отличие от электровоза тепловоз - автономный локомотив, так как энергия для приведения колес в движение вырабатывается непосредственно на локомотиве. У электровоза она поступает от контактной сети.
Производящий механическую энергию дизель назван так в честь его изобре-тателя немецкого инженера Рудольфа Дизеля. В отличие от обычных карбюратор-ных двигателей внутреннего сгорания воспламенение топлива в дизеле происходит не от электрической искры, а оно самовоспламеняется в нагретом до высокой температуры воздухе при его сжатии. Сгорание топлива в цилиндрах дизеля обусловле-но наличием кислорода, содержащегося в воздухе, поступающем в цилиндры дизеля. Чтобы получить возможно большую мощность в цилиндрах дизеля, не прибегая к уве-личению их объема, воздух в цилиндры нагнетают под давлением выше атмосфер-ного, т. е. осуществляют наддув с помощью механических или турбинных нагнета-телей. Превращение полученной в цилиндрах дизеля тепловой энергии в механиче-скую осуществляется посредством шатунно-кривошипного механизма, состоящего из поршня, шатуна и колена (кривошипа) коленчатого вала.
Чтобы дизель мог нормально работать, на тепловозе предусмотрены обслуживающие его системы: топливная, воздухоснабжения, водяная и масляная. Топливная система имеет бак, трубопроводы с фильтрами грубой и тонкой очист-ки, топливоподкачивающий насос, насосы высокого давления и топливовпрыски-вающие форсунки. Система воздухоснабжения состоит из воздухозаборных фильт-ров, охладителей воздуха, газотурбинных или механических нагнетателей, обеспе-чивающих подачу очищенного воздуха под повышенным давлением в воздушные кол-лекторы и далее в цилиндры дизеля. Водяная система служит для охлаждения сте-нок цилиндров, нагреваемых теплом, выделяющимся при сгорании топлива. Чтобы успешно отводить тепло от стенок цилиндров дизеля, на тепловозе предусмот-рено охлаждающее устройство. Водяные полости между цилиндрами и рубашками соединены трубопроводами с трубчатыми радиаторами. Для обеспечения циркуля-ции воды в системе установлены водяные насосы. Проходящая по трубкам радиа-торов вода охлаждается воздухом, подаваемым через секции радиаторов специ-альными вентиляторами. Регулируя подачу воздуха через секции радиаторов, под-держивают температуру охлаждающей жидкости на определенном уровне. Масля-ная система служит для смазывания трущихся деталей дизеля. Так как масло од-новременно охлаждает такие узлы, как поршни, работающие при высоких температурах, то его необходимо охлаждать. Для этого в масляной системе предусмотре-ны насосы, обеспечивающие циркуляцию масла между дизелем и холодильным уст-ройством. В качестве охлаждающего устройства используются либо масловоз-душные радиаторы, либо водомасляные теплообменники. В систему включены также маслопрокачивающие насосы, фильтры грубой и тонкой очистки масла.
Для получения сжатого воздуха, необходимого для питания тормозной систе-мы, а также для электропневматической системы управления механизмами и аппа-ратами, на тепловозе установлен компрессор. Привод компрессора и других вспомо-гательных машин осуществляется от вала дизеля через раздаточный редуктор. На некоторых тепловозах для привода компрессора (и других машин) используют элек-тродвигатели.
На тепловозе имеется аккумуляторная батарея, запас электрической энергии которой используется для пуска дизеля (раскрутки коленчатого вала), а также для питания цепей управления и освещения тепловоза. При работающем дизеле эти функции (кроме пуска) выполняет вспомогательный электрический генератор. Он также служит для заряда аккумуляторной батареи.
Дизель устойчиво может работать при частоте вращения коленчатого вала не ниже определенного предела - (0,3 ÷ 0,4)nном.
Весь диапазон частоты вращения (от минимальной до номинальной, т. е. макси-мальной) разбит на градации (позиции). С набором очередной позиции контроллера ма-шиниста увеличивается подача топлива в цилиндры дизеля, в соответствии с этим растут частота вращения коленчатого вала n и мощность дизеля Nд. Работу дизеля на нулевой позиции называют режимом холостого хода, на последней - номинальным режимом, а на промежуточных позициях - частичными режимами.
При работе на определенной позиции мощность дизеля остается постоянной, практически постоянным остается и вращающий момент на коленчатом валу. В то же время для вращения колесных пар необходимо изменять вращающий момент в зависи-мости от условий движения. Например, при трогании с места тяжелого состава для реализации большой силы тяги необходимо к колесным парам приложить вращающий момент, значительно (в 4-5 раз) больший, нежели момент на коленчатом валу дизеля. И, наоборот, в процессе движения поезда для поддержания необходимой рабочей скорости не требуется большого вращающего момента и он может оказаться меньшим, чем момент на валу дизеля. В силу этих обстоятельств непосредственно передавать вращающий момент от дизеля колесным парам не представляется возможным. Для того чтобы приспособить дизель для условий тяги, на тепловозе предусматрива-ют специальное устройство - передачу. Она должна обеспечивать автоматическое регулирование тягового момента (силы тяги) в соответствии со скоростью и про-филем пути при наиболее полном использовании мощности дизеля. Известно, что мощность, реализуемая на тягу (касательная мощность Nк), равна произведению си-лы тяги тепловоза на скорость движения. Так как у тепловоза мощность силовой ус-тановки при определенной позиции контроллера постоянна, то произведение силы тяги FK на скорость и будет также постоянным FK•v = NK=const. Из соотношения сле-дует, что при изменении скорости соответствующим образом будет изменяться си-ла тяги, и если построить зависимость силы тяги от скорости (тяговую характеристику), она будет иметь вид гиперболы. Понятно, что выполнение условия FK•v = =const может быть обеспечено только в определенном интервале (от точки А до точки Б). Максимальное значение силы тяги ограничивается силой сцепления колес-ных пар с рельсами, а максимальное значение скорости - условиями безопасности. Таким образом, в условиях, когда дизель имеет постоянную частоту вращения и не-изменяющийся вращающий момент, а колесные пары частоту вращения от нуля до определенного максимального значения, от передачи требуется непрерывное плав-ное изменение передаточного отношения, и это изменение должно совершаться ав-томатически в соответствии с требуемой силой тяги тепловоза.
Кроме этого, передача должна обеспечивать возможность отсоединения ди-зеля от тяговой нагрузки (от колесных пар) и реверсирования движения тепловоза. На тепловозах применяются только два типа передач—гидромеханическая и электрическая. Механическая передача на тепловозах распространения не полу-чила из-за невозможности создать многоступенчатую коробку передач небольших размеров для тепловоза большой мощности. Она применяется только на мотово-зах и автодрезинах.
Гидромеханическая передача применяется на некоторых маневровых тепловозах и дизель - поездах мощностью до 1000 кВт. Передача мощности осуществляется с помощью гидравлических аппаратов (гидромуфт и гидротрансформаторов) и меха-нических звеньев (зубчатых редукторов и карданных валов). Гидропередача компактна, имеет сравнительно малую массу, низкий расход цветных металлов, но к.п.д. ее неве-лик (около 75 %).
Электрическая передача получила наибольшее распространение. Она состоит из тягового генератора с возбудителем, тяговых электродвигателей и зубчатых ре-дукторов (рисунок № 1). Вал генератора подсоединен к коленчатому валу дизеля. В нем механическая энергия дизеля преобразуется в электрическую. Тяговые электродвигатели размещены в тележках непосредственно возле колесных пар. Подведенный по кабелям электрический ток от генератора вращает валы электродвигателей - электрическая энергия превращается снова в механическую. Валы двигателей и оси колесных пар связаны между собой зубчатыми передачами. Таким образом, вращающий момент от двигателей передается колесным парам. Так как колесные пары прижаты к рельсам массой тепловоза, то между ними и рельсами возникает сцепление, благодаря которому колесные пары перекатываются вдоль рельсов, перемещая за собой те-лежки, а те в свою очередь - кузов тепловоза. Размещенная в раме кузова автосцепка передает тяговое усилие на состав.
Если переданный на колесную пару тяговый момент превысит момент от силы сцепления колесной пары с рельсами, произойдет срыв сцепления, т. е. начнется бук-сование. Поэтому основной закон локомотивной тяги гласит: сила тяги не должна превышать силу сцепления колес с рельсами. Регулирование тягового момента (си-лы тяги) осуществляется электрическими машинами. Известно, что вращающий момент на валу электродвигателя зависит от размеров двигателя, учитываемых постоянной С, силы тока в обмотках якоря Iя и магнитного потока Ф, создаваемого обмотками возбуждения на полюсах двигателя:
Мкр = СIя•Ф.
Передаваемый на колесную пару момент двигателя, увеличенный в i раз (передаточное число редуктора), направлен на образование силы тяги. Таким об-разом, тяговый момент и сила тяги зависят от тока, протекающего по двига-телю, т. е. чтобы получить большую силу тяги, нужно по двигателю пропускать большой силы ток. Известно, что мощность электрической машины равна произ-ведению силы тока на напряжение (I•U), и если мощность ее постоянна (а она по-стоянна), то при увеличении значения одного множителя другой должен умень-шаться. Так оно и получается.
Рис. № 1. Схема передачи мощности от дизеля колесным парам
при электрической передаче:
1 - дизель; 2 - соединительная муфта, 3 - тяговый электрический генератор; 4 - возбудитель генера-тора; 5 - рама тележки; 6 - пружинная подвеска двигателя на раме тележки; 7 - тяговый электродвига-тель; 8—шестерня; 9 - зубчатое колесо; 10 - колесная пара; KB - контактор возбуждения; ПК— поезд-ной контактор.
При трогании с места, когда требуется большая сила тяги, на двигатели по-дается большой ток, а напряжение мало. С увеличением скорости тепловоза рас-тет частота вращения колесных пар и связанных с ними зубчатой передачей яко-рей тяговых двигателей. С ростом частоты вращения якорей двигателей растет на их зажимах напряжение. В силу постоянства произведения силы тока на напря-жение сила тока соответственно будет уменьшаться. В случае вступления поез-да на подъем из-за возросшего сопротивления движению скорость поезда уменьшается, соответственно уменьшается и напряжение на зажимах двигателя, а си-ла тока возрастает, что приведет к увеличению силы тяги. Таким образом, бла-годаря электрическим машинам с последовательным возбуждением осуществля-ется автоматическое регулирование силы тяги локомотива.
На тепловозах со сравнительно небольшой мощностью дизеля применяют ге-нераторы постоянного тока. При увеличении мощности свыше 2000 кВт габарит-ные размеры генераторов резко увеличиваются, поэтому применяют более ком-пактные и надежные синхронные генераторы переменного тока с выпрямительной установкой. В этом случае передачу называют передачей на переменно-постоянном токе.
2.3. Технико-экономические показатели тепловозов
Тепловоз отвечает основным требованиям современного локомотива: он автономен, может работать на маневрах, с грузовыми и пассажирскими поездами, с путевыми машинами, снегоочистителями, обеспечивая необходимую силу тяги, мощность и скорость. Коэффициент полезного действия тепловоза составляет 27-30%. Из отдельных секций тепловоза можно сформировать тепловоз любой практи-чески необходимой мощности, управляемый с одного поста с использованием полной силы тяги каждой секции. Имея такой мощный локомотив, способный развивать большую силу тяги и необходимую скорость, можно значительно повысить массу поезда, ускорить оборот вагонов и увеличить пропускную и провозную способность железных дорог без значительных капитальных затрат.
Тепловоз всегда готов к работе. Для пуска дизеля и приведения в действие тепловоза требуется не более одной минуты. Обычно тепловоз имеет два поста управления, расположенные в противоположных концах, поэтому ему не нужно пово-ротных устройств.
Большой технико-экономический эффект дает применение тепловозной тяги при маневровой работе. Тепловоз на маневрах может работать по 7 – 10 суток без экипировки, так как на маневровый тепловоз мощностью 736 кВт расходуется в час не более 20 кг жидкого топлива. Коэффициент полезного действия тепловоза даже в условиях маневровой работы составляет 22-24%.
Несмотря на то, что в нашей стране широко ведется работа по электрифика-ции железных дорог, тепловоз как локомотив не «сойдет со сцены», как это случилось в свое время с паровозом. Прежде всего потому, что тепловоз имеет самый высокий к.п.д., который еще будет повышаться при совершенствовании конструкции дизе-лей и передач. Кроме того, автономность тепловоза делает его незаменимым на маневровой работе, особенно на подъездных путях промышленных предприятий. Электрификация железнодорожных линий требует больших капитальных затрат, которые окупаются только при условии, если электрифицированный участок имеет высокую грузонапряженность. Поэтому основными тепловозными полигонами оста-нутся дороги со сравнительно небольшим грузооборотом, а также участки, где по каким-либо причинам электрификация невыгодна.
2.4. Классификация и обозначение серий тепловозов
Тепловозы классифицируются: по роду службы (грузовые, пассажирские, ма-невровые и маневрово-вывозные, а также промышленного транспорта); по числу сек-ций (односекционные, двухсекционные, трехсекционные, четырехсекционные); по типу передачи (с электрической постоянного или переменно-постоянного тока и гидромеханической); по типу экипажной части (тележечные и с жесткой рамой); по ширине колеи (нормальной или широкой 1520 мм и узкой от 600 до 1100 мм); по числу осей (восьмиосные, шестиосные, четырехосные, трехосные, двухосные).
Тип экипажа тепловоза определяет его осевая характеристика, отражающая число, расположение и назначение осей (колесных пар). Для тепловозов тележечного типа осевая характеристика представляет собой сочетание цифр, число которых указывает на число тележек в экипаже, а каждая цифра - число осей (колесных пар) в тележке.
В осевых характеристиках индексы «О» указывают на обмоторенные оси, зна-ки «-» и «+» показывают, что в первом случае тележки не спарены (несочленены) между собой, а во втором - сочленены, числа 2 и 1 в осевой характеристике тепло-воза Ээл указывают на наличие у него двух бегунковых осей и одной поддерживаю-щей.
Для локомотивов, работающих на отечественных, а также зарубежных же-лезных дорогах, установлены определенные габаритные ограничения, определяе-мые габаритами Т, 1T (для тепловозов СССР) и 02Т (для тепловозов, предназначен-ных на экспорт). Наиболее распространенный габарит 1T имеет наибольшую предельную ширину 3400 мм и высоту 5300 мм. Действительные допускаемые предель-ные значения высоты и ширины кузова имеют меньшие значения, учитывающие возможные смещения тепловоза в эксплуатации.
Серии тепловозов, т. е. группы тепловозов, построенных по одним и тем же проектам, принято обозначать сочетанием заглавных букв и цифр. Как правило, обозначение серии начинается с буквы Т (тепловоз). Вторая буква указывает на тип передачи (Э - электрическая, Г - гидравлическая). Третья буква обычно говорит о назначении тепловоза (П - пассажирский, М - маневровый). Цифры указывают но-мер серии тепловоза. По ним можно определить также и завод-изготовитель. На-пример, номера серий от 1 до 49 отведены магистральным тепловозам, спроек-тированным Харьковским заводом транспортного машиностроения им. Малышева, номера от 50 до 99 присваиваются тепловозам ПО «Коломенский завод», а номера свыше 100 - тепловозам ПО «Ворошилов-градтепловоз».
Цифра перед буквенным обозначением указывает на число секций многосекци-онного тепловоза. Буква после номера серии указывает либо на модернизированный вариант (ЗТЭ10М), либо на завод-изготовитель, если первоначальный вариант те-пловоза был изготовлен другим заводом (2ТЭ10Л, 2ТЭ10В - Луганск, Ворошиловград).
Для упрощения ведения технической документации и использования ее при раз-работке программ для ЭВМ в Министерстве путей сообщения разработана единая система цифрового обозначения тягового подвижного состава.
Структура единой системы цифрового обозначения, состоящего из семи зна-ков, позволяет по первому знаку определить вид подвижного состава (пассажирский вагон - 0, тяговый и специальный подвижной состав - 1, грузовой вагон - 29). Семи-значная часть нового номера кодирует основные эксплуатационно-технические при-знаки подвижного состава, род его службы, серию и т. д. При этом для многосекци-онных локомотивов учитывается возможность их переформирования в эксплуатации и поэтому предусматривается цифровое обозначение каждой секции отдельно.
Второй знак кодируемого обозначения показывает тип подвижного состава: 0 - паровозы, 1 - электровозы односекционные, 2 - электровозы многосекционные, 3,4- электропоезда и электросекции, 5 - тепловозы односекционные, 6 - теп-ловозы многосекционные, 7 - дизель-поезда и автомотрисы, 8 - мотовозы, 9 - пу-тевые машины.
Третий знак характеризует подвижной состав по роду службы (пассажирская, грузовая, маневровая, специальная), по типу тяговой передачи (электрическая, гид-равлическая), по роду тока (постоянный, переменный, двойного питания). Так, тепло-возы односекционные пассажирские имеют знак - 0, грузовые - 1, маневровые с электрической передачей с 2 по 6, маневровые с гидравлической передачей - с 7 по 9, также и многосекционные пассажирские тепловозы имеют знак - 0, а грузовые с 1 по 9.
Четвертый знак отдельно или в ряде случаев (при значительном числе объек-тов) в сочетании с третьим обозначает серию.
Пятый, шестой и седьмой знаки информации не содержат и служат для обра-зования номера тяговой единицы. Восьмой знак (контрольный) используется для проверки правильности считывания и занесения в документы номера подвижного со-става.
У тех серий локомотивов, число которых превышает тысячу единиц, для обра-зования номера используют четвертый знак. При этом к числу, обозначающему серию локомотива, прибавляют число тысяч порядкового номера. Например: тепловоз ТЭЗ № 791 будет иметь обозначение 1610791, а №4791 - 1614791.
|
|
20.02.2013, 16:19
Похожие темы
Почта
