Admin

Маневровые локомотивы с комбинированной (гибридной) силовой установкой

Производственная деятельность эксплуатационных и ремонтных предприятий ОАО «РЖД», промышленности и других производственных структур, использующих рельсовое путевое хозяйство, подтверждает потребность в экологичных локомотивах малой мощности для выполнения легких маневровых и хозяйственных работ.

В настоящее время для таких работ с составами массой до 1000 т используются маневровые тепловозы ТЭМ2 и ЧМЭЗ мощностью 1200 — 1350 л.с., а также поездные магистральные тепловозы 2ТЭ10М и 2М62, что приводит к значительному росту эксплуатационных расходов (дизельное топливо, масло, ремонты, обслуживание). Анализ режимов их работы на станционных путях, хозяйственных работах в депо и на промышленных предприятиях показывает, что средняя мощность тепловозов за цикл работы не превышает 60 — 70 кВт, средняя скорость движения локомотивов 10 — 15 км/ч, весовые нормы перемещаемых составов находятся в пределах 700 — 1000 т.

Для выполнения таких работ целесообразно использовать локомотивы мощностью до 400 л.с., которые промышленность не выпускает, а соз-данные ранее тепловозы ТГМ1, ТГМ23, ТГМ40 и ТГК2 уже выработали свой срок службы или близки к этому. Кроме того, указанные тепловозы были разработаны более 30 лет назад и не удовлетворяют современным требованиям по экологии, эргономике, расходу топлива и масла, удобству в эксплуатации, обслуживании и ремонте.

В настоящее время оценка потребности в локомотивах мощностью до 400 л.с. на основе материалов, представленных только железными дорогами ОАО «РЖД», составляет более 300 ед.

Промышленный железнодорожный транспорт, являясь составной частью единой транспортной системы России, выполняет перемещение внутри предприятий основной массы грузов, доставляемых магистральным железнодорожным транспортом. Статистика свидетельствует о том, что объем перевозок грузов промышленным железнодорожным транспортом примерно в 3 раза больше, чем магистральным транспортом ОАО «Российские железные дороги». Протяженность железнодорожных путей промышленных предприятий — около 57 тыс. км.

Большая часть предприятий промышленного железнодорожного транспорта России (до 65 %) имеет объем перевозок грузов менее 5 вагонов в сутки. В парке предприятий промтранспорта находятся около 10 тыс. маневровых тепловозов тридцати модификаций мощностью от 220 до 2000 л.с.

Из общего количества тепловозов промышленного транспорта около 35 % составляют локомотивы мощностью 220 — 400 л.с. Это тепловозы ТГК2 мощностью 220 — 250 л.с. производства Калужского машиностроительного завода, ТГМ23 всех индексов мощностью 400 л.с. производства Муромского тепловозостроительного завода и тепловозы ТГМ40 Камбарского машиностроительного завода.

С девяностых годов производство тепловозов указанной мощностной градации было прекращено как на Муромском, так и на Калужском заводах, и только единичные поставки тепловозов ТГМ40 мощностью 400 л.с. осуществлял Камбарский машиностроительный завод.

Практически весь парк этих тепловозов отработал установленные сроки службы и требует замены современными, экономичными и надежными локомотивами.

Основными требованиями к маневровым локомотивам нового поколения данной мощности являются:

- максимальное использование энергии на создание силы тяги, минимизация энергетических затрат на вспомогательные нужды и расходов на приобретение горюче-смазочных материалов;

- минимизация трудовых затрат в течение жизненного цикла, включая затраты на обслуживание и ремонты всех видов;

- высокие экологические и эргономические качества, удовлетворяющие действующим и перспективным отечественным и мировым стандартам..

При выборе типа локомотива для замены тепловозов ТГК2, ТГМ23 и ТГМ40 следует иметь в виду следующие факторы:

- техническое состояние путевого хозяйства на промышленных предприятиях значительно хуже, чем магистралей ОАО «РЖД», что предопределяет выбор локомотивов с небольшими осевыми нагрузками;

- невысокая степень загрузки тепловозов мощностью 220 — 400 л.с. при средней дальности перевозок 3,2 — 3,9 км.

Практическим решением в создании локомотива, удовлетворяющего этим требованиям, является использование комбинированной (гибридной) силовой установки. Такая установка состоит из блока накопителей энергии, например, тяговой аккумуляторной батареи, и дизель-генератор-ной установки (ДГУ) небольшой мощности. Подобное решение позволяет сократить расход топлива не менее чем на 40 %, так как большая часть маневровой работы будет осуществляться на питании от тяговой аккумуляторной батареи, и обеспечить высокую экологическую чистоту локомотива.

Учитывая тенденции развития мирового машиностроения, а также вышеприведенные требования в части создания железнодорожного тягового подвижного состава, в ООО НПП «Полет» (г. Обнинск Калужской области) создан компактный двухосный маневровый локомотив с гибридной силовой установкой в диапазоне мощностей 220 — 400 л.с.


Локомотив ЛГМ1 (рис. 1) с электрической передачей переменно-постоянного тока предназначен для выполнения легких маневровых и хозяйственных работ на путях шириной колеи 1520 мм промышленных предприятий, железнодорожных станций, ремонтных предприятий, предприятий путевого хозяйства, в том числе в закрытых помещениях без выброса выпускных газов дизеля.

В компоновке локомотива применен блочно-модульный принцип установки оборудования, причем все оборудование, сгруппированное в блоки и модули, монтируется на раме локомотива. Кузов локомотива ка-потного типа с несущей рамой, состоит из следующих основных составных частей: рамы, кабины управления, капота.

Рама выполнена сварной из стального проката широкого применения. В раме тепловоза установлены топливные баки и воздушные резервуары, пневматические трубопроводы и кабели, балластные грузы. В концевых частях рамы расположены ав-тосцепные устройства, путеочистители и песочницы (если они установлены). Рама вместе с ходовой частью (тормозным оборудованием, рессорным подвешиванием, колесномоторными блоками с буксовыми узлами) является единым модулем для всех исполнений локомотива.

Род службы ... маневровый, промышленный (промышленные предприятия, стройки, склады, крытые сооружения) Эквивалентная мощность локомотива, кВт

(л.с.).................... 206 — 280(240 — 381)

Мощность дизель-генератора, кВт.....60

Энерговооруженность модуля аккумуляторных батарей, кВт ............... 146 — 220

Тип передачи..................электрическая,

переменно-постоянного тока Привод вспомогательного

оборудования...............электроприводы

переменного тока

Система управления,

регулирования ..................электронная,

микропроцессорная (управление в одно лицо)

Осевая формула ........................ 10 — 10

Нагрузка от колесной пары на рельсы, тс (при служебной экипировке 2/з запасов

топлива) ....................... (16 — 18) ± 3 %

Масса тепловоза, т.......(32 — 36) ± 3 %

Скорость, км/ч:

конструкционная ..................... 20 — 25

длительного режима..................5 — 9

Сила тяги, кН, не менее:

при трогании с места при коэффициенте сцепления 0,25 ............ 96 — 180

расчетного режима.................40 — 76

Тип привода колесных пар .... от тяговых электродвигателей с помощью одноступенчатой прямозубой передачи Минимальный радиус проходимой кривой, м................................................. .50

Статический прогиб рессорного подвешивания, мм ............................... 70 — 80

Величина экипировочных запасов, л

топлива..........................................5 70

масла дизеля ..................................34

песка.......система пескоподачи устанавливается по требованию заказчика

Расход топлива, л/ч......................... 13,3

Ширина колеи, мм.......................... 1520

Габарит по ГОСТ 9238 .................. 0-ВМ

Тип сцепного устройства......автосцепка

СА-3 паровозного типа

Тип тормоза.......колодочный, рычажный,

с двухсторонним нажатием колодок всех четырех колес Способ приведения тормоза

в действие ............воздушный и ручной

Число тормозных осей воздушного тормоза .................................................. ...2

Число тормозных осей

ручного тормоза .................................. 1

Объем главных воздушных

резервуаров, л....................165 (3 х 55)

Величина уклона, на котором локомотив удерживается ручным тормозом, %о ... 30 Номинальное напряжение цепей управления и освещения, В ..................24 и 110

Основные размеры, мм:

высота расположения оси автосцепки

_1_ on

от уровня головки рельса...... 1060_|о

длина по осям автосцепок.......... 8350

колесная база ............................. 4070

наибольшая ширина.................... 3194

высота от головки рельса

по кузову..................................... 4040

диаметр колеса по кругу катания:

при новых бандажах.................... 1050

предельно изношенных.................980


Расположение кабины управления и зеркал обеспечивают видимость и обзорность в соответствии с действующими санитарными нормами при движении в обоих направлениях. Для внутренней отделки кабин применены современные пластиковые материалы. На пульте управления размещены: дисплей отображения значений скорости, а также контролируемых и диагностируемых параметров, задатчик электронного контроллера, манометры, амперметры и вольтметры, тумблерные группы переключателей и другие органы управления локомотивом. Управляет локомотивом один машинист.

Капот локомотива выполнен в виде легкосъемных отсеков, разделенных перегородками. В одном из отсеков капота размещен аккумуляторный модуль, в котором расположены стеллажи для установки поддонов с блоками аккумуляторов. Конструкция стеллажей обеспечивает выкатку поддонов для обслуживания аккумуляторов. Отсек оборудован вытяжной вентиляцией.

В других отсеках расположены блоки электрооборудования и блоки дизель-генераторной и компрессорной установок. Там же находятся преобразователи, электронные блоки систем управления. Блоки пневматической и тормозной систем выполнены в виде специальных модулей и размещены в отсеках капота и в подкабинном пространстве. Вентиляторы охлаждения тяговых электродвигателей (ТЭД) установлены непосредственно на горловинах воздуховодов ТЭД.

Доступ к оборудованию осуществляется через двери и люки, выполненные в боковых стенках капотов и в настильных листах рамы локомотива, а также при снятых секциях капота, что обеспечивает удобное проведение его обслуживания и ремонта.

Для минимизации габаритных размеров и снижения строительной стоимости, при приемлемых тяговых свойствах для выбранной мощности и нагрузки от оси на рельсы, локомотив выполнен двухосным. Обе оси локомотива приводные — от двух серийных тепловозных тяговых электродвигателей. С рамой локомотива оси соединены посредством поводковых букс через пружинные комплекты с вертикальными гасителями колебаний, также заимствованными с серийных тепловозов.

НаЛГМ1 установлены колесно-моторные блоки с тяговыми электродвигателями ЭД118А. Буксовые узлы с поводками, рычажная передача тормоза, элементы рессорного подвешивания применены от серийного маневрового локомотива ТЭМ18ДМ (ТУ24.04.549—92).

Тяговая передача локомотива — электрическая, переменно-постоян-ного тока. Питание тяговых двигателей осуществляется от модуля аккумуляторных батарей или дизельной электростанции, либо от обоих источников питания одновременно. Применена дизельная электростанция с дизелем отечественного производства мощностью до 60 кВт. Возможно применение дизельной электростанции импортного производства с аналогичными выходными параметрами.

Модуль аккумуляторных батарей составлен из кислотных тяговых аккумуляторов фирмы TAB Регулирование тока тяговых электродвигателей осуществляется с помощью электронного тягового регулятора тока.

Силовая электрическая схема локомотива предусматривает следующие режимы работы:

► реверсивное движение локомотива;

► тяга только от тяговых аккумуляторных батарей;

► тяга только от дизель-генера-торной установки;

► тяга от аккумуляторной батареи и дизель-генераторной установки;

► режим заряда тяговой батареи от дизель-генераторной установки;

► режим заряда тяговой батареи от внешнего источника.

Система программного управления локомотивом обеспечивает контроль и управление дизель-генераторной установкой, управление формированием оптимальных характеристик работы тяговых электродвигателей в режимах тяги, холостого хода, управление режимом заряда модуля тяговых аккумуляторных батарей, управление защитными устройствами силового и вспомогательного оборудования.

Локомотив ЛГМ1, кроме маневровой работы, также может быть использован в качестве транспортной и энергетической единицы (с соответствующим навесным оборудованием) для производства следующих работ:

очистка пути от снега с помощью плужных или роторных (мощность электропривода до 50 кВт) агрегатов;

очистка пути от мусора щеточными агрегатами (мощность электропривода до 50 кВт);

очистка рельсов и скреплений от грязи, удаление засорителей из-под рельсов струями воды высокого давления (мощность электропривода до 50 кВт) в сцепе с цистерной;

уничтожение растительности на железнодорожном полотне с помощью навесного поливочного устройства;

погрузочно-разгрузочные работы при установке кран-балки.

Схема установки дополнительного оборудования представлена на рис. 2. Таким образом, маневровый локомотив ЛГМ1 является концептуальным инновационным проектом, отвечающим современным представлениям о техническом и эстетическом уровне развития железнодорожной техники.

В конструкции локомотива применены следующие новые прогрессивные решения:

- блочно-модульная компоновка кузовных элементов и оборудования локомотива с установкой на главной раме;

- комбинированная гибридная энергетическая силовая установка с реализацией силы тяги от емкостного накопителя энергии в виде аккумуляторных батарей и дизель-генера-торного модуля;

- локальная сеть микропроцессорных устройств управления, регулирования, защиты и диагностики локомотива;

- управление тягой и зарядом накопителя с помощью преобразователей, выполненных на IGBT-транзи-сторах;

- интегральный пульт управления с дисплейным модулем отечественного производства;

- безмасляный компрессорный агрегат;

- высокорасположенная кабина управления, обеспечивающая улучшенный обзор при движении в обе стороны;

- применение специальных кабельных каналов под съемными настильными листами ходовых площадок, обеспечивающих открытый доступ к кабельной и проводной продукции при ремонтных и восстановительных работах;

- укладка силовых цепей и цепей управления в разные каналы по обе стороны капота;

- оборудование блоков аккумуляторных батарей системой «Акваматик», предусматривающей централизованный долив банок.

Локомотив обладает широкими функциональными возможностями, такими как:

О использование локомотива в качестве энергетической установки промышленной частоты, в том числе с переносным электроинструментом в производстве и на путях;

О содержание локомотива, с учетом его минимальных габаритов, в закрытых производственных помещениях (цехах), с обеспечением его высокой степени готовности, что особенно существенно в зимний период, в том числе при обслуживании и ремонте;

О возможность оборудования дополнительными опциями — средствами безопасности АЛСН или КПД-3, кондиционером, механизмом расцепа автосцепки из кабины, системой пескоподачи, электрообогреваемым остеклением, а также навесным рабочим оборудованием.

Новый локомотив ЛГМ1 с комбинированной силовой установкой может выполнять маневровые и хозяйственные работы на предприятиях ОАО «РЖД» и промышленного железнодорожного транспорта и заменить отработавшие сроки службы тепловозы с гидропередачей ТГМ23 и ТГК2, что позволит снизить затраты на перевозки на 30 — 40 %. Эти локомотивы могут быть использованы для постановки в ремонт и вывода из ремонта вагонов и локомотивов, при работе с путевыми машинами. Однако основной сферой применения маневрового локомотива с комбинированной силовой установкой на перспективу явится промышленный железнодорожный транспорт.


Основными преимуществами нового гибридного локомотива по сравнению с используемыми в настоящее время маневровыми тепловозами являются:

+ снижение расхода потребляемого топлива;

+ сокращение затрат на техническое обслуживание и ремонт;

+ значительное снижение шума при работе с выключенным дизелем;
+ сокращение потребных инвестиций на приобретение локомотива;

+ повышенная экологичность.

Особенно важные достоинства локомотива — это работа приводного двигателя электростанции в режимах, близких к номинальным по оборотам и по расходу топлива, возможность применения в качестве приводного двигателя дизелей, в том числе импортных, обладающих экологическими показателями на уровне требований евро-3, евро-4, а также газодизелей, работающих на жидком дизельном топливе с переходом на газ или только на газе, обеспечивая снижение выбросов с выхлопными газами двигателя на 80 — 90 %.

Технико-экономическая оценка эффективности использования на промышленном транспорте нового гибридного маневрового локомотива Л ГМ 1 мощностью 280 кВт по сравнению с тепловозом ТГМ23, выполненная в соответствии с действующими методиками на основе соизмерения затрат и результатов, показала, что применение нового локомотива позволит:

- снизить расходы на дизельное топливо на 772,3 тыс. руб. в год, на дизельное масло — 107,4 тыс. руб.;

- уменьшить расходы на техническое обслуживание и ремонт более чем в 2 раза (с 724,5 до 318,8 тыс. руб.).

Суммарная экономия годовых затрат от использования локомотива с комбинированной силовой установкой составит около 1188,7 тыс. руб. в год.

Уровень лимитной (предельно допустимой) цены маневрового локомотива с гибридной силовой установкой, рассчитанный на основе улучшения его потребительских свойств по сравнению с тепловозом ТГМ23, составляет 12842,7 тыс. руб. Срок окупаемости инвестиций на его приобретение — 5,8 года (без учета фактора времени).

Д-р техн. наук В.Т. ЩЕРБАКОВ, ООО НПП «Полет», г. Обнинск,
заслуженный конструктор России Л.М. БОНДАРЕНКО, инж. Ю.П. ЕРОХИН

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Kochukov

Замечательная статья, пригодится в Дипломном проектировании на подобные темы

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin