[01-2016] Магистральный грузовой тепловоз 2ТЭ25КМ: структура системы управления и электрооборудования

[Admin]

Магистральный грузовой тепловоз 2ТЭ25КМ: структура системы управления и электрооборудования

Проект нового грузового магистрального тепловоза 2ТЭ25КМ выполнен с учетом анализа опыта разработки тепловозов, ранее созданных и проверенных эксплуатацией в условиях Российских дорог. Кроме того, учтены потребность локомотивного парка на данное время, нормативные требования к характеристикам современного локомотива, а также имеющиеся сегодня технологии эксплуатации и ремонта в местах их предполагаемой дислокации.
При выборе структуры электрической схемы нового тепловоза за основу были приняты основные технические решения, использованные на тепловозах 2ТЭ116У и 2ТЭ25К. Выбор указанных прототипов был сделан исходя из того, что тепловоз 2ТЭ116У является массовым в эксплуатации на отечественных и зарубежных (Монголия) железных дорогах. В то же время, он представляет собой надежный и современный локомотив, а 2ТЭ25К ранее выпускался на АО «Управляющая компания “Брянский машиностроительный завод”» (АО «УК “БМЗ”»), что позволило использовать уже отработанные на заводе технологические процессы и сократить время выпуска опытных образцов.

В рамках разработки проекта специалистами ОАО «ВНИКТИ» совместно с инженерным центром АО «УК “БМЗ”» были выполнены электротехнические расчеты, разработана электрическая принципиальная схема, выбрано электрооборудование.

Технические характеристики тепловоза 2ТЭ25КМ

• Мощность тепловоза по дизелю (полная) по ГОСТ 10150, кВт (л.с.) 2x2650(2x3604)
• Служебная масса (при 2/3 запаса топлива и песка), т 2x144
• Осевая (колесная) формула 2х(30-30)
• Статическая нагрузка от колесной пары на рельсы, кН (тс) 235,4 (24)
• Расчетная сила тяги при трогании с места максимальная, кН (тс) 2x419,4(2x42,77)
• Сила тяги расчетного режима при скорости м/с (км/чГб,55 (23,6), кН (тс) 2x323,6 (2x33)
• Конструкционная скорость, м/с (км/ч). 27,8 (100) Минимальный радиус горизонтальной кривой, проходимой тепловозом, м 125
• Ширина колеи, мм 1520
• Габарит по ГОСТ 9238 1Т
• Тип передачи: электрическая переменно-постоянного тока с поосным регулированием силы тяги
• Напряжение бортовой сети, управления и освещения, В 110

Тяговая характеристика тепловоза представлена на рис. 1. В качестве силовой установки на тепловозе применен экономичный шестнадцатицилиндровый, четырехтактный среднеоборотный дизель 16ЧН26/26 мощностью 2650 кВт производства ОАО «Коломенский завод», состыкованный с тяговым генератором ГС501А. Система запуска выполнена с использованием стартер-генератора 5СГ, который после запуска обеспечивает питание бортовой сети и заряд аккумуляторной батареи.

Схема возбуждения тягового генератора ГС501А построена с использованием управляемого выпрямителя возбуждения БВК-1012РМ, который получает питание от возбудителя ВС650В. Управление режимом работы БВК-1012РМ, а соответственно и возбуждением генератора выполняется головным микропроцессорным устройством тепловоза — устройством обработки информации (УОИ), разработанным ОАО «ВНИКТИ». На тепловозе также предусмотрена аварийная схема возбуждения генератора, позволяющая реализовать тяговый режим движения тепловоза при возникновении внештатных ситуаций.
Питание тяговыми электродвигателями осуществляется от управляемого 6-ти канального тягового выпрямителя М-ТПП-3600М-1У2. В качестве тяговых двигателей применена серия ЭД133УХЛ1 со встроенными датчиками частоты вращения. Каждый тяговый двигатель запитан от своего отдельного канала выпрямителя, имеющего индивидуальное управление, что позволяет реализовать поосное регулирование силы тяги. Выбранная схема привода оптимально обеспечивает реализацию режима тяги и защиту от боксова-ния в неблагоприятных погодных условиях эксплуатации. Тяговая схема предусматривает две ступени ослабления поля тягового двигателя, включение ступеней выполняется автоматически.
На тепловозе применен электродинамический тормоз мощностью 2700 кВт, имеющий четыре ступени задания тормозной силы, по конструкции аналогичный ранее установленному на тепловозах 2ТЭ25К. Для питания вентиляторов обдува тормозных резисторов используется энергия, генерируемая тяговыми двигателями в тормозном режиме. Наличие этого электродинамического тормозного оборудования позволяет, помимо использования его основной функций, выполнять реостатные испытания тепловоза без привязки его к реостатной станции. При этом нагружение дизель-генератора выполняется на собственные тормозные резисторы тепловоза, а оценка рабочих параметров производится по данным бортовой системы диагностики.
В качестве головного устройства системы управления локомотива применено устройство обработки информации (УОИ) - конструктивно аналогичное используемому на тепловозах серии 2ТЭ25. Часть программных алгоритмов управления прошла отработку (обкатку) в ходе эксплуатации тепловозов серии 2ТЭ25, но адаптация УОИ к тепловозу 2ТЭ25КМ потребовала разработки обновленного пакета программного обеспечения (ПО) с реализацией управления силовой установкой, тяговым приводом, вспомогательным оборудованием, коммутационной аппаратурой этого нового локомотива. Обновленное ПО было проверено в ходе лабораторных испытаний на стендовом оборудовании ОАО «ВНИКТИ». По результатам опытной эксплуатации тепловоза в условиях реальной поездной работы были внесены корректировки в алгоритмы управления систем тепловоза с учетом замечаний и предложения эксплуатирующей стороны.

Было разработано новое программное обеспечение для дисплейного модуля пульта машиниста тепловоза. Диагностика состояния основного бортового оборудования выполнена с учетом опыта эксплуатации тепловозов 2ТЭ116У и 2ТЭ25. Поездная бригада имеет доступ к диагностической информации практически по всем основным системам тепловоза. На дисплей выводится информация о режимах работы систем тепловоза, режимах движения, оценивается рабочее состояние оборудования, отображаются предупреждения о предаварийных и аварийных состояниях электрооборудования. На рис. 2 показаны примеры отображения информации на дисплее машиниста.

На тепловозе установлена автоматизированная система контроля параметров работы и учета дизельного топлива АСК, которая осуществляет регистрацию параметрической и диагностической информации тепловоза и передачу ее на удаленные серверы. Передача информации по топливоиспользованию осуществляется на сервер ЕСМБС по ремонтнооперативной радиосвязи (РОРС GSM), передача диагностической и телеметрической информации производится на FTP-сервер с использованием защищенной VPN-сети.
Кроме того, в системе АСК имеется беспроводный канал передачи данных IEEE 802.11 b/g (Wi-Fi), при помощи которого вся накопленная информация может автоматически передаваться на сервер депо для обработки и анализа. Диагностическая и телеметрическая информация может быть просмотрена зарегистрированным пользователем при помощи специального интерфейса или в виде графиков (рис. 3).
Оперативная информация, передаваемая с борта локомотива в процессе его эксплуатации, позволяет сервисным службам депо оперативно выявлять и устранять отказы оборудования, что сокращает время простоя локомотивов и сокращает трудоемкость технического обслуживания.
Структура вспомогательного оборудования разработана с использованием отработанных узлов на тепловозах серии 2ТЭ25 («Пересвет», «Витязь») и 2ТЭ116У. Отличием схемы вспомогательных приводов 2ТЭ25КМ от схемы 2ТЭ25К стало исключение статических преобразователей частоты. Это при некотором снижении ее эффективности должно посредством упрощения схемы повысить надежность ее работы. Управление вспомогательными приводами реализовано на релейной основе с использованием головного микропроцессорного устройства.

Модуль охлаждения дизеля близок по конструкции к тепловозу 2ТЭ116. Система охлаждения имеет автоматический и ручной режимы управления. В автоматическом режиме реализуются оптимальные тепловые режимы работы силовой установки, для чего на основе показаний температур теплоносителей и режима работы тягового агрегата выполняется управление работой 4 вентиляторов холодильной камеры и приводами жалюзи. Ручной режим позволяет бригаде принимать решения по корректировке работы системы охлаждения, при этом контроль над температурами теплоносителей продолжает выполняться автоматически, и при критических их значениях включатся защитные алгоритмы.

Способ охлаждения помещений при помощи жалюзи, например, продаваемых компанией жалюзи РФ, основа на прекращении доступа солнечных лучей в помещение. Таким образом, во многих случаях можно достичь приемлемой температуры в помещении даже без применения кондиционеров.

Управление синхронной работой тормозных компрессоров винтового типа реализовано также средствами головного микропроцессорного устройства. Это техническое решение показало надежность и эффективность своего применения на ранее выпущенных магистральных тепловозах производства АО «УК “БМЗ”». Предусмотрено и ручное управление компрессорами.
В настоящее время тепловозы 2ТЭ25КМ эксплуатируются на неэлектрифицированных участках Московской, Южно-Уральской и Северо-Кавказкой дорог. Специалисты завода-изготовителя и поставщиков основного оборудования в депо ведут сбор эксплуатационной информации по работе модулей и систем локомотива. На основе полученных данных ведется разработка новых технических решений по повышению надежности и качеству бортового оборудования и тепловоза в целом.

Инженеры И.А. ШАРКИН, П.Л. ЧУДАКОВ, В.А. ЛИНЬКОВ, О.М. КОТОВ, М.В. ФЕДОТОВ, Д.А. СУРКОВ, ОАО «ВНИКТИ»