Доклад на тему тепловоз
Обновлено: 05.07.2024
Создание тепловоза это было не озарением единственного человека, это последовательный процесс разных ученых. Тепловоз не сразу был рожден таким , каким мы привыкли его видеть. Много людей билось над созданием тепловоза. В продолжении долгого времени люди заимствовали друг у друга те или иные детали тепловоза. Постепенно оттачивали технологии, внося новые изменения и усовершенствования в тепловоз. Создание тепловоза значительно ускорило работу всей отрасли. Это могущественный вклад в истории техники. Для изготовления тепловозов требовался определенный уровень промышленности. Из-за тепловоза, была была модернизирована вся промышленность. Многие люди испытывают благодарность и уважение к создателям тепловоза.
Содержание работы
ВВЕДЕНИЕ
1 ИСТОРИЯ ТЕПЛОВОЗОСТРОЕНИЯ
1.1 Мировое тепловозостроение
1.2 Предшественник тепловоза
1.3 Тепловозы в СССР
1.4 Тепловозы в России
1.5 Другие страны
2 ПРОИЗВОДИТЕЛИ ТЕПЛОВОЗОВ
2.1 СССР, Россия, Украина
2.2 Европа
2.3 Северная Америка
2.4 Австралия и Азия
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Файлы: 1 файл
Мой рефик.docx
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1 ИСТОРИЯ ТЕПЛОВОЗОСТРОЕНИЯ
1.1 Мировое тепловозостроение
1.2 Предшественник тепловоза
1.3 Тепловозы в СССР
1.4 Тепловозы в России
1.5 Другие страны
2 ПРОИЗВОДИТЕЛИ ТЕПЛОВОЗОВ
2.1 СССР, Россия, Украина
2.2 Европа
2.3 Северная Америка
2.4 Австралия и Азия
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Создание тепловоза это было не озарением единственного человека, это последовательный процесс разных ученых. Тепловоз не сразу был рожден таким , каким мы привыкли его видеть. Много людей билось над созданием тепловоза. В продолжении долгого времени люди заимствовали друг у друга те или иные детали тепловоза. Постепенно оттачивали технологии, внося новые изменения и усовершенствования в тепловоз. Создание тепловоза значительно ускорило работу всей отрасли. Это могущественный вклад в истории техники. Для изготовления тепловозов требовался определенный уровень промышленности. Из-за тепловоза, была была модернизирована вся промышленность. Многие люди испытывают благодарность и уважение к создателям тепловоза. Некоторые факты все еще вызывают споры людей. Не всё в истории создания первого тепловоза было простым. Но тепловоз сумел пройти через все трудности на пути в историю. И даже не смотря на то, что есть множество свидетельств, невозможно достоверно узнать точную дату создания тепловоза. В наши дни тепловозы не прекращают изменяться, находясь в постоянном процессе развития и изменения. Для каждого человека это заметно по своему, для кого-то сильнее видно, для некоторых это меньше заметно.
В данный момент тема моего реферата является актуальной, так как благодаря появлению тепловоза, промышленная индустрия начала стремительно развиваться, а жизнь людей упростилась в плане передвижения.
Первой целью моего реферата является изучить историю возникновения тепловоза и как повлияло его появление на мир. Вторая цель, рассмотреть как работает тепловоз в наше современное время.
1. ИСТOРИЯ ТЕПЛОВОЗОСТРОЕНИЯ
1.1 Мировое тепловозocтроение
Первый локомотив, использовавший двигатель внутреннего сгорания, был построен Гoттлибом Даймлером. Oн представлял собой двухосную узкоколейную мотриcу с двухцилиндровым двигателем внутреннего сгорания. Первая практическая известная демонстрация проведена 27 сентября 1887 года в Штутгарте на фольклорном фестивале – это фактически был аттракцион, последующие некоторые мoдификации этoго лoкомотива использовались в качестве трамвая.
Первый экспериментальный тепловоз для работы на магистральных линиях был сделан под руководством Рудольфа Дизеля в 1909 году, построен к сентябрю 1912 года, Oднако из-за возникших проблем при испытаниях, а также начавшейся Первой мировой вoйны его доработка не была закончена.1
В июле 1913 года американская компания General Electric выпустила тепловоз, работавший на бензине (что было не выгодно), однако свернула производство подобного вида локомотивов только через несколько лет, перейдя на производство дизельного тепловоза с целью удешевить локомотивное топливо. Специально для тепловозов General Electric разработала и построила свой дизель. Первые, коммерчески неудачные образцы, оставшиеся опытными, выпускались General Electric в 1917—1918 гг.
Развитие дизельной тяги в США получило толчок благодаря закону (Kaufman Act), принятому в 1923 году, который предполагал полное запрещение эксплуатации паровозов в пределах Нью-Йорка в течение последующих нескольких лет. Электрическая тяга была экономически невыгодна на маршрутах с малым пассажиро- и грузопотоком.2
Появившийся в начале XX века тепловоз стал экономически выгодной заменой как низкоэффективным устаревшим паровозам, так и появившимся в то же время электровозам, рентабельным лишь на магистралях со сравнительно большим грузо- и пассажиропотоком.
В 1925 году свой первый тепловоз выпускает компания ALCO (en). Тепловоз с электропередачей получил название AGEIR, являющееся аббревиатурой трёх компаний-партнёров: электрооборудование для тепловоза производит General Electric, дизель — Ingersoll Rand.3
Первые тепловозы предназначались для маневровых, а потом и для пассажирских работ. Первый тепловоз, предназначенный специально для вождения пассажирских поездов, появился в 1928 году в результате сотрудничества нескольких американо-канадских локомотивостроительных компаний.
После Втoрoй мировой войны, когда экономически более эффективная дизельная тяга начинает активно вытеснять паровозную, лидером тепловозостроения в Северной Америке становится компания General Motors. General Motors и General Electric остаются флагманами североамериканского тепловозостроения и в новом, XXI веке
1.2 Предшественник теплoвoза
Прародителями тепловозов Ломоносова и Гаккеля в России были:
1) Так называемые нефтевозы — парoвoзы, в которых наряду с паровой машиной имелся и двигатель внутреннего сгорания, работавший на нефти.
2) Проект тепловоза инженеров Ташкентской железной дороги, в котором проблема запуска дизеля решалась возможностью расцепления колёс с осью при помощи пневматической муфты. Муфта была испытана на паровозе.
3) Проект, предусматривавший дополнение паровоза дизель-компрессором, нагнетавшим воздух в паровозные цилиндры. Основной проблемой стало уменьшение температуры воздуха при расширении, вызывавшее замерзание цилиндров во время работы.
Электровoз предлагаемого нами типа мощностью 360 л. с. с составом поезда в шесть гружёных вагонов может пройти из Петербурга в Москву и обратно, ни разу не останавливаясь для взятия топлива и израcходoвав на весь прогон только 1,44 т нефти. Такoгo же запаса топлива для обыкновенного паровоза одинаковой мощности хватило бы всего на 2½ часа хода, или на 150 вёрст. Обычный паровоз должен сделать за это время около 15 остановок для взятия воды. В наше время не представляется затруднительной постройка электровоза в 1000 сил весом не более 120-130 т.4
5) Проект тепловоза непосредственного действия (то есть без передачи, когда валом двигателя является ось колёсной пары) на основе опытного двигателя известного учёного в области дизелестроения профессора В. И. Гриневецкого. На малых обoрoтах двигатель работал при помощи cжатого воздуха, резервуары которого предлагалось установить на тепловоз. В дальнейшем им же была предложена идея использования гидромуфты в качестве передачи.
6)Проект тепловоза с механической передачей инженера Е. Е. Лонткевича, предложенный им в 1915 году. Рассказывалось об использовании механической коробки передач c тремя передаточными числами. Для тихого хода первоначально предлагалось использовать дополнительную электрическую передачу, в дальнейшем была выдвинута идея использования скользящего сцепления наподобие известной муфты инженера Кoрейво, применявшейся на колёсных пароходах. Проект не был реализован из-за технических сложностей с созданием зубчатых колёс и муфт передачи.
7)Проект тепловоза c механическим генератором газа, разработанный студентом Московского высшего технического училища А. Н. Шелестом под руководством профессора В. И. Гриневецкого. В цилиндрах паровозного типа предлагалось применять не воздух, а продукты горения с впрыскиванием в них воды. Тепловоз должен был иметь генератор газа, заменяющий паровозный кoтёл, и машину, работающую по принципу поршневого паровозного двигателя.
1.3 Тепловозы в СССР
Первыми тепловозами в CCCР были теплoвoзы Щэл1 системы инженера Гаккеля и системы инженера Ломoнoсова Ээл2, оба имели электрическую передачу, были построены в 1924 году и совершили свою первую поездку 6 ноября 1924 года.
Много впечатлений осталось в памяти от первых рейсов на тепловозе. Помню, иду на одной из узловых станций к дежурному докладываться, чтобы зря не держал поезд, а дежурный как раз с диспетчером разговаривает. Пришёл состав, — докладывает дежурный, а паровоза ни в голове, ни в хвосте. Пришлось объяснять, что локомотив в голове, чтo oн в полной исправности и что можно давать отправление.5
Первые серийные тепловозы выпускались с 1931 года Коломенским заводом (продолжение серии Ээл, первый двухсекционный тепловоз — серии ВМ, маневровые — серии O), однако в 1941 году в связи с началом Великой Oтечественной войны выпуск тепловозов был прекращён. В 1945—1946 годах на дороги CCCР поступают тепловозы серий Да и Дб, изготовленные в США. В конце 1946 года тепловозный парк СССР составлял 132 единицы. С марта 1947 года возобновился выпуск отечественных тепловозов. К концу 1955 года 25 тепловозными депо обслуживалось уже 6457 км пути, а в 1979 году расстояние тепловозного полигона достигла ста тысяч километров. В дальнейшем наиболее напряжённые направления были электрифицированы и тепловозный полигон стал несколько сокращаться.
В 1905 г. инженер Н.Г. Кузнецов и полковник А.Н. Одинцов разработали проект автономного электровоза (тепловоза с электрической передачей). Это был первый в мире проект современного тепловоза.
В 1909 г. инженер Ю.В. Ломоносов, работавший начальником паровозной службы на Ташкентской железной дороге, создал проект тепловоза непосредственного действия с групповым приводом колес.
В 1912 г. профессор МВТУ В.И. Гринивецкий разработал требования к транспортному ДВС, который был построен на Путиловском заводе в г. Петербурге.
В 1912 г. студент МВТУ А.Н. Шелест под руководством профессора Гринивецкого во время работы над дипломом разработал проект тепловоза с газовой передачей.
В 1913 г. инженер А.И. Липец совместно с Ю.В. Ломоносовым разработал проект тепловоза, на строительство которого правительство России выделило средства. Однако начало Первой Мировой войны сорвало осуществление данного проекта. Процесс создания тепловозов в России можно разделить на три этапа.
Первый этап (1924–1937 гг.).
Советом Труда и обороны Советской России 4 января 1922 г. было принято решение о постройке тепловозов. Один строится в Петрограде под руководством проф. Гаккеля, другой – по отечественному проекту под руководством проф. Ю.В. Ломоносова в Германии, в счет поставки в нашу страну 1200 паровозов. В ноябре 1924 г. вышли на испытания два магистральных тепловоза: Юэ 001 (конструктор Ломоносов), Юэ 002 (конструктор Гаккель). Позже они были переименованы: первый стал называться Ээл2, второй – Щэл1 (рис. 3.1, 3.2).
За рубежом первый тепловоз был создан в Германии в 1912 г. на заводе Зульцера. Он имел два ДВС: один – тяговый, другой – вспомогательный. Вспомогательный дизель приводил в действие компрессор, который направлял воздух в цилиндры тягового ДВС. Тяговый дизель начинал запускаться и одновременно, через непосредственную передачу, приводил в действие колесные пары c помощью системы дышел. Мощность тягового ДВС составляла 1200 лс. Данный тепловоз не имел практического применения, так как наблюдались большие затруднения при запуске ДВС и в поддержании температуры в рабочих пределах (тепловоз не имел охлаждающих устройств).
В 1930 г. в Германии на заводе Эсслинга был построен тепловоз с воздушной передачей мощностью 1000 лс. Дизель-компрессорный агрегат сжимал воздух до 0,7 МПа при температуре 2000С, который направлялся в боковые цилиндры тепловоза и далее, через систему дышел, к колесным парам. Опытная эксплуатация этих тепловозов показала их полную непригодность для железнодорожных перевозок, поэтому нашу страну называют родиной современных тепловозов. Тепловоз Ээл2 проработал 30 лет (пробег около 1 млн км) и был списан в 1954 г. Тепловоз Щэл1 (пробег около 60 тыс.км) по результатам испытаний был списан с эксплуатации в 1927 г., но сохранен и в настоящее время находится на почетной стоянке в депо ст. Ховрино Московской железной дороги.
В 1927 г. построен тепловоз Эмх3 с трехступенчатой механической передачей, включаемой электромагнитными муфтами. В депо ст. Люблино Московской железной дороги создается опытная база по эксплуатации и ремонту тепловозов.
В 1930 г. начато строительство тепловозов на Коломенском заводе.
В 1931 г. вышел первый серийный тепловоз серии Ээл мощностью 1050 лс.
В 1934 г. построен первый двухсекционный тепловоз серии ВМ мощностью 2100 лс. Авторами этих тепловозов были инженеры Б.С. Поздняков, А.И. Козявкин, А.А. Кирнарский. За 1930–1937 гг. было создано 34 тепловоза. В 1937 г. строительство тепловозов было прекращено. Причиной этому послужило создание паровоза СОк с конденсацией пара, что позволяло использовать его в маловодных районах страны.
В 1931 г. в депо ст. Ашхабад были собраны все тепловозы и создано первое тепловозное депо.
Второй этап (1945–1956 гг).
В 1945 г. из США поступили тепловозы серии Да фирмы Алко (120 шт. приписаны к депо Ашхабад), серии Дб фирмы Балдвин (80 шт. приписаны к депо Гудермес).
В 1946 г. создан на Харьковском заводе тепловоз серии ТЭ1 мощностью 1000 лс.
В 1948 г. построен на базе тепловоза ТЭ1 двухсекционного тепловоз ТЭ2 мощностью 2000 лс. Конструктор этого тепловоза инженер А.А. Кирнарский удостоен Государственной премии.
За 1946–50 гг. полигон тепловозной тяги увеличился более чем вдвое и составил 3,1 тыс.км (3% общей длины).
В 1953 г. создан на Харьковском заводе тепловоз ТЭ3 мощностью 4000 лс в двух секциях. Он стал первым тепловозом второго поколения.
В 1955 г. переведено 6,5 тыс.км пути на тепловозную тягу.
Третий этап (с 1956 г. и по настоящее время).
В 1956 г. ХХ съезд КПСС принимает программу коренной реконструкции железнодорожного транспорта, в том числе полной замены паровозов тепловозами и электровозами. За предстоящую пятилетку планировалось построить 2250 магистральных двухсекционных тепловозов. Для чего на тепловозостроение были переведены Коломенский, Луганский и Харьковский заводы. Дизели стали создаваться на Харьковском и Коломенском заводах, электрооборудование – на Харьковском заводе “Электротяжмаш”.
В 1958 г. создается на Харьковском заводе тепловоз ТЭ10 мощностью 3000 лс.
В 1960 г. создается пассажирский тепловоз ТЭП10 мощностью 3000 лс с конструкционной скоростью 140 км/ч.
В 1961 г. создается тепловоз 2ТЭ10 мощностью 6000 лс.
В 1961 г. создается на Луганском заводе тепловоз 2ТЭ10Л мощностью 6000 лс, который выпускался до 1975 г.
В 1961 г. создается на Коломенском заводе пассажирский тепловоз ТЭП60 мощностью 3000 лс с конструкционной скоростью 160 км/ч.
` В 1961 г. создается на Луганском заводе первый магистральный тепловоз с гидропередачей ТГ105 мощностью 3000 лс.
В 1961–1964 гг. создается на Ленинградском заводе тепловоз ТГ102 мощностью 2000 лс. За эти годы было выпущено 200 секций.
Почти столетие на железных дорогах единственным типом локомотива был стефенсоновский паровоз. В конце XIX века появились двигатели внутреннего сгорания. Сначала они были газовыми. Вагон-газоход, курсировавший на Дрезденской городской железной дороге в 1892 г., можно считать первым тепловозом. Мощность его двигателя составляла 7,35 кВт (10 л. с.). Делались попытки использования бензиновых двигателей на небольших узкоколейных маневровых тепловозах для внутризаводского транспорта.
В 1892 г. Рудольф Дизель взял патент, а в 1897 г. представил вариант двигателя внутреннего сгорания, который был назван его именем. Первый дизель имел мощность 14,7 кВт (20 л. с.), его коэффициент полезного действия превышал коэффициент полезного действия паровых машин и не зависел от размеров двигателя. Очень экономичный, компактный, удобный и простой по устройству дизель быстро получил широкое распространение, в том числе и на транспорте. Правда, железные дороги начали использовать дизель позже других видов транспорта. В 1912 г. на линии Винтертур - Ромаспорн в Швейцарии были проведены испытания первого тепловоза мощностью 705 кВт (960 л. с.), созданного Дизелем и Клозэ. В 1913 г. в Германии на линии Берлин - Мансфельд попытались использовать этот локомотив для движения пассажирского поезда. Но оказалось, что он не пригоден для поездной работы, так как развивал большую мощность лишь при больших скоростях, а при трогании с места и на подъемах мощности не хватало. Выяснилось, что двигатель внутреннего сгорания без специальной передачи между ним и движущими колесами не может обеспечить необходимые тяговые качества локомотива, диктуемые разнообразными факторами работы железной дороги - профилем пути, скоростью движения, массой поезда, погодными условиями и др. Предлагались, проектировались и создавались тепловозы с механической, электрической, гидравлической, газовой и другими типами передач. В годы первой мировой войны фирмой "Крош" (Франция) были построены узкоколейные тепловозы мощностью 88 кВт (120 л. с.) с электрической передачей, а заводом Балдвина (США) - с механической передачей автомобильного типа. Шведский узкоколейный тепловоз мощностью (88 кВт) с электрической передачей был построен в 1922 г.
В 1924 г. в Ленинграде был создан магистральный тепловоз ГЭ1 (Щэл1) системы Я. М. Гаккеля мощностью 735 кВт (1000 л. с.) с электрической передачей. В ноябре 1924 г. тепловоз вышел на железнодорожную магистраль и в январе 1925 г. прибыл в Москву. Одновременно в Москве появился тепловоз с электрической передачей Ээл2 мощностью 880 кВт (1200 л. с.), построенный в Германии по проекту русских инженеров, так же как и тепловоз с механической передачей Эмх3, поступивший в эксплуатацию на сеть советских железных дорог в 1927 г.
В 1930 г. в Дании на тепловозную тягу была переведена четвертая часть всей сети. На железных дорогах США в 1936 г. было 185 тепловозов средней мощностью 400 кВт (540 л. с.). Первоначально здесь строились маневровые. тепловозы мощностью 220 кВт (300 л. с.). В 1940 г. появились первые многосекционные грузовые и универсальные (для грузовой и пассажирской службы) локомотивы. Мощность секции с одним дизелем составляла 990 кВт (1350 л. с.), а с двумя - 1470 кВт.
До второй мировой войны на заводах СССР, кроме тепловоза Щэл1, были построены единичные экземпляры тепловозов Oэл6, Оэл7, Оэл10, ВМ, Оэл9 и несколько десятков тепловозов серии Ээл. Тепловозная тяга впервые была введена на бывшей Ашхабадской железной дороге на протяжении более 700 км.
Широкое внедрение тепловозной тяги началось после окончания второй мировой войны. В СССР один за другим с небольшим интервалом появляются тепловозы ТЭ1 мощностью 735 кВт (1000 л. с.) и двухсекционный тепловоз ТЭ2 мощностью 1470 кВт (2000 л. с.). В 1953 г. был построен первый тепловоз ТЭЗ мощностью в двух секциях 2940 кВт (4000 л. с.), а с 1956 г. начато его серийное производство. К этому периоду относится начало бурного развития отечественного тепловозостроения. Локомотивостроительные заводы Харькова, Луганска, Коломны, Ленинграда, Брянска, Людинова, Мурома за 4-5 лет разработали десятки типов различных тепловозов и построили 15 образцов опытных локомотивов. Среди них магистральные и маневровые тепловозы с электрической передачей ТЭ10, ТЭ50, ТЭ10Л, ТЭП60, ТЭ40, ТЭМ1 и с гидравлической передачей ТГМ2, ТГМЗ, ТГ100, ТГ102, ТГ105, ТГ106, ТГП60. Одновременно росла протяженность линий, обслуживаемых тепловозами. В 1950 г. она составляла примерно 3 тыс. км, в 1960 г. - 18 тыс., в 1970 г. - 76 тыс. км. Наибольшая протяженность тепловозного полигона достигла в 1979 г. примерно 100 тыс. км. В последующие годы наиболее напряженные тепловозные направления переводились на электровозную тягу и протяженность тепловозного полигона начала несколько сокращаться.
B СССР в грузовом и пассажирском движении наибольшее распространение получили тепловозы с электрической передачей. Грузовой тепловоз ТЭЗ имеет электрическую передачу постоянного тока, двухтактный дизель 2Д100 мощностью 1470 кВТ (2000 л. с.). Тепловозы 2ТЭ10Л, серийное производство которых было начато в 1965 г., также имеют электрическую передачу постоянного тока. Двухтактный дизель 10Д100 с газотурбинным наддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха имеет мощность 2200 кВт (3000 л. с.). В последующие годы выпускались модификации тепловозов типа ТЭ10 с индексами Л, В, М, С. Первые тепловозы 2ТЭ116 с электрической передачей переменно-постоянного тока и четырехтактным дизелем Д49 мощностью 2250 кВт (3060 л. с.) в секции были выпущены в 1971 г., С 1988 г. началось их серийное изготовление. Первые тепловозы 2ТЭ121 с электрической передачей переменно-постоянного тока с дизелем типа Д49 мощностью 2940 кВт (4000 л. с.) были построены в 1979 г.
Подвергались существенной переработке конструкции водяной и масляной систем охлаждения тепловозных дизелей, системы охлаждения электрических машин, вспомогательное оборудование и другие агрегаты и узлы тепловозов. Дальнейший процесс тепловозостроения предусматривает создание тепловозов секционной мощностью 4415 кВт (6000 л. с.).
В настоящее время тепловозы практически полностью заменили паровозы на маневрах и выполняют примерно 40% грузооборота сети.
Непрерывно растущие требования повышения массы поездов и скоростей их движения определяют потребность создания все более мощных локомотивов. Уже сейчас необходимы автономные локомотивы секционной мощностью 6000 - 7350 кВт (8000 - 10000 л. с.). Не менее важной задачей является перевод автономных локомотивов на альтернативные виды топлива, например газ. Эти проблемы успешно решаются при применении в локомотивостроении газотурбинных двигателей. Созданы и эксплуатируются газотурбовозы - автономные локомотивы, у которых газовая турбина - основной силовой двигатель.
Малая Октябрьская железная дорога
Учебное пособие по курсу
"Помощник машиниста тепловоза"
С а н к т - П е т е р б у р г
2 0 1 0
История развития тепловозостроения.
В период развития промышленности, в конце 18 и начале 19 веков, наибольшее значение получила паровая машина, применяемая на многих предприятиях и в транспорте. Позже были изобретены и двигатели внутреннего сгорания, которые были значительно экономичнее паровых машин. В 1892 году немецкий инженер Рудольф Дизель предложил свой вариант двигателя, где процесс воспламенения топлива происходил при попадании его в рабочий цилиндр с сильно сжатым и разогретым до высокой температуры, воздухом. Такой двигатель и назвали Дизелем.
В начале 20 века в России начали выпускать дизельные двигатели в Коломне, Риге, Харькове и других городах. Двигатели применялись в промышленных стационарных установках, электростанциях, кораблях. После того, как бензиновые двигатели получили распространение на автомобилях, узкоколейных шахтных мотовозах, катерах, а дизельные – на кораблях, естественно возник вопрос о создании локомотива для железных дорог с таким двигателем, а именно – тепловоза.
Применение двигателей внутреннего сгорания на локомотивах встретило множество технических трудностей. Передавать вращение от вала дизеля к колесам в то время было достаточно сложно. Инженерами предлагалось множество вариантов передачи, и даже без передачи вообще.
В 1905 г. инженер Николай Григорьевич Кузнецов и полковник А.Н. Одинцов разработали проект тепловоза, или как в то время называли, “автономного электровоза”.
В кузове вагонной компоновки предполагалась установка двух калоризаторных двигателей 1, соединенных с генераторами 2, которые вырабатывали ток для четырех тяговых электродвигателей, размещенных непосредственно на осях колесных пар. Однако ни одного тепловоза по этому проекту построено не было.
В 1912 г. студент Московского Высшего Технического Училища (МВТУ) Алексей Несторович Шелест под руководством профессора Василия Игнатьевича Гриневецкого во время работы над дипломом разработал проект тепловоза с газовой передачей. А. Н. Шелест считал, что состояние промышленности того времени не могло осуществить выпуск надежного тепловоза с другим видом передачи. Автор предполагал, что локомотив должен иметь два двигателя. Первый, дизельный, является генератором газа, работающий вместо парового котла. В рабочий цилиндр поступает нефть для сжигания. Туда же подается вода, которая при сгорании нефти, испаряется и вместе с выхлопными газами в виде пара направляется в большой резервуар. Второй – машина, использующая для работы этот газ из резервуара по принципу паровой машины. Никакой механической связи между двумя машинами нет. Особый регулятор управляет работой сразу обеих машин.
В Июле 1914 г. правительством России были выделены средства на постройку тепловоза, который в 1913 году разрабатывал инженер Альфонс Ильич Липец. Однако начало Первой Мировой войны, начавшейся в 1914 году, сорвало осуществление данного проекта. Процесс создания тепловозов в России можно разделить на три этапа.
Й этап
В начале 1922 г. на железных дорогах Страны Советов сложилось критическое положение, не хватало угля, прекратилось движение поездов между Москвой и Петроградом. Правительством Советской республики 4 января 1922 г., по предложению В. И. Ленина, было принято решение о постройке тепловозов.
В то время у инженеров еще не было представления, каким должен быть тепловоз. Только теоретические предпосылки и опытные незаконченные образцы. Это могло сильно задержать реализацию решений о постройке тепловозов. Поэтому нужно было использовать известные агрегаты и имеющийся опыт, чтобы построить работоспособный тепловоз, а на основе его эксплуатации устранять недостатки и строить новые, более надежные тепловозы.
Так при выборе двигателя ориентировались на двигатели для кораблей, которые и по мощности и по размерам подходили для тепловозов. В качестве передачи предполагалась электрическая, так как она уже хорошо зарекомендовала себя на электровозах. Также было решено построить несколько опытных тепловозов разных конструкций, чтобы на основе лучшей конструкции уверенно строить тепловозы в дальнейшем. Правительством были выделены деньги для строительства трех тепловозов.
Один начали строить в Петрограде под руководством проф. Якова Модестовича Гаккеля, два других в Германии по отечественному проекту, под руководством проф. Юрия Владимировича Ломоносова. В постройке локомотива в Петрограде принимало участие четыре завода: Балтийский, Кировский, Электрик и Электросила. В сентябре 1924 года тепловоз Щэл1 был готов для обкатки, но 23 сентября произошло сильное наводнение, которое повредило электродвигатели локомотива. Тепловоз в разобранном виде был переправлен через Неву на портовые пути. Там он был собран и 7-го ноября 1924 года совершил свою первую поездку. На тепловозе был установлен десятицилиндровый дизель, мощностью 1000 л. с., который вращал два генератора постоянного тока для питания электроэнергией десяти тяговых электродвигателей. Удачная конструкция экипажной части и рессорного подвешивания обеспечили локомотиву очень плавный ход и хорошее вписывание в кривые. 16-го января 1925 года Щ эл 1 прибыл в Москву.
Через неделю 23 января на Ленинградском вокзале в Москве состоялась торжественная встреча тепловоза системы Ю.В. Ломоносова Ю э -001, построенного в Германии. Он был оборудован дизелем фирмы МАН мощностью 1200 л.с. и электрической передачей. Пять ведущих колесных пар находились в жесткой раме. Для лучшего вписывания в кривые и уменьшения осевой нагрузки были применены бегунковые и поддерживающие оси, как и на паровозах. В процессе испытаний было выявлены недостатки конструкции, которые устраняли, и к 1928 году локомотив стал вполне законченным эксплуатационным локомотивом.
В феврале 1925 г. вышли на испытания два магистральных тепловоза: Ю э -001, Щ эл 1. Позже Ю э -001 был переименован и стал называться Э эл 2.
Тепловоз Э эл 2 работал до 1954 года и был списан после поступления более современных тепловозов. Щ эл 1 из-за частых ремонтов в 1927 году был снят с поездной работы.
В 1925 г. построен тепловоз Э мх 3 с трехступенчатой механической передачей.
Первоначально предполагалось, что это будет локомотив с гидропередачей, которая в то время успешно применялась в Германии на автомотрисах и мотовозах малой мощности. Но во время испытаний выяснилось, что гидропередача не выдерживала большой мощности, ломались подшипники. В результате от гидропередачи отказались, и было решено разработать тепловоз с механической передачей. Также на нем не было и реверса. Для изменения направления движения на тепловозе был установлен реверсивный дизель. Таким и стал тепловоз Э мх 3.
В депо ст. Люблино Московской железной дороги создается опытная база по эксплуатации и ремонту тепловозов. Находившиеся на базе тепловозы выполняли регулярную работу с поездами от станции Москва до станции Курск. Опытная база просуществовала до 1932 года. После ее ликвидации все локомотивы были переправлены в Ашхабад.
В 1930 г. начато строительство тепловозов на Коломенском заводе.
В 1931 г. в депо ст. Ашхабад были собраны все тепловозы и создано первое тепловозное депо.
В 1933 г. вышел первый серийный тепловоз серии Ээл мощностью 1050 л.с.
В 1934 г. построен первый двухсекционный тепловоз серии ВМ мощностью 2100 л.с. Локомотив состоял из двух идентичных секций, сцепленных вместе и управляемых с одного поста. Также секции могли работать и раздельно друг от друга. В конструкцию тепловоза было много воплощено много смелых идей. Тепловоз ВМ, работал до шестидесятых годов и являлся прообразом мощных локомотивов будущего.
Й этап
В 1946 г. на Харьковском заводе создан тепловоз серии ТЭ1 мощностью 1000 л.с.
Тепловоз имел две трехосные тележки, электрическую передачу. Он был предназначен для грузовой, пассажирской и маневровой работы и был уже вполне современным локомотивом. Тепловоз получил большое распространение на железных дорогах, но его мощность уже была недостаточной. Вес поездов все более и более увеличивался и нужен был более мощный тепловоз.
В 1948 г. на базе тепловоза ТЭ1 построен двухсекционный тепловоз ТЭ2 мощностью 2000 л.с.
Тепловоз представляет собой две одинаковые секции, управляемые с одного поста. Каждая секция оборудована дизель-генераторной установкой, тяговыми электродвигателями, механическим оборудованием и вспомогательными механизмами, которые устанавливались на ТЭ1. После испытаний двух первых тепловозов и устранения недостатков в 1951 году тепловоз начал выпускаться серийно. Выпуск был прекращен в 1955 году в связи с переходом на тепловозы ТЭ3. Инженеры Харьковского завода планировали постройку такого мощного тепловоза еще в 1948 году, но разработка проекта шла медленно, так как инженеры учитывали все недостатки предыдущих машин. В результате большого труда был создан тепловоз ТЭ3.
В 1953 г. на Харьковском заводе построен тепловоз ТЭЗ-001 мощностью 4000 л.с. в двух секциях. Он стал последним тепловозом второго поколения.
Этот локомотив выпускали сразу несколько заводов. По тем временам это был очень мощный и удачный тепловоз. Для вождения пассажирских поездов, на базе тепловоза ТЭ3 был построен тепловоз ТЭ7, который отличался от ТЭ3 только другим редуктором передачи от тяговых двигателей к колесным парам и краном машиниста 395 с оборудованием для электропневматического торможения.
Й этап
В 1959 года на Харьковском заводе спроектирован и построен односекционный грузовой тепловоз ТЭ10. Этот тепловоз стал прототипом большой серии локомотивов, которые до сих пор находятся в эксплуатации.
В 1960 г. создается пассажирский тепловоз ТЭП10 мощностью 3000 л.с. Конструкционная скорость 140 км/ч. Первоначально он получил обозначение ТЭ11, но позже был переименован в ТЭП10. Также, как и ТЭ7, он имел различия в редукторе и был оборудован электропневматическими тормозами. Этот тепловоз постепенно заменял устаревающий ТЭ7. На основе ТЭ10 начинается постройка двухсекционных локомотивов большой мощности.
В 1961 г. на Луганском заводе создается грузовой тепловоз 2ТЭ10Л мощностью 6000 л.с., который выпускался до 1975 г.
Но для работы с пассажирскими поездами тепловозы ТЭ7 и ТЭП10 не совсем соответствовали. Ведь это все же были грузовые тепловозы, переоборудованные для вождения пассажирских поездов. Нужен был локомотив, предназначенный для пассажирской службы.
В 1961 г. на Коломенском заводе создается пассажирский тепловоз ТЭП60 мощностью 3000 л.с. Конструкционная скорость 160 км/ч. В отличие от предыдущих пассажирских тепловозов, ТЭП60 изначально проектировался, как пассажирский тепловоз. На этом тепловозе было применено опорно-рамное подвешивание тяговых двигателей, бесчелюстные тележки, двухступенчатое рессорное подвешивание, что позволило увеличить скорость и плавность хода локомотива на больших скоростях. На испытаниях тепловоз ТЭП60 разгонялся до скорости 190 км/ч. По тем временам это был современный пассажирский локомотив. Коломенский завод выпускал тепловозы ТЭП60 и в двухсекционном варианте для вождения пассажирских поездов увеличенной длины, или на участках с тяжелым профилем пути. Тепловозы ТЭП60 до настоящего времени на многих дорогах страны водят пассажирские поезда.
В 1961-1964 гг. в Ленинграде начат серийный выпуск двухсекционных тепловозов ТГ102 мощностью 2000 л.с. Это был единственный серийный магистральный тепловоз с гидропередачей, который долгое время был в эксплуатации. За эти годы было выпущено 200 секций, которые были переданы для работы в депо ТЧ-9.
С1970 г. по 1990 г. были созданы тепловозы серий 2ТЭ10В, 2ТЭ116, 4ТЭ10С, ТЭП70, ТЭМ2, ТЭМ7 и другие.
Московского вокзала в Ленинграде тепловоза Щ эл 1 системы профессора Л. М. Гаккеля построенного в первые в мире на Ленинградских заводах. С 1946 по 1953 годы были построены тепловозы ТЭ1 мощностью 1000 лошадиных сил, затем ТЭ2 - 2000 лошадиных сил и ТЭ3- 4000 лошадиных сил.
В 1969 - 75 году промышленность освоила выпуск высокоэкономичных четырехтактных дизелей мощностью от 800 до 6000 лошадиных сил, послужившей основой выпуска тепловозов нового поколения: 2 ТЭ116; ТЭП 70; ТЭМ 7; 2ТЭ 121, ТЭП 75; ТЭП80 и других. Рисунок 1
Рисунок 1 Тепловозы ТЭП 75(а) и ТЭМ (б)
Технические характеристики приведены в таблице 1; 1а; 2;
Таблица 1 Технические характеристики тепловозов
Сцепная масса, т
Мощность по дизелю, кВт
Длина тепловоза по осям автосцепо к, мм
* Г - грузовой, П - пассажирский, М - маневровый
Таблица 1а Технические характеристики грузовых тепловозов
Мощность по дизелю, кВт
Конструкционная скорость, км/ч
Минимальный радиус проходимых кривых, м
Диаметр колес, мм
Сцепная масса, т
Габаритные размеры, мм:
Таблица 2 Технические характеристики пассажирских тепловозов
Мощность по дизелю, кВт
Конструкционная скорость, км/ч
Минимальный радиус проходимых кривых, м
Диаметр колес, мм
Сцепная масса, т
Габаритные размеры, мм:
Таблица 3 Технические характеристики маневровых тепловозов
Мощность по дизелю, кВт
Конструкционная скорость, км/ч
Минимальный радиус проходимых кривых, м
Сцепная масса, т
Габаритные размеры, мм:
Чтобы привести во вращение колесные пары тепловоза от вала дизеля требуется специальная передача.
Многолетний опыт эксплуатации тепловозов с различными типами передачи энергии, от первичного источника дизеля к колесным парам показал, что из трех типов ( электрическая, гидравлическая, механическая), наиболее надежной и экономичной является электрическая передача. На современных тепловозах применяются две системы электрической передачи - постоянного и переменно - постоянного тока. Электрическая передача постоянного тока: коленчатый вал дизеля вращает якорь тягового генератора, преобразует механическую энергию в электрическую, а генератор вырабатывает постоянный ток, который поступает в тяговые электродвигатели. Вращение от якоря с помощью тяговых редукторов передается движущим колесным парам. При этом электрическая энергия получаемая от тягового генератора, вновь преобразуется в механическую.
Пуск дизеля осуществляется от аккумуляторной батареи. Электрическая передача переменно- постоянного тока: вырабатываемый синхронным тяговым генератором переменный ток выпрямляется т. е. преобразуется в постоянный ток с помощью специальной выпрямительной установки - кремниевых вентилей. Пуск дизеля осуществляется через стартерный двигатель.
Гидравлическая передача с помощью гидравлических машин (центробежный насос, гидротурбина), трансформирует и посредством рабочей жидкости ( минеральное масло) передает вращающий момент с коленчатого вала дизеля на колесные пары локомотива в соответствии с рисунком 2, 2а.
Рисунок 2 Схема гидродинамической передачи: 1 - дизель; 2 - рабочее колесо насоса; 3 - центробежный нанос; 4, 5 -трубопроводы; 6 - колесо турбины; 7 - гидротурбина; 8 - направляющий аппарат насоса; 9, 10 - шестерни механической передачи; 11 - карданные валы; 12, 13, 14, 15- шестерни осевого редуктора; 16 - сливная труба; 17 -резервуар для рабочей жидкости.
Рисунок 2а Схема гидропередачи:
1-вал ведущего двигателя; 2 - вал центробежного насоса;
3, 6, 8, 10 - соединительные трубы; 4 - турбина; 5 - вал турбины; 7 - камера; 9 - всасывающая камера.
Такие передачи применяются на маневровых тепловозах.
Механическая передача представляет собой зубчатую коробку скоростей, соединенную с дизелем посредством фрикционной муфты и передающую вращающий момент на колесную пару.
Принципиальная схема тепловоза
Тепловозы по роду службы подразделяются на грузовые, пассажирские и маневровые в соответствии с рисунком 3
Рисунок 3 Тепловозы ТЭП - 75 и ТЭМ-7
По конструкции тепловозы подразделяются на одно, двух и многосекционные. Односекционные тепловозы для управления имеют две кабины машиниста, двухсекционные - по одной кабине в каждой секции. У многосекционных в промежуточных секциях кабин нет. Если число колесных пар не превышает шести, тепловоз выполняют односекционным. При необходимости каждая секция имеющая кабину машиниста может работать как отдельный локомотив.
Тепловоз состоит из механической и электрической части.
Размещение оборудования можно увидеть на примере грузового тепловоза 2 ТЭ10В в соответствии с рисунком 11. 17
Рисунок 4 Размещение оборудования на тепловозе 2ТЭ10В: 1- пульт управления; 2-Ручной тормоз; 3- вентилятор кузова; 4 - вентилятор охлаждения тягового генератора; 5 - редуктор вентилятора; 6 - тифон; 7 - центробежный нагнетатель; 8 - холодильник поддуночного воздуха; 9 - тяговый генератор; 10 - дизель; 11 - выпускная труба; 12 -турбокомпрессор; 13 - резервуар противопожарного агрегата; 14 - водяной бак; 15 - подпятник вентилятора; 17 -карданный вал; 18 - секция холодильника; 19 - гидропривод вентилятора; 20 - тяговый электродвигатель; 21 - рама; 22 - тележки; 23 - топливный бак; 24 - ящик дешифратора
К механической части относятся: дизель, экипажная часть и вспомогательное оборудование.
Первичным источником используется двигатель внутреннего сгорания - дизель.
Чтобы привести колесные пары тепловоза во вращение от вала дизеля требуется специальная передача, которая обеспечивает трогание тепловоза с места и реализацию мощности дизеля во всем диапазоне скорости движения тепловоза. Дизель устанавливается в средний части кузова тепловоза.
Экипажная часть состоит: из рамы тепловоза, с кузовом, тележки с колесными парами, буксами и рессорным подвешиванием.
У большинства тепловозов рама опирается на две трехосные тележки. Тележки имеют раму, опоры, буксы, колесные пары, рессорное подвешивание и тормозное оборудование в соответствии с рисунком 5
Рисунок 5 Тележка тепловоза 2ТЭ10В:
1-буксовый узел; 2 - колесный центр; 3 - бандаж; 4 - подвеска; 5 -комплект пружин; 6 - тяга; 7 - кронштейн; 8 - рычажная передача тормоза; 9 - буксовый поводок; 10 - кронштейн подвески тяговых электродвигателей
Пневматическое оборудование тепловоза состоит из компрессора, установленного в кузове и нагнетающего воздух в воздушные резервуары воздуховодов тормозной магистрали, воздушной системы, обслуживающей воздухом аппараты управления, песочницы, свистка и тифона.
Электрическое оборудование тепловоза с электрической передачей включает в себя тяговый генератор, вспомогательные электрические машины, аккумуляторную батарею, тяговые электродвигатели, электрическую аппаратуру управления, контроллер машиниста, реверсор, силовые и вспомогательные цепи, а также цепи управления.
На переднем конце секции расположена кабина машиниста, оборудованная шумоизоляцией, рисунок 6
Рисунок 6 Внутренний вид кабины управления тепловоза 2ТЭ10В: 1 - локомотивный светофор; 2 - кнопка аварийной остановки дизеля; 3 - сигнальная лампа; 4 - скоростемер; 5 - кнопки пуска дизеля; 6 - кран машиниста; 7 - ручной тифон; 8 - кран вспомогательного тормоза; 9 - педаль песочниц; 10 тумблеры; 11 - штурвал контроллера; 12 - пульт радиостанции; 13 - бытовой холодильник; 14 - электроплитка
В ней установлены пульт управления с контроллером и контрольно -измерительными приборами, автоматическая локомотивная сигнализация с автостопом, радиостанция и другое оборудование.
Для управления тормозами тепловоза и поезда в кабине машиниста имеется кран машиниста.
Контроллер машиниста предназначен для дистанционного управления скоростью движения тепловоза.
Контроллер имеет главную и реверсивную рукоятки. Главная рукоятка имеет 16 ходовых позиций. Реверсивная - для переключения обмоток возбуждения тяговых двигателей с целью изменения направления движения.
Основы устройства дизеля
На современных тепловозах распространены двухтактные двигатели 10 Д 100 и четырехтактные 5Д 49. Схема работы их представлена на рисунках 7 и 8.
Рисунок 7 Схема работы четырехтактного двигателя: работы
1- цилиндр; 2- поршень; 3 - шатун двигателя; 4- кривошип; 5 - впускной клапан; 6 - выпускной клапан
Рисунок 8 Схема двухтактного
1 - цилиндр; 2 - продувочные окна; 3 - шатун; 4 - кривошип; 5 - поршень; 6 - выпускные окна
Мощность двигателя пропорциональна количеству сжигаемого в цилиндре топлива, чем больше сжигается топлива, тем больше нужно подать воздуха. В связи с этим в цилиндры нагнетается воздух под давлением (1.35- 2.4) 10 5 Па - наддув.
Подача топлива в каждый цилиндр осуществляется двумя топливными насосами через форсунки, работой которых управляет центробежный регулятор, а на него воздействует, с помощью контроллера, машинист.
Топливная система дизеля тепловоза 2ТЭ10 л включает топливный бак, топливо подкачивающие агрегаты, фильтры грубой и тонкой очистки, системы коллекторов и трубопроводов.
Запас топлива на одной секции составляет 6000кг, достаточного на пробег 1000 - 1200 км, рисунок 9
Рисунок 9 Схема топливной системы тепловоза 2ТЭ10Л:
1- топливный бак; 2 - нагнетательная труба; 3 -топливоподкачивающий агрегат; 4 - фильтр грубой очистки; 5 -фильтр тонкой очистки; 6, 7 - манометры; 8 - топливоподогреватель
Система смазки дизеля циркуляционная под давлением, создаваемая насосом рисунок10.
Рисунок 10
1- поддон дизеля; 2 - нанос для подкачки масла перед пуском; 3 - маслораздаточный коллектор; 4 - главный циркуляционный насос; 5 - трубопровод горячего масла; 6 - фильтр грубой очистки масла; 7 - фильтр тонкой очистки масла; 8 -трубопрововод охлажденного масла; 9 - холодильник; 10 -маслоотделитель; 11 - насос центрифуги; 12 - центрифуга; 13 -насос для прокачки масла через маслоподогреватель
Масло из поддона 5 дизеля направляется в холодильник 13, где его температура снижается на 15 - 20 градусов. Охлажденное масло проходит через щелевой фильтр 10 и поступает в маслораздаточный коллектор 7 дизеля и далее к подшипникам колесного вала и др.
Система охлаждения водяная тепловозов водяная служит для отвода теплоты от деталей дизеля и масла в водомасляных теплообменниках, а также для подогрева топлива, масла и воздуха подаваемого для обогрева кабины машиниста.
Для пуска дизеля к аккумуляторной батареи подключается тяговый генератор, который, работая в режиме электродвигателя, прокручивает коленчатый вал дизеля, вызывая воспламенение топлива в цилиндрах. После того, как дизель начинает работать, тяговый генератор отключается от аккумуляторной батареи.
Коленчатый вал дизеля вращает якорь тягового генератора; генератор вырабатывает постоянный электрический ток, который поступает в тяговые электродвигатели и приводит в движение колесные пары через зубчатую передачу.
Тяговый генератор постоянного тока преобразует механическую энергию дизеля в электрическую.
Тяговые электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую.
Каждая колесная пара имеет индивидуальный привод от своего тягового двигателя.
Аккумуляторная батарея необходима для питания цепей управления и освещения при неработающем дизеле, а также генератора в период пуска дизеля.
Используемая литература: Воронков А.И.
Общий курс железных дорог. Тексты лекций:
Учебное пособие - Оренбург: Сам ГУ ПС, 2009.
Читайте также: