Конспект по устройству тепловоза

Обновлено: 07.07.2024

Тепловоз 2ТЭ10М (рис. 1.1) представляет собой магистральный локомотив сэлектрической передачей постоянного тока.

В средней части тепловоза, на общей раме, смонтированы дизель 10Д100 и генератор ГП–311Б постоянного тока.

На тепловозе установлены два воздухоочистителя, два турбокомпрессора типа ТК34Н–04С, два водяных воздухоохладителя.

Перед кабиной машиниста и дизелем находится воздушный компрессор типа КТ7, приводимый в действие от вала тягового генератора через передний распределительный редуктор и пластинчатую муфту. От этого редуктора через карданные валы и промежуточную опору приводится в действие двухмашинный агрегат, а через гидромуфту, смонтированную в корпусе переднего редуктора – вентилятор охлаждения ТЭД передней тележки.

Задний распределительный редуктор приводится в действие от вала дизеля через пластинчатую муфту. От редуктора вращение передается вентилятору охлаждения ТЭД задней тележки.

В задней части кузова тепловоза расположено охлаждающее устройство, состоящее из водяных секций и вентилятора, а также жалюзи секций радиаторов.

В головной части тепловоза расположена кабина с пультом управления. За задней стенкой кабины, справа и слева, находятся высоковольтные камеры.На секции тепловоза имеется четыре бункера песочниц.

Кузов, рама тепловоза и все оборудование, расположенное на них опираются на две трехосные бесчелюстные тележки.

Основные технические характеристики тепловоза приведены в таблице 1.1.

Рис. 1.1. Расположение оборудования на тепловозе:

1 – пульт управления; 2 – ручной тормоз; 3 – вентилятор кузова; 4 – вентилятор охлаждения тяговогоэлектродвигателя; 21 – рама тепловоза; 22 – тележка задняя; 23 – бак топливный; 24 – тележка передняя, 25 – ящик дешифратора и усилителя; 26 – скоростемер; 27 – сиденье машиниста; 28 – высоковольтная камера правая; 29 – канал забора воздуха, охлаждающего тяговые двигатели передней тележки; 30 – вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки, 31 – канал забора воздуха, охлаждающего тяговый генератор; 32 – маслопрокачивающий агрегат; 33 – воздухоочиститель правый; 34 – редуктор распределительный задний; 35 – фильтр грубой очистки масла; 36 – синхронный подвозбудитель; 37 – теплообменник; 38 – редуктор привода синхронного подвозбудителя; 39 – автоматический привод гидропривода; 40 – фильтр тонкой очистки масла; 41 – канал забора воздуха; 42 – санузел; 43 – вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей задней тележки; 44 – топливоподогреватель; 45 – воздухоочиститель левый; 46 – батарея аккумуляторная; 47 – топливоподкачивающий агрегат; 48 – выпускной канал охлаждения тягового генератора; 49 – редуктор распределительный передний; 50 – компрессор; 51 – двухмашинный агрегат; 52 – высоковольтная камера левая

Основные технические характеристики тепловоза 2ТЭ10М

Род службы	Грузовой, магистральный
Передача	Электрическая, постоянного тока
Осевая характеристика	3₀−3₀
Мощность дизеля, кВт
Масса одной секции, т: Служебная Сухая	138±3% 131,7±3%
Нагрузка от колесной пары на рельсы, кН	226 ±3%
Длительная сила тяги, кН
Длительная скорость, км/ч	24,6
Конструкционная скорость, км/ч
Тип тележки	Бесчелюстная
Диаметр колес по кругу катания, мм
Минимальный радиус проходимых кривых, м
Длина секции тепловоза по осям автосцепок, мм	16 969
Ширина тепловоза (по раме), мм
Высота по вентилятору кузова, мм
Шкворневая база, мм
Колесная база, мм
Масса экипировочных материалов, кг: Топливо Масло Вода Песок
Тип тормоза	Автоматический пневматический, прямодействующий вспомогательный и ручной механического действия
Тип букс	Поводковые, на роликовых подшипниках

Дизель 10Д100

Двигатель 10Д100 представляет собой двухтактный вертикальный десятицилиндровый дизель со встречно движущимися поршнями, с непосредственным впрыском топлива и прямоточной продувкой.

Дизель 10Д100 оборудован двухступенчатой системой наддува, системой охлаждения наддувочного воздуха и специальным объединенным регулятором для одновременного регулирования числа оборотов и мощности.

Основные технические характеристики дизеля приведены в табл. 1.2.

Основные технические характеристики дизеля

Параметр	Значение, характеристика
Марка	10Д100
Обозначение по ГОСТ 4393−82	10ДН 20,7/2×25,4
Тактность
Расположение цилиндров	однорядное, вертикальное
Частота вращения коленчатого вала на номинальном режиме, об/мин
Полная мощность при нормальных атмосферных условиях, разрежении на впуске не более 2,94 кПа, противодавлении на выпуске не более 0,98 кПа, температуре воды на входе в охладитель наддувочного воздуха (45°С), кВт
Минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала на холостом ходу, об/мин	400 ± 15
Рабочий объем цилиндров, м 3 (л)	0,1709(170,9)
Степень сжатия действительная	13,7
Средняя скорость поршня, м/с	7,2

Окончание табл. 1.2

Максимальное давление сгорания не более, МПа	10,5
Среднее эффективное давление, МПа	0,93
Температура выпускных газов по цилиндрам на полной мощности не более, °С
Габаритные размеры дизеля: длина, мм ширина, мм высота от оси нижнего коленчатого вала, мм

Топливная система тепловоза

Топливные системы тепловозов служат для бесперебойной подачи очищенного топлива к топливным насосам высокого давления в течение времени, определенного его запасом на тепловозе. Топливная система (рис. 1.2) включает в себятопливный бак, трубопроводы, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, топливоподкачивающий насос, топливоподогреватель, предохранительные и невозвратные клапаны, вентили и манометры.

Топливо подается в систему из топливного бака топливоподкачивающим насосом. При этом оно проходит заборное устройство, ФГО, ФТО и по топливопроводам подводится к топливным насосам высокого давления (ТНВД). Подача насоса топливной системы в 2 раза превышает максимально необходимую для работы дизеля на полной мощности. Поэтому избыток топлива через перепускной клапан сливается в подогреватель. Для предохранения насоса от перегрузок перед фильтром установлен предохранительный клапан, отрегулированный на давление 0,3−0,35 МПа, и через который избыток топлива сливается в топливоподогреватель и далее в бак. Давление топлива в топливном коллекторе после ФТО колеблется в пределах 0,1−0,25 МПа. Для измерения давления топлива до фильтров и после применяются манометры. Для выпуска воздуха и эмульсии из системы на нагнетательной трубе имеется вентиль. Грязное топливо, из лотка дизеля, сливается по трубе в грязеотстойник, а просочившееся из форсунок – в топливный бак. В топливоподогревателе топливо подогревается горячей водой, если нет необходимости в подогреве, он может быть отключен.

Рис. 1.2. Схема топливной системы дизеля:

1 − дизель-генератор; 2 − топливный коллектор; 3 − клапан перепускной; 4– манометр давления топлива до ФТО; 5 − манометр давления топлива после ФТО; 6 − ФТО топлива; 7 − демпфер; 8 − клапан предохранительный; 9 − трубопровод отвода грязного топлива; 10 − трубопровод отвода просочившегося топлива; 11 − подогреватель топлива; 12 − заборное устройство; 13− топливный бак; 14 − вентиль для выпуска воздуха из системы; 15, 16 − вентили; 17 − клапан аварийного питания; 18 − ФГО; 19 − топливоподкачивающий агрегат

При выходе из стоя топливоподкачивающего насоса, система переводится на аварийный режим, при котором топливо, минуя ФГО, через клапан аварийного питания поступает к ФТО и далее в топливные коллекторы. Подъем топлива к топливным насосам, в этом случае, происходит в результате разряжения в топливопроводе, создаваемого плунжерами насосов высокого давления. Под действием атмосферного давления топливо из бака поднимается к клапану аварийного питания, приподнимает шарик клапана и поступает в топливные коллекторы.

Масляная система тепловоза

Масляная система (рис. 1.3) служит для создания необходимого давления и подвода масла к трущимся деталям, отвода тепла от них, а также для удаления продуктов износа и частиц нагара, попадающих между трущимися поверхностями.

В системе установлен один масляный насос, обеспечивающий циркуляцию масла под давлением в основном контуре,включающем масляную ванну в картере дизеля, трубопровод, охладитель масла, ФГО и масляные коллекторы дизеля с его внутренней системой.

Имеется ряд дополнительных контуров: два независимых друг от друга контура тонкой очистки масла, контур прокачивания масла перед пуском дизеля, а также контур смазывания редукторов.

После масляного насоса около 5−6% масла направляется к бумажным ФТО, откуда сливается снова в карте дизеля. Второй контур очистки – контур центробежной очистки – обеспечивает очистку еще 10% объема масла. Этот контур включает дополнительный масляный насос, установленный в картере дизеля, и центробежный очиститель масла, после которого масло стекает обратно в картер дизеля.

Маслопрокачивающий насос, соединенный с электродвигателем, служит для прокачки масла в системе перед пуском дизеля. Масло забирается наосом из картера дизеля и через невозвратный клапан подается в ФГО, откуда поступает в масляные коллекторы дизеля и далее во внутреннюю систему. Для смазывания подшипников редукторов масло поступает после ФТО через предохранительный клапан, отрегулированный на давление 0,07−0,08 МПа.

При падении давления масла в конце верхнего коллектора ниже 0,05−0,06 МПа происходит остановка дизеля в результате воздействия реле давления на цепь питания электромагнитного золотника остановки регулятора.

Рис. 1.3. Схема масляной системы тепловоза:

1 − гидромеханический редуктор; 2,25, 34, 35, 36, 40, 41, 47, 50, 52, 58, 59, 60− вентили; 5− ФТО; 6− пробка для выпуска воздуха; 7, 53− краники; 8−щит приборов; 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 30 – манометры; 17− термометр; 19− термореле; 21− центробежный фильтр; 23− масляный насос дизеля; 26− дизель−генератор; 27, 31− электротермометры; 29,51− редукционные клапаны; 32− щит приборов на пульте управления; 37− горловина заправочная; 38−

щуп; 39− маслопрокачивающий агрегат; 42, 44, 48− шланги; 43− клапан невозвратный; 45− карман для ртутного термометра; 46− патрубок для датчика термореле; 49− предохранительный клапан; 54− ФГО; 55− шестеренный насос; 56− клапан перепускной; 57− теплообменник; 61− клапанзапорный;

Водяная система тепловоза

При работе дизеля часть тепла от сгоревшего в цилиндрах топлива передается втулкам, крышкам цилиндров, выпускным коллекторам, деталям турбокомпрессора. Для отвода тепла от этих деталей предусмотрено охлаждение их водой.

На тепловозе применены две самостоятельные водяные системы (два контура) (рис. 1.4). Первый контур служит для охлаждения воды, выходящей из дизеля, подвода горячей воды в топливоподогреватель, к калориферу подогрева воды в баке санузла. Второй контур предназначен для охлаждения масла в водомасляном теплообменнике и для охлаждения надувочного воздуха.

В первом контуре вода из коллектора горячей воды, расположенного с правой стороны дизеля, по трубе поступает к верхнему коллектору секций охлаждающего устройства. Пройдя по трубкам секции и охладившись на 5 °С, вода из нижнего коллектора по трубе поступает к водяному насосу и подается в водяную полость двух патрубков выпускных коллекторов цилиндров дизеля и

так далее во внутреннюю систему дизеля. Из нее вода поступает в коллектор горячей воды.

В случае попадания воздуха внутрь системы и образования пара при перегреве воды в системе предусмотрена труба, по которой воздух и пар отводятся в расширительный бак.

К топливоподогревателю вода подводится по трубе с краном №68, а из него во всасывающую магистраль отводится по трубе с краном №63.

Во втором контуре вода подается другим насосом по трубе, проходящей с левой стороны дизеля, к воздухоочистителям, расположенным по обеим сторонам дизеля. Пройдя по трубкам воздухоохладителей, вода по двум трубам сливается в одну трубу, проводящую воду к водомасляному теплообменнику. Из теплообменника вода попадает в радиаторные секции, а из них по всасывающей трубе поступает к водяному насосу. Бак дает возможность расширения воды и пополняет все утечки воды через трубу соединяющую второй контур циркуляции.

Рис. 1.4. Схема водяной системы охлаждения тепловоза:

1− радиаторные секции; 2, 3, 4, 8, 9, 10, 23, 24, 26, 28, 33, 34, 35, 36− вентили;5− бак расширительный; 6− водяной бачок санузла; 7− ручной водяной насос; 11− бонка для подвода воздуха при продувке системы; 12−термореле; 13, 31− карманы для ртутного термометра; 14, 15, 25, 30− шланги; 16, 17− электроманометры; 18− дизель-генератор; 19− топливоподогреватель; 20, 21, 27− краны; 22− отопительно-вентиляционный агрегат; 29− водяной насос ди-

Принцип работы тепловоза заключается в том, что он сам для себя вырабатывает электрическую энергию в отличие от электровоза, который берет ее из контактной сети.

Устройство тепловозов

Локомотивы - это железнодорожная единица, предназначенная для реализации тяговых усилий для перемещения состава. Локомотив представляет собой очень сложную систему машин и механизмов, которые, взаимодействуя между собой, приводят к образованию тяговых и тормозных усилий на ободе колесных пар.

Первичным двигателем на тепловозе является дизель. Чтобы привести во вращение колесные пары тепловоза от вала дизеля, требуется специальная передача. Если вал дизеля непосредственно соединить с движущими осями тепловоза, то двигатель нельзя будет запустить под нагрузкой, и трогание такого локомотива будет затруднено. Кроме того, частота вращения вала дизеля, следовательно, и его мощность пропорциональны скорости движения тепловоза, поэтому полная мощность дизеля может быть получена лишь при максимальной скорости.

Передача позволяет обеспечить трогание тепловоза с места и реализацию полезной мощности дизеля во всем диапазоне скорости движения локомотива. Передача может быть электрической, механической или гидравлической. К вспомогательному оборудованию относятся топливная система, системы смазки и охлаждения и др.

Основы устройства и принцип работы тепловоза с электрической передачей

Тепловоз – локомотив, у которого источником энергии является тепловой двигатель внутреннего сгорания – дизель, вращающий момент от дизеля через специальную передачу передается на колесные пары, которые начинают вращаться, приводя в движение тепловоз.

Электрическая передача получила самое широкое распространение в тепловозостроении. Она удовлетворяет эксплуатационным требованиям, предъявляемым к локомотивам, и сохраняет постоянство мощности при изменении силы тяги и скорости движения.

В электрической передаче вал дизеля вращает тяговый генератор, питающий тяговые электродвигатели (ТЭД). В свою очередь вращение вала ТЭД передаётся колёсной паре через осевой редуктор. Редуктор представляет собой сопряженные зубчатые колёса, располагающиеся на валу ТЭД и оси колёсной пары. Благодаря жесткой механической связи между колесными парами групповой привод обеспечивает большую устойчивость к боксованию. Электропередача постоянного тока обладает гиперболической тяговой характеристикой, при которой увеличение сопротивления движения вызывает увеличение силы тяги, а уменьшение — ускорение локомотива, легко управляется и регулируется. Электропередача позволяет управлять несколькими тепловозами по системе многих единиц из одной кабины. Недостатки её - большая масса и относительная дороговизна необходимого оборудования, наличие щеточно-коллекторных узлов, ограничивающих рабочие токи и напряжения и требующих частого обслуживания. Электропередача обеспечивает электродинамическое (реостатное) торможение, при котором ТЭД работают как генераторы, нагруженные тормозными реостатами; за счёт сопротивления вращению валов ТЭД осуществляется торможение. По сравнению с пневматическими тормозами при электродинамическом торможении меньше износ тормозных колодок.

На тепловозах применяют электрические передачи трех видов: передача постоянного тока, переменного тока и переменно-постоянного тока.

Общее устройство и работа тепловозов

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 обусловлено наличием кислорода, содержащегося в воздухе, поступающем в цилиндры дизеля.

Чтобы получить возможно большую мощность в цилиндрах дизеля, не прибегая к увеличению их объема, воздух в цилиндры нагнетают под давлением выше атмосферного, т. е. осуществляют наддув с помощью механических или турбинных нагнетателей.

Превращение полученной в цилиндрах дизеля тепловой энергии в механическую осуществляется посредством шатунно-кривошипного механизма, состоящего из поршня, шатуна и колена (кривошипа) коленчатого вала.

Для получения сжатого воздуха, необходимого для питания тормозной системы, а также для электропневматической системы управления механизмами и аппаратами, на тепловозе установлен компрессор. Привод компрессора и других вспомогательных машин осуществляется от вала дизеля через раздаточный редуктор. На некоторых тепловозах для привода компрессора (и других машин) используют электродвигатели.

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.

Устройство тепловоза

К основным системам тепловоза относятся энергетическая установка, система передачи мощности, система управления, тормозная система, песочная система и экипажная часть.

Энергетическая установка тепловоза состоит из дизеля и вспомогательных систем, обеспечивающих его нормальную работу. К этим системам относятся топливная, водяная, масляная и система воздухоснабжения.

Топливная система обеспечивает питание дизеля жидким топливом. Она состоит из топливных баков, топливоподкачивающих насосов, топливных фильтров, топливоподогревателей, топливных насосов высокого давления и форсунок, распыляющих топливо в цилиндрах дизеля.

Система водяного охлаждения (водяная система) служит для отвода теплоты от дизеля и включает в себя циркуляционные водяные насосы и радиаторы, в которых тепло от воды передается атмосферному воздуху. Для более интенсивного отвода тепла от радиаторов воздух через них принудительно прогоняется специальным вентилятором.

Масляная система дизеля служит для подачи смазки масла к трущимся частям дизеля и для отвода теплоты от них. Она состоит из насосов, фильтров для очистки масла и охлаждающих устройств – радиаторов или теплообменников.

Система воздухоснабжения предназначена для подачи в дизель воздуха необходимого для сгорания топлива. Она состоит из воздухозаборников, воздухоочистителей, воздуховодов и агрегатов, обеспечивающих подачу воздуха под определенным давлением в цилиндры дизеля (нагнетатели, турбокомпрессоры).

Передача мощности приспосабливает дизель к условиям работы на локомотиве. На тепловозе с электрической передачей механическая энергия вращения коленчатого вала дизеля сообщается тяговому генератору, который преобразует ее в электрическую. Электрическая энергия от генератора через преобразовательные и управляющие устройства поступает в тяговые электрические двигатели, которые с помощью передаточных механизмов приводят во вращение колесные пары. Передача мощности включает также агрегаты, предназначенные для подачи воздуха на охлаждение тяговых двигателей и преобразовательных установок.

Тормозная система предназначена для создания регулируемых тормозных сил, а также для снабжения сжатым воздухом тормозных магистралей поезда и ряда вспомогательных устройств тепловоза.

Песочная система служит для подачи сухого песка к точкам контакта колес с рельсами, для улучшения сцепления колес локомотива с рельсами на трудных участках профиля и трогании поезда с места. Она состоит из бункеров для хранения песка, форсунок для подачи песка под колеса и устройств управления.

Экипажная часть тепловоза включает в себя главную раму с ударно-сцепными устройствами (автосцепками), кузов и ходовую часть – тележку. В мировой практике локомотивостроения тележечные экипажи получили наибольшее распространение, поскольку они позволяют снизить уровень динамических сил при взаимодействии подвижного состава с верхним строением пути, равномерно распределять вес локомотива по осям, минимизировать эффект перераспределения нагрузки при трогании с места и торможении, проходить кривые малых радиусов.

Главная рама тепловоза служит для размещения и закрепления узлов перечисленных выше систем. Она передает их вес через колеса на рельсы. Кроме того, главная рама передает продольные тяговые усилия от ведущих осей к поезду.

Кузов размещается на главной раме и защищает оборудование тепловоза от воздействия окружающей среды. Кузова тепловозов бывают двух типов капотного (маневровые тепловозы) или вагонного (магистральные тепловозы). В первом случае кузов образует машинное отделение с внутренними проходами для обслуживания дизеля и вспомогательных систем; во втором – капот накрывает оборудование тепловоза, доступ к которому снаружи обеспечивается через боковые дверцы.

Энергетическая установка

Энергетическая установка тепловоза – дизель, преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию вращения коленчатого вала.

Дизель состоит из неподвижного блока цилиндров, составляющего вместе с картером и поддоном единую конструкцию называемую остовом. В верхней части цилиндр закрыт крышкой. В крышке расположены впускные и выпускные клапаны и форсунка для подачи дизельного топлива. Движущиеся детали дизеля поршень, шатун, кривошип и вал объединены с помощью подшипников и составляют кривошипно-шатунный механизм. При работе дизеля поршень совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра, которое с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

Принцип действия дизельного двигателя заключается в следующем.

При сгорании топлива в объеме сжатого воздуха между стенками цилиндра и днищем поршня образуются газы – продукты сгорания.

Вследствие этого давление в цилиндре резко возрастает, что приводит к перемещению поршня.

Таким образом, тепловая энергия продуктов сгорания преобразуется в механическую энергию движения поршня.

После расширения отработавшие газы выпускаются из цилиндра через выпускной клапан.

Принцип действия и основные узлы тепловоза. Важнейшей частью любого тепловоза является его первичный двигатель - дизель. Дизель преобразует внутреннюю химическую энергию топлива в механическую энергию вращения коленчатого вала. Свойства дизеля как двигателя не в полной мере соответствуют требованиям поездной работы локомотива, его переменным режимам работы. Мощность дизельного двигателя прямо пропорциональна частоте вращения его коленчатого вала (при неизменной подаче топлива). Для локомотива более полезной является работа двигателя на постоянном режиме - обычно при максимальной (номинальной) частоте вращения коленчатого вала, когда дизель развивает наибольшую мощность. Чтобы обеспечить возможность работы дизеля с постоянной частотой вращения вала при любых режимах движения поезда, энергия от вала двигателя передается колесным парам, скорость вращения которых при движении должна меняться не непосредственно, а через специальные промежуточные устройства, называемые передачей. Передача приспосабливает дизель к условиям работы на локомотиве. На тепловозах применяются главным образом электрические или гидравлические передачи.

При электрической передаче (рис. 1.1, а) механическая энергия вращения коленчатого вала дизеля 1 сообщается электрическому тяговому генератору 2, который преобразует ее в электрическую. Электрическая энергия от генератора поступает в тяговые электрические двигатели 3, которые кинематически связаны с движущими колесными парами 4 и приводят их во вращение.

На тепловозах с гидравлической передачей (рис. 1.1, б) энергия дизеля 1 затрачивается на привод гидравлического насоса 2, сообщающего энергию жидкости, которая циркулирует в замкнутом контуре. Поступая в гидравлическую турбину 5, поток жидкости передает на ее лопатки свою кинетическую энергию и вращает вал ротора турбины, а вместе с ним и колесные пары 4 тепловоза.

К основным частям тепловоза, помимо дизеля и передачи, можно отнести вспомогательное оборудование и экипажную часть.

Экипажная часть тепловоза состоит из кузова, главной рамы с ударно-сцепными устройствами (автосцепками) и тележек с колесными парами и упругим рессорным подвешиванием.

Рис. 1.1. Схемы размещения основного оборудования и преобразования энергии на тепловозах: а - с электрической передачей; б - с гидравлической передачей Главная рама тепловоза служит основанием для размещения силовой установки и вспомогательного оборудования. Она передает их вес через колеса на рельсы. Кроме того, рама передает продольные тяговые усилия от ведущих осей к составу. Кузов размещается также на раме и защищает оборудование тепловоза от внешних воздействий. Кузова тепловозов бывают двух типов (рис. 1.2): вагонного или закрытого (обычно у магистральных тепловозов) и капотного (у маневровых тепловозов). В первом случае кузов образует машинное помещение с внутренними проходами для обслуживания силовой установки; во втором - капот накрывает оборудование тепловоза, доступ к которому снаружи обеспечивается через боковые дверцы. Для возможности прохода обслуживающего персонала на тепловозе с капотным кузовом устраивают продольные (с обеих сторон) и поперечные (по концам рамы) площадки.

Колесные пары большинства современных тепловозов размещены в тележках, двух- или трехосных1, которые могут поворачиваться относительно опирающейся на них главной рамы. Такое устройство экипажной части облегчает прохождение тепловозом кривых участков пути. У некоторых промышленных тепловозов малой мощности движущие колесные пары соединяются непосредственно с главной рамой (экипаж в жесткой раме).

Вспомогательное оборудование обеспечивает нормальную работу дизеля, передачи и экипажной части, а также тепловоза в целом. К нему относятся топливная, водяная и масляная системы дизеля, его устройства охлаждения и воздухо-снабжения, а также системы охлаждения и вспомогательные устройства передачи, песочная система экипажа, воздушная (тормозная) система тепловоза, система пожаротушения и т. п.

Топливная система обеспечивает питание дизеля жидким топливом. Она состоит из топливных баков, вспомогательных подкачивающих насосов, топливных фильтров, топ-ливоподогревателей, основных топливных насосов и форсунок, рас-пыливающих топливо в цилиндрах дизеля.

Система водяного охлаждения дизеля (водяная система) служит для отвода теплоты от его цилиндров и включает в себя циркуляционный водяной насос и радиаторы, в которых теплота от воды передается атмосферному воздуху. Для более интенсивного отвода теплоты от радиаторов воздух через них прогоняется принудительно - специальным вентилятором.

Масляная система дизеля, состоящая из насосов, фильтров для очистки масла и охлаждающих устройств (радиаторов или теплообменников), служит для подачи смазки масла к трущимся частям дизеля, а также частично и для отвода теплоты от них, а в некоторых случаях и от поршней дизеля.

Воздушная система тепловоза (тормозной компрессор, главные и запасные резервуары сжатого воздуха и др.) обеспечивает работу тормозных средств всего поезда, а также ряда вспомогательных устройств тепловозов.

Системы воздухоснабжения и воздушного охлаждения состоят из агрегатов, предназначенных для подачи воздуха (воздуходувки и нагнетатели - для дизеля, вентиляторы - для охлаждения электрических машин), воздухозаборных устройств (окна, жалюзийные решетки), воздухоочистителей и воздуховодов.

Общее устройство современных тепловозов рассмотрим на примере магистральных тепловозов типа 2ТЭ10 (2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, 2ТЭ10М), наиболее распространенных серийных грузовых тепловозов СССР в настоящее время. Тепловоз имеет электрическую передачу постоянного тока и состоит из двух одинаковых секций (рис. 1.3), соединенных между собой стандартной автосцепкой 21. Каждая секция с кузовом 12 вагонного типа имеет свою кабину машиниста 2 с пультом управления 1 и в случае необходимости может использоваться в качестве самостоятельного локомотива. При совместной работе обе секции управляются с поста управления головной секции.

Источником энергии на тепловозе служит двухтактный дизель типа 1 ОД 100 мощностью 2200 кВт. Основная часть энергии дизеля 13 передается тяговому генератору 9, вал якоря которого соединен при помощи Рис. 1.2. Тепловозы с различными типами кузова:

а-вагонного; б-капотного полужесткой пластинчатой муфты с коленчатым валом дизеля. Тяговый генератор преобразует механическую энергию вращения вала дизеля в электрическую. Дизель с генератором, установленные на общей под-дизельной раме 10, представляют собой единый силовой агрегат - дизель-генератор.

Дизель-генератор, являющийся наиболее тяжелой частью тепловоза, расположен на главной раме 26, в ее средней части. Это необходимо для равномерного распределения нагрузок на колесные пары 23, которые объединены в две одинаковые трехосные тележки 25.

Рама 26 опирается на каждую тележку 25 в четырех точках (боковых опорах). Центральный шкворень, соединяющий раму с тележкой, является осью поворота тележки относительно рамы и передает только горизонтальные усилия.

Все оси тепловозов (см. сноску к с. 8) движущие. На оси каждой колесной пары 23 подвешен тяговый электродвигатель 22. Тяговые электродвигатели питаются током от тягового генератора 9. Они преобразуют электрическую энергию в механическую и через зубчатые передачи (редукторы) приводят во вращение колесные пары 23.

Для привода агрегатов вспомогательного оборудования мощность от вала дизеля отбирается через передний 6 и задний 15 редукторы. В частности, с передним редуктором 6 связаны тормозной компрессор 4 и двухмашинный агрегат 3, состоящий из возбудителя, питающего обмотку главных полюсов тягового генератора, и вспомогательного генератора, являющегося на тепловозе источником низкого (75 В) напряжения для цепей управления, освещения и т. п.

От заднего редуктора 15 через гидроредуктор 19 приводится вентилятор охлаждающего устройства 17. Последний просасывает воздух через радиаторы для охлаждения воды, состоящие из отдельных секций 18. Секции (различной величины) расположены в два яруса с обеих сторон шахты холодильника 20. Нагретый воздух вентилятор выбрасывает вверх через крышу тепловоза.

Между кабиной машиниста 2 и машинным помещением по обеим сторонам от центральной двери находятся высоковольтные камеры 7, в которых размещена большая часть электрических аппаратов.

По обеим сторонам дизеля под полом расположены элементы аккумуляторной батареи, которая используется для пуска дизеля. Роль пускового двигателя (стартера), раскручивающего вал дизеля, играет при этом тяговый генератор. На его полюсах размещена дополнительная пусковая обмотка, которая при пуске включается последовательно с обмоткой генератора на напряжение аккумуляторной батареи. Гене: ратор, таким образом, оказывается временно в режиме электродвигателя последовательного возбуждения. Когда вал дизеля достигнет необходимой частоты вращения и дизель начнет работать, пусковая цепь размыкается. После этого тяговый генератор, приводимый дизелем, может сам вырабатывать электрическую энергию. При работе дизеля аккумуляторная батарея заряжается от вспомогательного генератора.

Запас топлива хранится в баке 24, подвешенном к главной раме в средней ее части. Воздух для дизеля засасывается из атмосферы через воздухоочистители, расположенные в боковых стенках кузова с обеих сторон тепловоза, турбокомпрессорами 14 и центробежным нагнетателем 11, работающими последовательно, и через воздухоохладитель нагнетается в цилиндры дизеля. Продукты сгорания (газы) из цилиндра отводятся через турбины турбокомпрессоров 14, глушители, находящиеся на противоположном от генератора торце дизеля, и выхлопные патрубки на крыше кузова в атмосферу.

Тяговые электрические машины, в обмотках которых при работе выделяются большие количества теплоты, охлаждаются воздухом. Для охлаждения генератора служит специальный вентилятор 8, связанный с верхним валом дизеля. Охлаждение тяговых электродвигателей обеспечивается вентиляторами 5 и 16. Они приводятся во вращение от вала дизеля соответственно через передний 6 и задний 15 редукторы. Каждый вентилятор подает воздух в три двигателя одной тележки. Воздух подводится к двигателям по каналам в раме тепловоза и затем по гибким брезентовым рукавам.

На привод вспомогательных агрегатов тепловоза затрачивается значительная мощность - 160-230 кВт на секцию (вентиляторы охлаждения тяговых электродвигателей - по 15 кВт, вентилятор тягового генератора-18 кВт, вентилятор холодильника- 90-120 кВт, в зависимости от режима, тормозной компрессор - до 45-60 кВт).

С учетом потерь в передаче максимальная полезная (так называемая касательная) мощность тепловоза 2ТЭ10В, имеющего дизели общей мощностью 4400 кВт (6000 л. с), составляет примерно 3400 кВт. Наибольшая (конструкционная) скорость тепловоза 100 км/ч.

Магистральные грузовые тепловозы с электрической передачей (ТЭЗ, 2ТЭ116) имеют в основном такое же, как на тепловозе типа 2ТЭ10, расположение силового и вспомогательного оборудования, но имеют конструктивные отличия.

По железным дорогам нашей страны ведут поезда тепловозы и электровозы. Мы в повседневной жизни видим их постоянно, особенно когда путешествуем по железной дороге. Эта статья о тепловозах, для всех кому интересна эта тема. Здесь я не буду углубляться в тонкости определенных узлов, агрегатов и премудростей устройства. Кого интересует конкретное устройство тепловозов, читайте мои статьи на данном сайте.

Тепловоз 2ТЭ10М

Что такое тепловоз?

Тепловоз — это локомотив с установленным на нем двигателем внутреннего сгорания (дизелем), он мобилен и не требует для работы посторонних устройств и сооружений, например контактной сети, как электровоз. Силовой установкой на всех тепловозах являются именно дизели, мощность которых зависит от назначения локомотива.

Машинное отделение тепловоза — дизель

По роду службы их подразделяют на грузовые, пассажирские и маневровые. Но для движения одного дизеля естественно мало, для передачи его мощности к колесным парам используются следующие принципиальные схемы – электрическая и гидравлическая. В электрической передаче используется генератор электрического тока, вращаемый дизелем, а вырабатываемый ток питает тяговые электродвигатели, в гидравлической передаче рабочим телом, которое передает вращение к колесным парам, является жидкость (масло). В гидромуфтах и гидротрансформаторах создаваемый насосным колесом, вращаемым дизелем, напор масла воздействует на турбинное колесо, через которое передается вращающий момент посредством карданных валов на редукторы, в которых установлены колесные пары тепловоза, но все это конечно очень упрощенно, в общих чертах. Мы немного коснемся работы гидропередачи позже, а подробное описание техническим языком можно прочитать в моей статье здесь.

Устройство тепловоза

Все тепловозы имеют раму, на которой установлен дизель, независимо от типа передачи, на раме устанавливается кузов тепловоза и все необходимые агрегаты. Кузов тепловоза опирается через шкворни на рамы тележек, которые могут совершать повороты в любую сторону, согласно профиля пути. Тележки еще имеют скользящие опоры с обоих сторон, которые также опираются на раму тепловоза.

Тележка тепловоза, буксы

Таким образом через рамы тележек тяговые усилия передаются на раму тепловоза в которой установлены автосцепные устройства, соединенные с автосцепками вагонов и все, поехали. В принципе такое-же устройство имеют и тележки электровозов.

Электрическая передача

Такой тип передачи нашел наиболее широкое распространение. Дизель тепловоза, при такой передаче, с помощью пластинчатой муфты присоединяется к валу электрогенератора — эта система называется дизель-генераторной установкой (ДГУ). Электрические передачи могут работать как на постоянном, так и на переменном токе, и даже на переменно-постоянном токе.

При постоянном токе как тяговый генератор, так и тяговые электродвигатели работают соответственно на постоянном токе. Такая передача наиболее проста, хорошо регулируются параметры тяговых электродвигателей, однако как двигатели, так и генератор постоянного тока в составе имеют щеточно-коллекторный аппарат, содержащий трущиеся друг об друга элементы, что значительно снижает их надежность, увеличивает трудоемкость при изготовлении и обслуживании, у таких электрический машин большие габариты и вес. Но тем не менее большинство тепловозов работают на электрической передаче.

Щёточно-коллекторный аппарат ТЭД

Передача переменно-постоянного тока

На тепловозах с данным типом передачи тяговый генератор вырабатывает переменный ток, а тяговые электродвигатели работают уже на постоянном токе. Понятное дело, что переменный ток не подойдет для питания ТЭД постоянного тока, и между двигателем и генератором должен быть некоторый преобразователь — в нашем случае это выпрямительная установка (ВУ). Габариты генератора меньше, а вес ниже, а также в нем отсутствуют трущиеся части, такие как щелочно-коллекторный аппарат. Соответственно один узел является более надежным и менее трудоемким в производстве и обслуживании. Однако ввод третьего узла — ВУ немного уменьшает положительные качества такой системы, да и КПД у тепловозов с такой передачей меньше, чем у постоянников.

Тяговый электродвигатель (ТЭД) от тепловоза

Передача переменного тока

В настоящее время приобретает все большее развитие. В этой передаче как тяговый генератор так и тяговые электродвигатели работают на переменном токе. Соответственно щелочно-коллекторный аппарат отсутствует вообще, такие электроустановки очень надежны. Почему же ранее не использовалась такая выгодная схема? — Все дело в том, что частота вращения и крутящий момент ТЭД переменного тока регулируются изменением частоты тока и напряжения, что является достаточно сложной задачей. Решается эта задача с помощью преобразователя частоты, который включается между двигателями и генератором. На железные дороги нашей страны уже выходят тепловозы именно с такой передачей, она особенно эффективна на локомотивах большой мощности.

Тепловозный дизель

Принцип работы генератора

Идем дальше. Вот наш условный дизель начинает вращать главный генератор (ГГ), пусть он будет постоянного тока, чтобы выработанный им ток пошел на питание тяговых двигателей. Прогуляемся немного в славный мир электротехники, откуда нам уже давно известно, что при перемещении какого-нибудь проводника в магнитном поле в этом проводнике возникает электрический ток. Это и есть генератор. Если по этому проводнику мы возьмем и пропустим ток, то уже получится электродвигатель. Потому-что вокруг любого проводника с током образуется магнитное поле. Здесь мы немного остановимся. Принципы понятны. Магнитное поле в генераторе создает ток протекающий в обмотке возбуждения, которая расположена по кругу корпуса генератора (статор), это понятно, ведь постоянный магнит не установишь на всех двигателях и генераторах, так и ресурсов не напасешься и постоянных магнитов такой мощности просто не существует, поэтому и подают ток на обмотки возбуждения, превращая их в мощные магниты.

Тяговый генератор тепловоза

ЭДС и противоЭДС

Управление дизелем

Все управление дизелем, аппаратами, машинами и агрегатами происходит с пульта управления из кабины машинистом. Управление осуществляется электрическим путем, с помощью применения электромагнитных контакторов и электрических реле в цепях управления, а в силовых цепях работают электропневматические контакторы. Контроллер машиниста имеет 15 (на некоторых тепловозах 8) позиций и представляет из себя электрический аппарат с контактами, замыкание и размыкание которых приводит к различным действиям в цепях управления, благодаря чему происходит коммутация (сборка-разборка) различных комбинаций электрических цепей, каждая из которых отвечает за определенный режим работы силовых агрегатов локомотива. Контроллер может поворачиваться рукояткой или штурвалом, в современных тепловозах небольшой рукояткой или джойстиком, все зависит от конструкции, все позиции контроллеры фиксированные. На тепловозах не существует педали газа, как на автомобилях, а обороты дизеля регулируются специальным устройством – регулятором числа оборотов (РЧО), также регулятор частоты вращения (РЧВ), но смысл один и тот же. Это устройство закрепляется на корпусе дизеля и соединяется с коленчатым валом дизеля. Управляется РЧО контроллером машиниста посредством специальных электромагнитов (МР), их всего пять, через металлическую пластину.

Машинное отделение тепловоза — дизель

Регулятор частоты вращения коленчатого вала

В данном регуляторе с помощью специальных гидравлических устройств (золотника, гидравлического сервомотора, специальной буксы) происходит перемещение реек топливных насосов высокого давления (ТНВД ) к плунжерным парам, само перемещение осуществляет сервомотор, в результате чего подача топлива либо увеличивается, либо уменьшается.

Постоянство оборотов поддерживается системой, использующей принцип центробежной силы – парой грузиков и пружиной, перемещающих золотник. Все современные тепловозы оборудованы регуляторами совмещающими несколько устройств, и автоматического регулирования нагрузки дизеля, и автоматической корректировки подачи топлива по давлению наддувочного воздуха и устройств по ограничению мощности дизель-генератора.

А зачем мощность дизель-генератора ограничивать?

Выше я писал про зловредную противоЭДС, возникающую в главном генераторе, которую силовая установка мужественно преодолевает, вот и главное: мощность дизеля всегда должна соответствовать нагрузке, создаваемой потребителем энергии, и в нашем случае нагрузкой для является главный генератор, а для него уже электродвигатели колесных пар (вот собственно и схема электрической передачи). Как раз регулировка мощности осуществляется уменьшением или увеличением подачи топлива в цилиндры в соответствии с изменением нагрузки генератора.

Тепловоз в разрезе

Почему бы не оставить подачу топлива постоянной?

Машинное отделение тепловоза

Вот эту непростую задачу в пути следования и решают наши автоматические регуляторы частоты вращения вала дизеля, совместно с очень непростой системой автоматического управления электрической передачей тепловоза. Она регулирует посредством многих систем, аппаратов, агрегатов нагрузку главного генератора и в конце концов подачу топлива. Эту систему я описал отдельно, но в нее входят: магнитный усилитель с самовозбуждением – амплистат, имеющий кучу обмоток, синхронный подвозбудитель, трансформаторы постоянного тока (ТПТ) и постоянного напряжения (ТПН), тахогенератор, регулятор напряжения, селективный узел и т.д. В общем всего навалом, но не так страшно, если разобраться, вся работа системы основана на принципах электромагнитной индукции. В итоге на регуляторе размещен эектромагнитный датчик – индуктивный датчик (ИД), шток которого также соединен с рейками топливного насоса и он также изменяет подачу топлива в зависимости от сложившихся условий.

Читайте также: