Автономный тяговый подвижной состав

К автономному тяговому подвижному составу относятся тепловозы, дизельпоезда, автомотрисы, мотовозы и газотурбовозы. По назначению тепловозы подразделяют на грузовые, пассажирские и маневровые (рис. 7.10). Основные параметры тепловозов приведены в табл. 7.3.

Тепловоз включает в себя следующие основные части: первичный двигатель, передачу, кузов, экипажную часть, аппаратуру управления и вспомогательное оборудование.

Таблица 7.3

Рис. 7.10. Тепловозы ТЭП75 (а) и ТЭМ7 (б)

Первичным двигателем на тепловозе является дизель. Чтобы привести во вращение колесные пары тепловоза от вала дизеля, требуется специальная передача. На тепловозах применяют двухтактные бескомпрессорные двигатели внутреннего сгорания. Мощность двигателя пропорциональна количеству сжигаемого в цилиндрах топлива, однако чем значительнее его расход, тем больше нужно подать воздуха. В связи с этим в двигателях современных тепловозов воздух в цилиндры нагнетается под давлением 135...240 кПа, что существенно увеличивает мощность двигателей. Такой способ заряда цилиндра свежим воздухом называется наддувом.

Передача обеспечивает трогание тепловоза с места и реализацию полезной мощности дизеля во всем диапазоне значений скорости движения. Передача может быть электрической, механической или гидравлической. Наиболее широко применяется электрическая передача постоянного или постоянно-переменного тока. В первом случае коленчатый вал дизеля вращает якорь тягового генератора, преобразуя механическую энергию в электрическую, а генератор вырабатывает постоянный ток, который поступает в тяговые электродвигатели. Вращение их якорей с помощью тяговых редукторов передается движущим колесным парам. При этом электрическая энергия, получаемая от тягового генератора, вновь преобразуется в механическую. В передаче переменно-постоянного тока используются синхронный тяговый генератор переменного тока и тяговые электродвигатели постоянного тока. Вырабатываемый синхронным тяговым генератором переменный ток выпрямляется, т. е. преобразуется в постоянный ток с помощью специальной выпрямительной установки на основе силовых полупроводниковых (кремниевых) вентилей. На всех отечественных тепловозах постоянного тока осуществляется электрический пуск дизеля от аккумуляторной батареи. При пуске дизеля тяговый генератор постоянного тока работа в режиме электродвигателя, потребляет электрическую энергию от батареи и приводит во вращение коленчатый вал. На тепловозах с передачей переменно-постоянного тока для пуска дизеля останавливают стартерный электродвигатель.

Механическая передача подобна автомобильной. Она состоит из шестеренчатой коробки скоростей, реверсивного устройства и муфты сцепления. Эта передача проста по устройству и имеет высокий КПД. Однако при переключении скоростей резко уменьшается, а затем возрастает сила тяги, что вызывает сильные рывки состава. Поэтому механическая передача применяется лишь в мотовозах, автомотрисах и дизельных поездах сравнительно небольшой мощности.

Гидравлическая передача дешевле и проще электрической. Основными элементами гидравлической передачи являются гидротрансформаторы и гидромуфты. Оба эти агрегата представляют собой сочетание центробежного насоса, соединенного с валом двигателя, и гидравлической турбины, работающей за счет энергии струи жидкости, нагнетаемой насосом (рис. 7.11).Вал 2 центробежного насоса соединен с валом 1 ведущего двигателя. При работе двигателя насос засасывает жидкость в трубу 10 из камеры 9 и подает ее через направляющий аппарат по трубе 3 к турбине 4, вал 5 которой связан с приводным механизмом. Жидкость из турбины по трубе 6 попадает в камеру 7, которая соединена с всасывающей камерой 9 трубой 8. Из камеры 9 жидкость снова засасывается центробежным насосом и повторяет описанный выше путь. В гидромуфте или гидротрансформаторе насосное колесо приводится во вращательное движение с помощью вала дизеля, а турбинное колесо вращается за счет энергии потока рабочей жидкости, нагнетаемой рабочим колесом.

Экипажная часть состоит из следующих узлов: рамы тележки, колесных пар с буксами и рессорного подвешивания. У большинства тепловозов главная рама кузова опирается на две трехосные тележки через восемь боковых опор. В средней части главной рамы расположена дизель-генераторная установка.

На главной раме, представляющей собой жесткую и прочную сварную конструкцию, размещаются кабина, кузов, силовое и вспомогательное оборудование тепловоза. Тележки (рис. 7.12) имеют раму, опоры, буксы, колесные пары, рессорное подвешивание и тормозное оборудование.

Рис. 7.11. 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

Аппаратом управления тепловозом является контроллер, расположенный на пульте машиниста. Контроллер имеет главную рукоятку для включения электрических цепей управления и регулирования частоты вращения вала дизеля, а также реверсивную рукоятку для изменения направления движения тепловоза.

К вспомогательному оборудованию относятся топливная система, системы смазки и охлаждения и др.

Размещение оборудования показано на рис. 13 на примере грузового тепловоза 2ТЭ10В.

Топливная система дизеля, например, тепловоза 2ТЭ10Л (рис. 7.14) включает в себя топливный бак, топливоподкачивающие агрегаты, фильтры грубой и тонкой очистки, системы коллекторов и трубопроводов. Запаса топлива в одной секции тепловоза, составляющего 6300 кг, достаточно для 1000... 1200 км пробега.

Система смазки дизеля циркуляционная, действующая под давлением, создаваемым насосом 4 (рис.7.15). Масло из поддона 5 дизеля направляется в холодильник 13, где его температура снижается на 15...20"С. Охлажденное масло проходит через щелевой фильтр 10 и поступает в маслораздаточный коллектор 7 дизеля и далее к подшипникам коленчатого вала и другим деталям.

Рис. 7.12. 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

Рис. 7.13. 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 поддувочного воздуха; 9 — тяговый генератор; 10— дизель; 11 — выпускная труба; 12 — турбокомпрессор; 13 — резервуар противопожарного агрегата; 14 — водяной бак; 15 — подпятник вентилятора; 16— колеса вентилятора; 17 — карданный вал; 18 — секции холодильника; 19 — гидропривод вентилятора; 20— тяговый электродвигатель; 21 — рама; 22 — тележки; 23 — топливный бак; 24 — ящик дешифратора

Рис. 7.14. 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

Рис.7.15. Система смазки дизеля

1 — маслоподогреватель; 2 — центрифуга; 3 — насос центрифуги; 4 — насос для прокачки масла через маслоподогреватель; 5 — поддон дизеля; 6 — насос для подкачки масла перед запуском; 7 — маслораздаточный коллектор; 8 — главный циркуляционный насос; 9 — трубопровод горячего масла; 10 — фильтр грубой очистки масла; 11 — фильтр тонкой очистки масла; 12 — трубопровод охлажденного масла; 13 — холодильник

Система охлаждения тепловоза служит для отвода теплоты от дизеля, снижения температуры масла в водомасляных теплообменниках, а также подогрева топлива, масла и воздуха, подаваемого для обогрева кабины машиниста.

К вспомогательному электрическому оборудованию тепловоза также относятся двухмашинный агрегат, аккумуляторная батарея, контакторы, реле, регуляторы, контроллер, реверсор и другие устройства.

На отдельных участках железных дорог в качестве автономного тягового подвижного состава применяются дизельные поезда, автомотрисы, мотовозы и газотурбовозы.

Дизельным поездом называется постоянно сформированный состав с одним или двумя моторными вагонами и дизельной силовой Установкой. На железных дорогах России эксплуатируются в основном четырехвагонные дизельные поезда ДР1 с гидравлической Передачей. Их конструкционная скорость составляет 120 км/ч.

После распада СССР возникла проблема создания в России отечественного дизельного поезда.

Рис. 7.16. Схема газотурбинной установки газотурбовоза

с электрической передачей

1 — генератор; 2 — редуктор; 3 — компрессор; 4 — камера сгорания;

5 — газовая турбина; 6— ведущая колесная пара; 7— зубчатая передача;

8— тяговый электродвигатель

Автомотриса представляет собой самодвижущийся вагон с двигателем внутреннего сгорания дизельного или карбюраторного типа, предназначенный для пассажирских или почтовых перевозок.

Мотовозом называется локомотив небольшой мощности, используемый для маневровой работы на железнодорожных станциях и подъездных путях промышленных предприятий.

Газотурбовоз представляет собой локомотив, у которого первичным двигателем является газовая турбина.

Принцип действия газотурбинной установки газотурбовоза с электрической передачей поясняет рис. 7.16. Воздух, сжатый в осевом компрессоре 3 до давления 600 кПа, поступает в камеру сгорания 4, где сжигается жидкое топливо. Продукты сгорания при температуре до 730 °С поступают на лопатки газовой турбины 5. Вырабатываемая мощность за вычетом мощности, потребляемой компрессором, передается генератору 1.

Локомотивное хозяйство. Общие сведения

Локомотивное хозяйство обеспечивает перевозочную работу железных дорог тяговыми средствами и содержание этих средств в соответствии с техническими требованиями. В состав этого хозяйства входят основные локомотивные депо, специализированные мастерские по ремонту отдельных узлов локомотивов, пункты технического обслуживания, экипировки локомотивов и смены бригад, базы запаса локомотивов. Под экипировкой понимают комплекс операций (по снабжению локомотивов топливом, водой, песком, смазочными и обтирочными материалами), связанных с их подготовкой к работе.

Локомотивные депо — это структурные единицы локомотивного хозяйства. Их сооружают на участковых, сортировочных и пассажирских станциях. Депо называется основным, если оно имеет приписной парк локомотивов для обслуживания грузовых или пассажирских поездов, производственные здания, мастерские и технические средства для выполнения текущего ремонта, технического обслуживания и экипировки.

По виду тяги различают тепловозные, электровозные, мотор-вагонные и смешанные депо. В крупных железнодорожных узлах со специализированными станциями — пассажирскими и сортировочными — предусматривают отдельные локомотивные депо для грузовых и пассажирских локомотивов.

В пунктах оборота локомотивы находятся в ожидании поездов для обратного следования с ними. За это время, как правило, проводится их техническое обслуживание, совмещаемое с экипировкой.

Пункты смены бригад предусматривают преимущественно на участковых станциях и размещают исходя из условия обеспечения установленной продолжительности работы бригад.

Пункты экипировки располагают на территории депо. Иногда экипировочные устройства размещают непосредственно на при-емоотправочных путях для выполнения операций без отцепки локомотива от поезда.

Пункты технического обслуживания локомотивов размещают как в локомотивных депо, так и в пунктах оборота.

Согласно ПТЭ размещение и техническое оснащение локомотивных депо, пунктов технического обслуживания локомотивов, мастерских, экипировочных устройств и других сооружений и устройств локомотивного хозяйства должны обеспечивать установленные размеры движения поездов, эффективное использование локомотивов и материальных ресурсов, высококачественный ремонт и техническое обслуживание, безопасные условия труда.

Все локомотивы, приписанные к дороге (депо) и числящиеся на ее балансе, образуют так называемый инвентарный парк, который подразделяется на эксплуатируемый и неэксплуатируемый. В состав эксплуатируемого парка входят локомотивы, находящиеся в работе, в процессе экипировки и технического обслуживания в течение установленной нормы времени приемки и сдачи локомотива, а также в ожидании работы. К неэксплуатируемому парку относятся локомотивы, находящиеся в ремонте и резерве управления дороги, в процессе пересылки в холодном состоянии и др. В настоящее время основными проблемами локомотивного хозяйства являются физическое и моральное старение локомотивного парка (имеющийся инвентарный парк ОАО «РЖД» изношен более чем на 70 %) и отсутствие необходимых производственных мощностей отечественных заводов для выпуска новых локомотивов. Для решения этих проблем в процессе реформирования железнодорожного транспорта подготовлена Программа создания и освоения производства новых локомотивов до 2010г., предусматривающая продление сроков службы и модернизацию тепловозов и электровозов на локомотиворемонтных заводах, разработку и производство новых локомотивов за счет перепрофилирования и увеличения мощностей локомотивостроительных заводов.

В период до 2010 г. планируется провести реорганизацию локомотивных депо с разделением функций эксплуатации и ремонта, а также переоснащение базовых депо (по ремонту и эксплуатации локомотивов) согласно установленным техническим требованиям.

Обслуживание локомотивов и организация их работы

Электровозы и тепловозы обслуживают локомотивные бригады в составе машиниста и его помощника. Мотор-вагонные поезда, поездные и маневровые электровозы и тепловозы могут обслуживаться и одним машинистом при наличии устройств автоматической остановки, срабатывающих в случае внезапной потери машинистом способности вести поезд. При электрической и тепловозной тяге одна локомотивная бригада может обслуживать несколько локомотивов или постоянно соединенных секций, управляемых из одной кабины.

Основным способом обслуживания поездных локомотивов является сменная езда, при которой бригады не закрепляются за определенными локомотивами. Лишь при вспомогательных видах движения (маневровая работа, перевод составов с одной станции узла на другую и т.п.) закрепляются две —четыре бригады. Сменная езда позволила значительно сократить непроизводительные простои локомотивов, удлинить участки их обращения и вместе с тем улучшить условия труда и отдыха локомотивных бригад.

Продолжительность непрерывной работы поездных локомотивных бригад составляет 1... 8 ч, и лишь в исключительных случаях допускается увеличение этой нормы до 12 ч. Если продолжительность непрерывной работы в оба конца превышает установленную норму, бригаде предоставляется отдых в пункте оборота длительностью не менее половины времени предшествовавшей работы.

Рис. 7.17. Схемы обслуживания поездов локомотивами

при плечевой (а)и кольцевой {б) езде:

А — основное депо; Б, В — оборотные депо; участки АБ,

АВ — тяговые плечи

Обслуживание поездов локомотивами осуществляется по определенной системе в зависимости от размещения основного депо и станции формирования, характера грузопотока и др. Когда основное депо расположено на граничной станции А участка обращения (рис. 7.17, а), локомотивы, приписанные к основному депо, следуют до участковых станций Б и В, являющихся пунктами оборота. На станцию А локомотив возвращается с поездом обратного направления. Здесь он отцепляется от состава и следует в депо для экипировки, технического обслуживания и смены локомотивной бригады, после чего подается на станцию к следующему составу. Способ обслуживания поездов по такой схеме называется плечевой ездой. Ее основными недостатками являются частые отцепки локомотивов от поездов, потери времени из-за захода на территорию депо, более продолжительное нахождение локомотивов в горловинах и на путях станции.

Для того чтобы уменьшить простои локомотивов, на станциях основных депо стали применять схему кольцевой езды (рис. 7.17, б). В этом случае локомотивы не отцепляют от составов при прохождении станции основного депо, бригады меняются на станционных путях, а техническое обслуживание и экипировку локомотивов проводят в пунктах оборота. В основное депо локомотив заходит только для очередного технического обслуживания или текущего ремонта. Однако и при таком способе обслуживания локомотив следует по кольцу, охватывающему только два тяговых плеча, и резервы улучшения его использования полностью не реализуются.

Разновидностью кольцевого способа обслуживания поездов является петлевой, при использовании которого локомотив один раз за полный оборот заходит в основное депо для экипировки и технического обслуживания.

Рис. 7.18. Схема обслуживания поездов при кольцевой езде

на удлиненном участке обращения локомотивов:

А - основное депо; Б, В — пункты оборота;

Г, Д — пункты смены локомотивных бригад

Благодаря тепловозной и особенно электрической тяге в сочетании с работой сменных бригад стало возможно применение наиболее эффективной схемы обслуживания поездов — езды на удлиненных участках обращения локомотивов (рис. 7.18). В этом случае локомотивы, не отцепленные от поезда, следуют по большому кольцу, охватывающему несколько участков работы бригад «своей» и других дорог.

На станции А расположено основное локомотивное депо, на станциях Б и В — пункты оборота, а на станциях Г и Д — пункты смены локомотивных бригад. Экипировку и техническое обслуживание локомотивов проводят без отцепки локомотива от поезда на станциях Б и В, а при необходимости — и на станциях смены бригад.

В районах с разветвленной железнодорожной сетью с целью улучшения использования локомотивов несколько смежных участков их обращения объединяют в зону обращения (рис. 7.19). При этом локомотивы, приписанные к разным основным депо, входящим в зону обращения, работают по единому плану.

Рис. 7.19. Зона обращения локомотивов

В настоящее время преобладает эксплуатация локомотивов на удлиненных участках обращения при сменной работе бригад. Протяженность этих участков устанавливают исходя из нормативной продолжительности работы локомотивов между техническими об-служиваниями и в зависимости от рода тяги, месторасположения станций формирования поездов, основных депо, наличия пунктов стыкования различных видов тяги и других факторов.

Работа локомотивов осуществляется по графику их оборота, который составляют на основе графика движения поездов с учетом условий труда и отдыха локомотивных бригад и установленного порядка технического обслуживания, экипировки и ремонта локомотивов.