АВТОНОМНЫЙ ТЯГОВЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ

К автономному тяговому подвижному составу относятся тепловозы, дизель-поезда, автомотрисы, мотовозы и газотурбовозы.
По назначению тепловозы подразделяют на грузовые, пассажирские и маневровые.

Грузовой магистральный тепловоз

Пассажирский тепловоз

Маневровый тепловоз

Тепловоз включает в себя следующие основные части: первичный двигатель, передачу, кузов, экипажную часть, аппаратуру управления и вспомогательное оборудование.
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 работает в режиме электродвигателя, потребляет электрическую энергию от батареи и приводит во вращение коленчатый вал. На тепловозах с передачей переменно-постоянного тока для пуска дизеля устанавливают 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.

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.

Маневровый тепловоз с гидравлической передачей

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 имеют раму, опоры, буксы, колесные пары, рессорное подвешивание и тормозное оборудование.
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 рисунке на примере грузового тепловоза 2ТЭ10В.

Топливная система дизеля 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. Масло из поддона дизеля направляется в холодильник, где его температура снижается на 15...20°С. Охлажденное масло проходит через щелевой фильтр0 и поступает в маслораздаточный коллектор дизеля и далее к подшипникам коленчатого вала и другим деталям.
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.
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 пояснен на рисунке. 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.