Модуль №1.2 кредита. Історія розвитку локомотивів паровози, тепловози, електровози тощо. Класифікація і типи основних вузлів , елементів та пристроїв локомотивів

СЕМЕСТР 5.(Кредитів 4.5).

 

Модуль №1.(2 кредита).

Історія розвитку локомотивів (паровози, тепловози, електровози тощо). Класифікація і типи основних вузлів , елементів та пристроїв локомотивів.

Розділ 1. Історія розвитку локомотивів (паровози, тепловози, електровози тощо.).

Розвиток паровой тягі. Роль російських вчених у будуванні паровозів. Електровози першего покоління. Електорвози другого покоління. Електровози…   Тепловози першого покоління. Тепловози другого покоління. Тепловози третього покоління. Опитні тепловози. Тенденції…

Розділ 2. Класифікація і типи основних вузлів , елементів та пристроїв локомотивів.

Конструкція головних несучих рам і їх елементів. Кузови ненесучого типу.

 

Несучі кузови і особливості їх роботи.

 

Розрахунок рам і кузовів..

 

Кабіна машиніста. Компонувальні схеми тепловозів 2ТЕ116, 2ТЕ10М, ТЕП150, ТЕП70 і електровозів ВЛ80^к,ВЛ10.

 

Класифікація і типи візків.

 

Рами візків. Колісні пари.

 

Буксові вузли. Ресорне підвішування.

Опорно-повертаючі пристрої.

Гальмівні пристрої.

 

Модульна контрольна робота №1.

 

Модуль№2.(2 кредита).

Тягові приводи. Компоновка та системи локомотивів.

Призначення, класифікація та загальна будова тягових приводів коліс.   Електричний привід колісних пар.

Модульна контрольна робота №2

Лекции

Розділ 1. Історія розвитку локомотивів (паровози, тепловози, електровози тощо).

Курс «Локомотиви магістрального транспорту(загальна будова та їх взаємодія з технічними засобами залізниць)» відноситься до природничо-наукового… Мета курсу – вивчення локомотивів магістрального транспорту в цілому ,а також… Студент повинен:

Предшественник.

   

Опытные электровозы Н8.

На электровозе были применены принципиально новые тележки литой конструкции, подобные примененным на американских тепловозах ДБ. Все буксы были… Для электровоза были вновь спроектированы новые тяговые электродвигатели… Секции Н8 были постоянно механически и электрически соединены между собой и могли разъединяться только при ремонтах.…

Серийные электровозы

Серийные электровозы по конструкции повторяли опытную серию, имелись лишь небольшие отличия. Кузова и тележки электровозов ВЛ8 начиная с 1957 года изготавливал Луганский… До 1961 года они были самыми мощными в стране локомотивами, способными водить одиночной тягой на подъеме 9 ‰ поезда…

Модернизации.

Как известно, жёсткие листовые рессоры благодаря большому внутреннему трению между листами работают как обыкновенные балансиры. Более мягкое… На электровозе ВЛ8-948 по проекту ПКБ ЦТ МПС в 1968 году были установлены… В 1973 году Всесоюзный научно-исследовательский тепловозный институт (ВНИИТИ) изменил рессорное подвешивание на…

Предпосылки к появлению электровоза.

В октябре 1938 года на заводе «Динамо», при поддержке Коломенского завода была закончена постройка первого в Советском Союзе электровоза переменного… Вновь к электровозам переменного тока в СССР вернулись в начале 1950-х в связи… В декабре 1957 и феврале 1958 г. НЭВЗ построил два первых шестиосных электровоза переменного тока напряжением 20 кВ —…

Модификации.

В конце 1961 года Новочеркасский электровозостроительный завод выпустил электровоз ВЛ60П-001, предназначенный для пассажирской службы. На этом электровозе установлены тяговые электродвигатели НБ-415, изменена… При часовом режиме сила тяги равна 19000 кГ и скорость 73,3 км/ч, при длительном режиме соответственно — 16900 кГ и…

ВЛ60ПК (ВЛ60КП).

   

Грузовые опытные двенадцатиосные электровозы ВЛ85.

Так как секции электровозов имеют по одной кабине машиниста с выходом из нее только в коридоры кузова, то при сцепке трех секций исключается… По этому проекту НЭВЗ в мае 1983 г. построил опытный электровоз, получивший… Проектированию и постройке электровоза ВЛ85 предшествовало длительное обсуждение специалистами-тяговиками типов новых…

Устройство определения рода тока.

 

Электровоз ЧС2

В 1958 году заводы Шкода построили четыре шестиосных электровоза постоянного тока с тяговыми двигателями AL-4846zT часовой мощностью 586 кВт, то…  

Серийные электровозы ЧС2.

Кузов и дизайн у этих электровозов был значительно изменен. Рамы тележек были выполнены из сваренных по горизонтальной плоскости корытообразных… Для определения влияния на тяговые качества электровоза разных систем… На электровозах изменилось расположение оборудования, изменены применяемые типы вспомогательных машин. Вместо четырех…

Электровозы ЧС2 и ЧС2Т серии 53E.

Электровоз ЧС2-232 начал заводскую серию 53E0. На этом электровозе был смонтирован реостатный тормоз. Схема реостатного тормоза предусматривала при торможении работу на реостаты двух групп попарно соединенных двигателей с подпиткой их обмоток возбуждения от аккумуляторной батареи. Кроме того, на электровозе были заменены некоторые электроаппараты и контроллер машиниста. Использование только четырех колесных пар из шести для торможения и ограничение по тепловой мощности тормозных резисторов (всего 1200—1300 кВт) сделали этот вид торможения малоэффективным. Это подтвердилось при испытании опытного электровоза летом 1964 года на Октябрьской железной дороге. Однако в силу того, что завод Шкода провел подготовку производства, электровозы с номера 305 (заводская серия 53E1) выпускались с реостатным торможением. Эти электровозы получили наименование серии ЧС2Т и производились с 1964 по 1965 гг.

Позже все новые ЧС2, а также переоборудованные старые, были без реостатного тормоза. 53E — самая массовая серия электровозов, поставленных в СССР фирмой Skoda. Внешне отличить 53E от старых электровозов серии 34E можно разве что по крышевому оборудованию. Внутри же имеются значительные отличия в расположении оборудования и электрических схемах. Заменены мотор-вентиляторы, зигзагообразный проход машинного отделения заменен двумя прямыми проходами. В силовой схеме электровоза применен мостовой переход с последовательного соединения двигателей на последовательно-параллельное, что позволило избежать провала силы тяги при переходе, сопровождающегося ударными нагрузками на карданные муфты и редукторы. Также на пультах машиниста установлены амперметры для отдельного контроля тока каждой ветви тяговой цепи и лампа сигнализации боксования.

С целью проведения опытных поездок с высокими скоростями на двух последних электровозах заводской серии 53E3 (№ 565 и 566) выпущенных в 1965 году был установлен привод с передаточным числом 1,52, что позволило поднять максимальную скорость со 160 до 180 км/ч. На этих электровозах большие зубчатые колеса были посажены на ось колесной пары, а не на ступицу центра, как на серийных электровозах. Опытным электровозам было присвоена серия ЧС2м.

Электровозы имели следующие параметры: часовой режим — сила тяги 14,3 тс и скорость 105,3 км/ч; продолжительный режим — сила тяги 12,0 тс и скорость 111,5 км/ч. На максимальной скорости 180 км/ч сила тяги составила 8,5 тс при ослаблении возбуждения 40 %.

Оба электровоза поступили для испытаний на Октябрьскую железную дорогу, где в марте 1966 года одним из них была достигнута скорость 205 км/ч, а в феврале 1971 — 220 км/ч.

Всего до 1973 года заводы Шкода произвели и поставили в СССР 942 электровоза серии ЧС2. В конструкцию электровозов продолжали вносить изменения, но они не носили революционного характера.

Два электровоза ЧС2 стали для заводов Шкода юбилейными: ЧС2-718 стал тысячным электровозом ЧС, а электровоз ЧС2-888 стал трёхтысячным электровозом заводов Шкода.

Поступившие на железные дороги СССР электровозы ЧС2 первоначально начали обслуживать пассажирские поезда на линиях Москва— Харьков— Иловайск (Московская, Южная и Донецкая дороги), Москва — Ленинград (Октябрьская железная дорога), а после насыщения электровозами этих направлений электровозы появились и на других направлениях. Электровозы стали обслуживать направления: Москва — Рязань — Куйбышев — Курган (Московская, Куйбышевская, Южно-Уральская дороги), Москва — Александров — Ярославль — Данилов (Московская и Северная дороги), Москва — Сухиничи, Москва — Вязьма, Москва — Владимир (Московская и Горьковская дороги).

Электровозы ЧС2 также поступали на Свердловскую, Приднепровскую, Западносибирскую железные дороги.

Благодаря очень широкому распространению на всех столичных вокзалах, многих железнодорожных линиях, а также в популярных кинофильмах 70—90-х годов XX века (например, «Невероятные приключения итальянцев в России») электровоз ЧС2 стал весьма узнаваемым. Из-за характерного дизайна и низкого роста у железнодорожников электровоз получил прозвище «Чебурашка» (оно не относится к электровозам ЧС2Т с новым кузовом выпуска позднее 1972 года).

Электровозы ЧС2 различных модификаций до настоящего времени остаются основными пассажирскими электровозами на линиях, электрифицированных на постоянном токе. В 2006 году был изготовлен первый электровоз ЭП2К, который должен прийти на смену ЧС2, но до этого электровозу предстоит пройти долгий путь испытаний и доводок.

Для поддержания технического состояния электровозов ЧС2 организован капитальный ремонт на Ярославском ЭРЗ. После КРП электровозам присваивается индекс «к» (то есть электровоз получает наименование ЧС2К), но схема электровоза и его внешний вид практически не меняются, главное отличие — замена тяговой передачи с зубчатым поршнем на тяговую передачу с разбегом ведущей шестерни редуктора, по типу передачи электровозов ЧС7 и ЧС8. Такую модернизацию прошли машины № 142, 151, 161, 172, 173, 219, 283, 409, 418, 498, 534, 842 и другие.

В настоящее время много электровозов приписаны к депо Самара Куйбышевской железной дороги, Екатеринбург-Пассажирский Свердловской, Барабинск Западносибирской дороги. Кроме того, электровозы ЧС2 имеются на железных дорогах Украины- Харьков (в депо Октябрь (Жовтень), Днепропетровск, Мелитополь, Кривой Рог, Никополь.

ЭлектровозЧС200 (заводское обозначение серии — 66Е) — скоростной пассажирский двухсекционный электровоз постоянного тока, выпущенный в Чехословакии заводом Škoda им. Ленина в г. Пльзень в 1974 году, и с 1979 по 1980 год, для эксплуатации в СССР на скоростных участках линии Ленинград— Москва, с максимальной скоростью 200 км/ч и конструкционной скоростью 220 км/ч. Всего заводом было выпущено 12 электровозов этой серии.

Основные данные
Страна постройки	Чехословакия
Завод	им. Ленина
Годы постройки	1974,1979
Главный конструктор	Франтишек Палик
Всего построено
Ширина колеи	1520 мм
Род службы	Скоростной пассажирский
Конструкционная скорость	(максимальная) 262 км/ч
Технические данные
Род тока и напряжение в контактной сети	постоянный 3000 В
Осевая формула	2(20—20)
Сцепной вес	156 т
Нагрузка от движущих осей на рельсы	19,5 т
Длина локомотива	33 080 мм
Система регулирования	реостатно-контакторная
Тип ТЭД	1AL-4741FLT
Диаметр колёс	1250 мм
Часовая мощность ТЭД	8×1050 кВт
Сила тяги часового режима	22 130 кгс
Скорость часового режима	135,9 км/ч
Длительная мощность ТЭД	8×1000 кВт
Сила тяги длительного режима	20 800 кгс
Скорость длительного режима	137,8 км/ч
Электрическое торможение	Реостатное
Мощность тормозных реостатов	7000 кВт
Эксплуатация
Страна	СССР/ Россия
Дорога	Октябрьская железная дорога

Ввиду возросшей необходимости с целью перевода скоростного движения линии Ленинград — Москва на электрическую тягу, с мощными и скоростными локомотивами, а впоследствии и обновления локомотивного парка на линии Ленинград — Москва, Правительством СССР совместно с МПС было принято решение о заказе в Чехословакии на народном предприятии Škoda в городе Пльзень нового мощного скоростного электровоза постоянного тока, способного развивать скорость 200 км/ч, мощностью двигателей 1050 кВт в часовом режиме, и 1000 кВт в длительном режиме. В 1969 году началась разработка и проектирование нового скоростного электровоза с условным обозначением ЧС200,что означало: чехословацкий, с расчетной скоростью при эксплуатации 200 км/ч и индексом разработки, указанием рода тока, постоянный, испытательный, прототип (66Еo). Руководителем проекта был назначен ведущий инженер завода Франтишек Палик. Основой проекта стал уже эксплуатирующийся и прекрасно зарекомендовавший себя на железных дорогах СССР электровоз постоянного тока ЧС2. Однако в проект ЧС200 было внесено немало значительных изменений. Исходя из расчета тяги, разгона, а также поддержания скорости стало ясно, что электровоз будет двухсекционным и не похожим ни на одного из своих предшественников.

Мощность электровоза была определена из условий движения поезда, состоящего из 12—14 четырехосных пассажирских вагонов с установившейся скоростью 200 км/ч, с учётом замедлений и разгона такого поезда в местах ограничения скорости. Последнее требовало увеличения мощности тяговых электродвигателей примерно на 40 % по сравнению с мощностью, необходимой для ведения поезда с установившейся скоростью. Так как необходимая мощность электровоза должна быть порядка 8000 кВт, а мощность одного электродвигателя составляла около 1000 кВт, то количество тяговых электродвигателей определялось как восемь. Это в свою очередь определило, что локомотив должен быть восьмиосным. Такое решение позволило также одновременно получить приемлемую для высоких скоростей нагрузку от колёсных пар на рельсы.

Немаловажным в достижении скорости является и то, что в процессе разработки и проектирования форма кузова и кабин электровоза менялась четырежды. Вначале основой проектирования стал кузов электровоза ЧС2 в двухсекционном восьмиосном исполнении, позднее разрабатываемый параллельно кузов электровоза ЧС2т, но испытания макетов этих кузовов в аэродинамической трубе на скорость потока воздуха 220 км/ч показали невысокие результаты, хотя электровоз ЧС2 и удавалось разогнать до 183 км/ч на Октябрьской ж.д. Решение пришло неожиданно, во время испытаний на экспериментальном кольце Velim прототип электровоза ES 499.0 (55Eo) переменно-постоянного тока, построенный для Чехословацких железных дорог, развил скорость 219 км/ч. Вариант кузова и кабины этого электровоза и стал окончательным в постройке опытных ЧС200.

В начале 1974 года завод Škoda закончил строительство двух опытных электровозов ЧС200-001 (зав.№ 6435) и ЧС200-002 (зав.№ 6436). 24 июля 1974 г. электровоз ЧС200-001 имеющий ширину колеи 1435 мм в Чехословакии, на экспериментальном кольце Velim, развил скорость 210 км/ч. В конце 1974 года оба электровоза ЧС200 прибыли в локомотивное депо Ленинград-Пассажирский-Московский Октябрьской железной дороги для прохождения скоростных испытаний. Впоследствии разработка и строительство именно этих двух электровозов стало основой в строительстве серийных электровозов ЧС200 (66Е1), ЧС6 (50Е) иЧС7 (82Е).

Электровоз ЧС7

Чехословацкий, тип 7; заводское обозначение — 82E) — магистральный пассажирский двухсекционный (тип 2(2O−2O)) электровоз постоянного тока. Выпускался в период с 1983 по 1999 гг. на заводе им. В. И. Ленина (Skoda) в городе Пльзень (Чехословакия, впоследствии Чехия) для железных дорог Советского Союза (а впоследствии России и Украины). Наравне с ЧС8 является одним из самых мощных пассажирских электровозов, используемых в бывшем СССР.

Основные данные
Страна постройки	Чехословакия
Заводы	Шкода
Годы постройки	1983–2000
Всего построено
Конструкционная скорость	160 км/ч
Технические данные
Род тока и напряжение в контактной сети	постоянный, 3 кВ
Осевая формула	2(2О-2О)
Длина локомотива	34 040 мм.
Длительная мощность ТЭД	6160 кВт
Скорость длительного режима	87,8 км/ч
Эксплуатация
Страны	СССР, Россия, Украина

Известные переделки электровозов.

На базе электровозов ЧС2-540 и ЧС2-549 были изготовлена электромотриса А-ЧС2-540 и А-ЧС2-549 с пассажирским салоном для перевозки инженерного и начальствующего состава железных дорог при инспекционных поездках. По состоянию на 2004 год данная электромотриса находилась в депо Москва-Курская. А-ЧС2 сделаны на Запорожском электровозоремонтном заводе по заказу ОАО «РЖД» как самоходное транспортное средство для перевозки работников железной дороги разного ранга в оборудованном вместо машинного отделения пассажирском салоне. Кабина заменена на новую, по типу кабины электровоза ЧС7. Также известна электромотриса А-ЧС2-552, приписанная к ТЧ-6 Москва-Сортировочная Московской ЖД.

Ярославский электровозоремонтный завод проводил глубокую модернизацию электровозов серии 53E, программа модернизации 34E не разработана, кроме того, она нецелесообразна из-за большого возраста электровозов. В процессе модернизации заменяется кузов, электроаппараты (на аппараты электровозов ВЛ10, ВЛ11), старые мотор-компрессоры заменяются новыми ВУ-3,5. В силовой схеме вместо групповых контроллеров переключения выполняют индивидуальные контакторы, управляемые микропроцессорной системой управления локомотивом (МСУЛ) через выходные блоки управления контакторыми (БУК). Обновленный электровоз получает обозначение ЧС2К. Также ЯЭРЗ проводил модернизацию по проекту ЧС2К-Е, при которой электровоз вместо системы МСУЛ оборудуется единой системой автоведения и управления тяговым приводом (ЕСАУП). ЧС2К-Е поступали в основном в депо Самара КБШ ЖД.

Запорожский электровозоремонтный завод также модернизирует ЧС2 с заменой кузова, но оставляет при этом прежними схему, машины и аппараты. В депо Курган и других депо Западной Сибири имеются переделанные в электромотрисы электровозы ЧС2-053, ЧС2-100 и другие. При переделке у большей части машин сохранён оригинальный кузов. Всего заводом Škoda было построено 1064 единицы электровозов этой серии, с учетом прототипов и машин «М» и «Т».

Электровозостроение в СССР развивалось в связи с начавшейся электрификацией железных дорог. В 1926-1929 гг. использовались индивидуально созданные в стране опытные образцы электроподвижного состава, а также локомотивы зарубежной постройки. Промышленное производство магистральных электровозов в СССР началось в 1932 г. на Коломенском заводе с выпуском первого магистрального 6-осного электровоза, работавшего на постоянном токе, ВЛ19-01. Электрическая часть локомотива (машины и аппараты) была разработана и изготовлена на заводе «Динамо» в Москве. Заводы освоили серийное производство электровозов ВЛ19, выпуск которых продолжался до 1941 г. Одновременно были разработаны и построены образцы электровозов других серий: С^с, ПБ21-01 и др. После 1938 г. был спроектирован более мощный (2000 кВт) 6-осный электровоз ВЛ22 с нагрузкой от оси на рельсы 220 кН. Во время Великой Отечественной войны 1941 — 1945 гг. электровозостроение в стране было приостановлено.

Производство электровозов основано на технологических процессах двух основных профилей: металлообрабатывающего и машиностроительного (изготовление, обработка и сборка узлов кузова, рамы, тележек, ходовых частей и других металлоконструкций из стального литья и проката) и электротехнического (изготовление электротехнических машин и аппаратов, обработка черных и цветных металлов, электромонтажные работы и др.

В 1947 г. было начато производство модернизированных грузовых электровозов ВЛ22^М (мощность 2400 кВт) на Новочеркасском электровозостроительном заводе (НЭВЗ), который стал основной базой отрасли, осуществляя выпуск электровозов ВЛ22^М (по 1958 г.).

На НЭВЗе создано комплексное производство, включающее изготовление практически всех основных узлов механического и электрического оборудования электровозов и их сборку. В 1956-1963 гг. завод выпускал 8-осные двухсекционные грузовые электровозы постоянного тока ВЛ8 с часовой мощностью 4200 кВт (осевая формула 2о + 2о + 2о + 2о); было построено более 420 локомотивов. В 1957 г.

Тбилисский локомотиворемонтный завод МПС был преобразован в электровозостроительный - ТЭВЗ («Электровозостроитель»), где также был начат выпуск электровозов ВЛ8 в кооперации с Луганским тепловозостроительным заводом, поставлявшим кузова и тележки, и НЭВЗ, производившим часть электрооборудования. В дальнейшем все электрические машины и аппараты ВЛ8 изготовлялись на ТЭВЗ. В 1954— 1958 гг. разработка и производство электровозов однофазного переменного тока (ВЛ60, ВЛ80 в различных модификациях) выполнялись НЭВЗ. С 1967 г. по 1976 г. оба завода выпускали 8-осные электровозы постоянного тока ВЛ10, причем кузова и тележки для ТЭВЗ строились на НЭВЗ. Всего было построено около 1800 локомотивов этого типа.

В 1983-1984 гг. разработаны и затем построены партии 2-секционных 12-осных электровозов переменного тока ВЛ85 и постоянного тока ВЛ15 с осевой формулой 2(2o-2o-2o), предназначенных для вождения тяжеловесных поездов на грузонапряженных линиях. Разработку конструкций и подготовку производства грузовых электровозов нового поколения и создание новых пассажирских электровозов ведут (2000 г.) НЭВЗ (6-осные) и Коломенский завод (8-осные).

История завода НЭВЗ начинается с 1932 года, когда 8 ноября состоялась торжественная закладка завода. Строительство завода длилось 4 года и 5 месяцев. И 27 апреля в 14.00 из ворот сборочного цеха вышел первый паровоз, с которого и началась история Новочеркасского локомотивостроения. Тогда завод назывался Новочеркасским паровозостроительным заводом ( НПЗ ). Завод стал специализироваться на изготовлении узкоколейных паровозов и танк-паровозов 9П. В начале 1938 года из-за подготовки к войне, НПЗ был передан наркомату вооружений и стал называться №352 НКВ. И уже к концу года завод освоил выпуск зенитных установок, полевых пушек. Переводя военный завод с Урала в Новочеркасск, командование, даже и предположить не могло, о войне на своей территории. Никто не думал, что завод придется эвакуировать обратно на Урал.

Началась война и завод стал работать исключительно на военные нужды. НПЗ помимо пушек, освоил ремонт танков и самоходных орудий, которые поступали с фронта. Продвижение гитлеровцев к Новочеркасску со стороны Ростова приостановили ополченцы, которые входили в ряды добровольческого истребительского батальона, тем самым отодвинув момент оккупации Новочеркасска на 8 месяцев. За это время удалось эвакуировать обо-рудование и специалистов завода №352 НКВ в тыл. Оккупирован город немцами был 205 дней.

Как только согнали немцев, началось стремительное восстановление заводов, в том числе и НПЗ, пришлось начинать все сначала. И в феврале 1944 года завод был снова возвращен совнаркому путей сообщения и стал называться Новочеркасским паровозоремонтным заводом (НПРЗ) и был перепрофилирован на ремонт трофейных немецких паровозов. 15 августа 1944 года был отремонтирован первый паровоз.

В 1945 году завод выпускает свой первый электровоз постоянного тока серии ВЛ22^м-185, став при этом электровозостроительным. Рост производства электровоз был настолько стремительный, что уже к 1952-му году достиг выпуска 147 электровозов ВЛ22^м за год. В 1954 году, помимо 156 электровозов ВЛ22^м, 132 которых были с рекуперацией, НЭВЗ выпустил 2 опытных магистральных электровоза серии ВЛ61 переменного тока. Это были первые «переменники», выпущенные заводом. В 1954 году промышленные электровозы с маркой «НЭВЗ» уже знали в Китае, Польше, Болгарии, Венгрии.

В 1957 году НЭВЗ выпустил 269 электровозов, в том числе 36 Н-8, 5 ВЛ61, 76 пассажирских ВЛ22^м и первый образец ВЛ60 переменного тока. Имея более легкую и лучшую конструкцию и заменил ВЛ61. В 1958 году НЭВЗ выпускает 330 электровозов, тем самым перекрыв проектную мощность, рассчитанную на 300 машин в год. И правительством было принято решение об увеличении мощности завода до 450 электровозов. Согласно этому, в течение 4-х лет были построены новые корпуса. Была создана единственная в мире поточная линия сборки электровозов. В том же 58-м году был создан НИИ электровозостроения (ныне ВЭлНИИ).

Создание новых мощностей и НИИ дало новый толчок к развитию электровозостроения. В 1959 году завод выпустил 384 машины, в том числе 102 Н-8, 240 ВЛ23 и 42 ВЛ60. Завод нашел свою специализацию, и в 1961 году из 437 локомотивов 296 были ВЛ60. В 1961 году по переданной документации, электровозы постоянного тока начал строить Тбилисский завод, а промышленный - Днепропетровский. В 1962 году НЭВЗ сдал 457 электровозов, в том числе 413 ВЛ60, 42 Н-8 и 2 ВЛ80. 1964-й год, стал годом начала серийного производства электровозов серии ВЛ80^к, став самым мощным в мире в то время электровозом.

Во второй половине 60-х годов на НЭВЗ был создан ряд электровозов с бесколлекторными двигателями, а именно ВЛ80^а-238, 751, ВЛ80^б-216 и ВЛ80^в-661, 1129 и 1130. В 1968 году НЭВЗ, помимо серийных ВЛ80^к, выпустил 20 электровозов ВЛ82 двойного питания. В 1969 году два первых тяговых агрегата ОПЭ1, предназначенных для работы в карьерах на больших уклонах. В этом же году появляются первые серийные партии новых магистральных машин ВЛ80^т и ВЛ80^р, в схемах которых были применены последние разработки ВЭлНИИ – соответственно реостатное торможение и тиристорный привод. Все в этом же году наряду с выпускаемым ВЛ80^к НЭВЗу пришлось приступить к выпуску электровозов постоянного тока ВЛ10 ( поскольку ТЭВЗ не справлялся ), а с 1970 по 1974 количество выпускаемых ВЛ10 превосходило количество выпускаемых ВЛ80.

В 1971 году прекратился выпуск ВЛ80^к, который на десятилетия вперед заменили ВЛ80^т и ВЛ80^р. Но главным и самым памятным событием для заводчан стало создание опытного образца электровоза Sr-1 для финских железных дорог. И с 1973 по 1984 год в Финляндию было поставлено 110 Sr-1, большая часть которых до сих пор в прекрасном состоянии.

В конце 70-х – начале 80-х годах НЭВЗ поставляет в Польшу 50 электровозов постоянного тока ET42. Начинается очередная реконструкция завода, которой так и не суждено было быть законченной. Продолжая исполнять финский, польский заказы и серийный выпуск ВЛ80^т, НЭВЗ в 1979 году изготавливает опытную партию электровозов ВЛ80^с, на тот момент перспективную машину, которая уже в следующем году вошла в серийное производство, постепенно заменяя ВЛ80^т и ВЛ80^р. Этих электровозов завод выпустил 2746 штук. Это самая массовая серия электровозов не только в быв. СССР, но и в мире. В этом же году были созданы электровозы для БАМа – ВЛ84.

В 1982 году НЭВЗ торжественно сдает в эксплуатацию 10000-й электровоз. В 1983 году НЭВЗ выпускает до сих пор не превзойденный по мощности (10000 кВт ) ВЛ85. В 1985 году начинается серийное производство ВЛ85. В этом же году была попытка побить рекорд – выпустив ВЛ86^ф с асинхронными двигателями, имел мощность 11400 кВт, но так и не попав в серийное производство. В 1986 году завод достиг рекордного за всю историю производства – 380 электровозов в двухсекционном исполнении (в сравнении с рекордным 1963-м годом, когда было выпущено более 450 электровозов не корректно, поскольку ВЛ60 нельзя сравнивать с ВЛ80 ).

С 1 января 1987 года на НЭВЗе была введена госприемка. Через госприемку не могли проходить детали, имевшие хотя бы царапинку, не говоря уже про отклонение. Вся экономика страны залихорадила, НЭВЗ, как до того передовик, выполнил план лишь на 67%. Количество выпускаемых электровозов сокращалось громадными темпами. Однако в 1988-1990 годах НЭВЗ выпустил для Китая 100 электровозов переменного тока 8G. Китайскому заказу уделялось особое внимание, поскольку в условиях рынка он оказался весьма кстати.

После распада Советского Союза темпы производства продолжали падать, но тем не менее завод продолжал выпускать электровозы ВЛ80^с, ВЛ85, тяговый агрегат ОПЭ1. Также в начале 90-х годов была создана опытная партия грузовых электровозов ВЛ80^см. Но поскольку из-за резкого падения железнодорожных перевозок в стране грузовые электровозы перестали быть востребованными МПС и НЭВЗ сделал ставку на создание и изготовление пассажирских электровозов. Это был довольно важный вопрос, потому как концерн «SCODA» прекратил поставки пассажирских электровозов в Россию.

В 1992 году были изготовлены два первых электровоза ВЛ65. И уже в 1994 году началось серийное производство. В том же 94-м году были выпущены последние два электровоза ВЛ85-269-270. Год позже было завершено производство ВЛ80^с. Последние 4 электровоза ВЛ80^с-2743-2746 были выпущены в январе 1995 года. Однако, не смотря на то, что завод перепрофилировался на пассажирские электровозы, 1997 год стал для завода самым тяжелым, тогда было выпущено всего 5 электровозов. Казалось, что уже ничего не спасет завод, но в ноябре 1997 года произошла смена руководства и это сыграло определенную роль в дальнейшем развитии НЭВЗа. Уже в 1998 году появились опытные образцы электровозов ЭП1 и ЭП10. В 1999 году появились значительные результаты, за этот год уже было выпущено 21 электровоз, в том числе 12 ВЛ65, 8 ЭП1 и 1 ОПЭ1. 99-й стал последним для ВЛ65, 2-го ноября 1999 года ВЛ65 с № 048 покинул завод. В 2000 году появляется 5-тивагонный электропоезд с асинхронными приводом ЭН3.

До 2002 года мощность завода практически не изменяется и с приходом на завод Трансмашхолдинг, производственные мощности завод резко начали расти вверх. В этом же 2002 году НЭВЗ выпускает два последних тяговых агрегата ОПЭ1-416-417. В настоящее время завод серийно выпускает: ЭП1, 2ЭС5К (в двух вариантах), НП1, НПМ2, готовится к серийному производству электровоза Э5К

 

Электровоз ЭП1

    Основные данные Страна постройки Россия Заводы НЭВЗ …

Электровозы серии Э5К

Односекционный вариант машины Э5К предназначен для вывозной и легкой магистральной работы, также используется для вождения пригородных поездов —… Электровоз имеет стальной кузов вагонного типа с главной рамой, на который… В электровозе установлены следующие системы безопасности движения: КЛУБ-У, САУТ-ЦМ/485 и ТСКБМ. Усовершенствованы…

Электровоз 2ЭС5К.

Индекс С в наименовании, от слова «секционный», что говорит о возможности… С целью вождения поездов массой 6300 тонн на участке Смоляниново - Находка Дальневосточной железной дороги электровозы…

Электровоз 3ЭС5К.

   

Механическая передача.

 

Электрическая передача.

   

Гидравлическая передача.

 

Механическая/экипажная часть.

Плавность хода тепловоза и его воздействие на рельсы определяется конструкцией экипажной части: тележек с колёсными парами, буксами и рес-сорным подвешиванием, несущих на себе главную раму и кузов тепловоза, на которых размещается всё остальное оборудование локомотива. Тележки могут быть двух-, трёх-, или четырёхосными, то есть имеющими две, три, или четыре колёсные пары. Колёсные пары могут быть как движущими, так и бегунковыми. На современных магистральных тепловозах, как правило, все колёсные пары являются движущими. Масса локомотива, передающаяся на рельсы через движущие колёсные пары, называется сцепным весом. Обозначение схемы колёсных пар локомотива принято называть его осевой характеристикой.

При индивидуальном приводе тяговые электродвигатели устанавливаются на тележки колёсных пар и закрепляются там двумя возможными способами: опорно-рамным подвешиванием , когда двигатель закрепляется толь-ко на раме тележки, и опорно-осевым , когда часть веса двигателя приходится и на ось колёсной пары. Примером первого способа подвешивания могут служить отечественные пассажирские тепловозы ТЭП60 и ТЭП70, а второго— грузовые ТЭ3, М62, 2ТЭ116.

Часть кузова, где размещаются дизельные двигатели, называется машинным отделением , отделение с электрооборудованием— высоковольтной камерой ; также тепловоз (секция тепловоза) может иметь одну или две кабины машиниста .

Кузов может быть несущим или иметь отдельную раму. Вариант с рамой проще в построении и эксплуатации, тогда как несущий кузов отличается меньшей массой и более высокой прочностью.

Рамы тележек опираются на оси колёсных пар через буксы. Букса содержит подшипники качения и по своей конструкции может быть как челюстной , когда она свободно вставлена в специальный вырез в раме тележки, так и бесчелюстной , когда связь между тележкой и буксой обеспечивают специальные поводки с шарнирами. Примерами первого типа букс служат отечественные тепловозы ТЭ3, М62 и ТЭМ2, второго— ТЭП60, ТЭП70, 2ТЭ116. Преимуществом бесчелюстных букс является отсутствие возможности их свободного перемещения относительно рамы тележки, что исключает трение скольжения в направляющих, уменьшает виляние колёсной пары, повышает долговечность буксового узла.

Особое внимание уделяется пожаробезопасности тепловоза и эргономике рабочего места машиниста (снижение вибраций, шумоизоляция кабины, система кондиционирования и т.п.)

Экипажная часть отечественных магистральных тепловозов.

 

 

 

 

Охлаждение дизеля.

Охлаждение дизеля чаще всего осуществляется при помощи воды, в свою очередь охлаждаемой в радиаторах, обдуваемых вентиляторами. Радиаторы, вентиляторы и воздушные каналы располагаются в холодильной камере тепловоза (в холодильнике). Масло первоначально охлаждалось аналогичным образом, однако воздушное охлаждение масла значительно менее эффективно и затратно с точки зрения применения меди. Поэтому в дальнейшем на тепловозах стали использовать более компактный водомасляный теплообменник, в котором масло охлаждается с помощью воды, также охлаждаемой в воздушном холодильнике. Наддувочный воздух, поступающий в дизель, также нуждается в охлаждении, поэтому часто используется двухконтурная система охлаждения дизеля— в первом контуре вода охлаждает детали дизеля, а во втором— наддувочный воздух и горячее масло. Более глубокое охлаждение второго контура позволяет повысить надёжность и экономичность тепловозного дизеля.

 

СМЕ (СМЕТ).

Для увеличения мощности тепловоза используется эксплуатация нескольких секций, объединённых по системе многих единиц (СМЕТ). При такой системе все…   §1.9. История тепловозостроения

Тепловоз ТЭП150.

 

Компоновочная схема тепловоза 2ТЭ25А.

В 2007 г. на Брянском машиностроительном заводе был построен тепловоз серии 2ТЭ25А, имеющий следующие технико-экономические характеристики: род службы – грузовой, дизель 12ЧН26/26; мощностью Nе = 22500 кВт (23400 л.с.); конструкционная скорость VK = 110 км/ч, расчетная скорость VP = 24 км/час; касательная сила тяги FК = 390 кН; осевая нагрузка 2П = 235 кН; передача – электрическая переменно-переменного тока; колесная формула – 2 (3₀–3₀) (рис. 1.84).

Этот локомотив можно отнести к тепловозам третьего поколения, имеющего существенные различия перед существующими сериями. Так, на тепловозе впервые установлена электрическая передача переменно-переменного тока, которая ни только упрощает конструкцию, но и существенно увеличивает тяговые свойства локомотива. В 2006 г. был построен тепловоз 2ТЭ25К такой же мощностью, но с электрической передачей переменно-постоянного тока. Касательная сила тяги этого тепловоза равняется 300 кН, т. е. на 23 % меньше, чем у тепловоза 2ТЭ25А.

 

 

Дизель 4-тактный, с наддувом, V-образный, 12-цилиндровый, с диаметром и ходом поршня 260х260 мм, с удельным расходом топлива 198 г/кВт·ч.

Система охлаждения двухконтурная, с осушаемыми радиаторами. Привод вентиляторов охлаждающего устройства – асинхронный с плавным регулированием оборотов. Система охлаждения электрических машин и аппаратов имеет крышевой вентиляторный блок с мультициклонами сухого типа.

Управление, регулирование и диагностика осуществляются бортовыми микропроцессорами. Тепловоз имеет 2-типовую систему торможения: воздушную и реостатную.

Для снижения износа гребней колесных пар и сопротивления при движении тележка тепловоза оборудована устройствами для радиальной установки крайних колесных пар при движении в кривых участках пути. Для повышения надежности моторно-осевых подшипников вместо традиционных подшипников скольжения установлены конические роликовые подшипники. Для надежной защиты локомотивной бригады при столкновении кабина имеет защитное устройство высокой энергоемкости.

 

§1.11. Маневровые тепловозы.

На маневровой работе занято около 45 % эксплуатационного парка локомотивов, из них 92 % маневровой работы выполняется тепловозами. При соответствующем оборудовании маневровый тепловоз может обслуживать один человек. В перспективе возможно управление тепловозом при помощи счетно-решающих устройств и радио. Основные маневровые тепловозы на железных дорогах: ТЭМ1, ТЭМ2, ЧМЭЗ, ТГМЗА, ТГМЗБ. На отдельных участках на маневрах используются тепловозы ТЭЗ и 2ТЭ10Л.

Тепловозы ТЭМ1 и ТЭМ2, наиболее распространенные маневровые локомотивы, обладают хорошими тяговыми качествами, высокой надежностью, экономичностью, удобны при эксплуатации. Конструкция и расположение важнейших агрегатов тепловозов ТЭМ2 и ТЭМ1 в основном аналогичны, но постройка тепловозов ТЭМ1 в 1970 г. прекращена, а ТЭМ2 строят два завода: ПО «Брянский машиностроительный завод» и ПО «Ворошиловград-тепловоз». ПО «Брянский машиностроительный завод» выпустил опытную партию тепловозов ТЭМ2М, отличающихся от тепловоза ТЭМ2 установкой нового четырехтактного дизеля 6Д49, компактным исполнением охлаждающего устройства и рядом других изменений, связанных с применением нового дизеля.

На тепловозах ТЭМ2 постройки ПО «Ворошиловградтепловоз» применено много деталей, унифицированных с магистральными тепловозами, выпускаемыми этими заводами. Ниже описан тепловоз ТЭМ2, выпускаемый ПО «Брянский машиностроительный завод».

Тепловоз ТЭМ2. Тепловоз (рис. 1.85) широко используется по всей сети железных дорог. Запасы топлива, масла, воды, песка обеспечивают работу локомотива на маневрах продолжительное время (до 10 сут.) без экипировки. Тепловоз легко вписывается в кривые радиусом до 80 м и может работать двумя секциями при управлении с одного поста.

На тепловозе ТЭМ2 установлен дизель марки ПД1М мощностью 880 кВт, созданный на базе дизелей Д50. У всех дизелей типа Д50 большинство основных деталей, агрегатов и компоновка их одинаковы. Дизели имеют электрический пуск.

Увеличение мощности дизеля ПД1М достигнуто за счет увеличения частоты вращения коленчатого вала дизеля (до 750 об/мин), повышения давления наддувочного воздуха до 0,155 МПа и охлаждения наддувочного воздуха, поступающего в цилиндры. На дизеле ПД1М применен турбокомпрессор ТК-ЗОС модели 1317, который приводится в действие энергией отработавших газов. Турбокомпрессор установлен на станине тягового генератора.

От переднего конца коленчатого вала дизеля приводится во вращение вал привода масляного насоса, корпус которого укреплен на передней стенке картера. На конце вала привода масляного насоса насажен шкив, от которого через клиноременную передачу приводится, в действие вентилятор 17 охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки, от этого же вала через редуктор 1 с фрикционной муфтой приводится во вращение вентиляторное колесо 5. Вентилятор холодильника включается и выключается с поста управления при помощи электропневматического устройства. От шкива клиноременной передачи, насаженного на вал редуктора вентилятора, приводится в действие водяной насос контура охлаждения наддувочного воздуха, а с тепловоза ТЭМ2-016 — от специального вала редуктора вентилятора.

 

Воздух, поступающий из атмосферы в турбокомпрессор, очищается, проходя через сетчатый, круглый вращающийся, самоочищающийся воздухоочиститель (фильтр) 19. (На тепловозе ТЭМ1 для очистки воздуха применен сетчатый, прямоугольной формы фильтр, состоящий из двух кассет.) Фильтры смонтированы с правой стороны тепловоза.

Для охлаждения воздуха, поступающего в цилиндры дизеля, применен ребристый водяной воздухоохладитель с плоскими трубками. Вал дизеля со стороны кабины машиниста жестко соединен с валом якоря тягового генератора, от которого через пластинчатую муфту приводится в действие компрессор 10. На конце вала якоря тягового генератора насажен шкив, от него при помощи клиноременной передачи приводится в действие двухмашинный агрегат 12 и центробежный вентилятор 17 охлаждения тяговых электродвигателей задней тележки. За кабиной машиниста находится помещение для аккумуляторной батареи 14. На крыше этого помещения имеются по два люка подачи песка в бункера песочниц 3, откуда он поступает в песочницы передней и задней тележек. Люки закрываются откидными крышками.

В кабине машиниста имеется дверь в камеру //, где расположены электрические аппараты. Нормальная температура в кабине машиниста поддерживается калорифером. Предусмотрены батареи для обогрева ног машиниста и его помощника. Вход и выход в кабину машиниста возможен через переднюю площадку с левой стороны тепловоза и заднюю — с правой стороны.

Тепловоз оборудован радиостанцией, пульт которой находится в кабине машиниста. Приемопередатчик радиостанции размещен в нише между бункерами песочниц 3 сзади тепловоза. Ниша закрыта дверью. Внизу под площадкой расположен блок питания радиостанции.

В кабине машиниста смонтирован пульт управления, контроллер машиниста, скоростемер СЛ-2М, реверсор, краны машиниста и вспомогательного тормоза, панель с приборами управления отдельными агрегатами, а также контрольно-измерительными приборами, показывающими основные параметры дизель-генераторной установки и вспомогательного оборудования, клапаны тифонов, педаль для управления песочницей (на полу перед сиденьем машиниста).

Некоторые тепловозы ТЭМ1 иТЭМ2 оборудованы устройствами, установленными с левой стороны кабины и позволяющими машинисту работать без помощника (управление тепловозом одним лицом). На приборном щитке устройства смонтированы манометр, показывающий давление воздуха в тормозных цилиндрах, кнопки разъединения передней и задней автосцепок, а поскольку контроллер машиниста, реверсов и тормозное устройство имеют дистанционное управление, то оно осуществляется при помощи переносных пультов с кнопками.

Пульт имеет пружинные замки, что позволяет снять и установить их в кронштейны, которых в кабине четыре (по два с каждой стороны кабины—спереди и сзади от сидений машиниста и его помощника). В случае необходимости машинист может держать пульт в руках, размеры и масса его незначительны. При помощи переносного пульта машинист может управлять тепловозом с правой и левой стороны и наблюдать за движением его вперед или назад, регулировать частоту вращения коленчатого вала дизеля, подачу песка под колеса тепловоза, подавать сигналы малой громкости. Снаружи на передней и задней стенах с левой и правой стороны кабины машиниста установлено по два светильника, которые включает машинист, указывая составительской бригаде свое местонахождение на тепловозе.

В передней части тепловоза находится камера охлаждающего устройства, которое состоит из шахты, двадцати двух секций, охлаждающих воду, из которых шестнадцать (восемь с левой стороны и восемь с правой стороны) охлаждают воду, выходящую из дизеля, и шесть предназначены для охлаждения воды воздухоохладителя. Масло охлаждается в шести секциях.

С тепловоза ТЭМ2-943 число секций для охлаждения воды уменьшено с двадцати двух до восемнадцати, так же как на ТЭМ1, из них для охлаждения воды, выходящей из дизеля, оставлено только двенадцать вместо шестнадцати. Охлаждение воды и масла в секциях регулируется включением и выключением вентиляторного колеса, открытием и закрытием верхних и боковых жалюзи. Около шахты холодильника расположены два сетча-тонабивных фильтра 26 тонкой очистки масла, топливоподогреватель 25 для подогрева топлива горячей водой, поступающей из дизеля во время его работы, под крышей укреплены бак для воды 6 и бак для масла (для запаса масла).

В дизельном помещении один над другим смонтированы маслопрокачивающий (сверху) и топливоподкачивающий (снизу) насосы 24, приводимые в действие электродвигателями. Около насосов размещены фильтры грубой очистки топлива.

Оборудование тепловоза защищено от атмосферного воздействия кузовом капотного типа. Части кузова над дизелем и аппаратной камерой съемные, остальные приварены к главной раме. Кабина машиниста и кузова над дизелем имеют тепловую изоляцию, что позволяет эксплуатировать тепловоз при температуре окружающего воздуха до — 50 °С.

Для осмотра, ремонта и смазывания в капоте предусмотрены боковые двери, на крыше — люки, закрытые крышками. Кабина машиниста немного приподнята над остальной частью кузова, имеет боковые и торцовые окна как со стороны машиниста, так и помощника, что обеспечивает хороший обзор при работе тепловоза. Подножки, поручни, площадки вокруг силового оборудования, двери для входа в кабину машиниста, аппаратную камеру, камеру охлаждающего устройства удобно расположены для обслуживающего персонала.

Рама тепловоза опирается на две трехосные челюстные тележки через восемь скользящих опор (по четыре на каждую тележку). Тяговые двигатели тележек имеют опорно-осевую подвеску. Под главной рамой тепловоза размещены четыре главных тормозных резервуара и бак топлива 20. Впереди тепловоза под переходной площадкой расположена одна, а на раме под подножками четыре ниши для хранения деталей и принадлежностей тепловоза. В кабине машиниста и дизельном помещении установлены по два огнетушителя.

 

 

Тепловоз ТЭМ103.

    Основные данные Страна постройки Украина Заводы ХК…

Розділ 2. Класифікація і типи основних вузлів , елементів та пристроїв локомотивів.

Конструкція головних несучих рам і їх елементів. Кузови ненесучого типу. Несучі кузови і особливості їх роботи.  

Расчетные нагрузки и схемы их приложения.

В расчетах прочности экипажной части локомотивов, в соответствии с действующими нормами, учитываются следующие нагрузки:

– вес локомотива и вес его оборудования;

– инерционные, упругие и диссипативные силы, возникающие при движении;

– силы от работы тяговых двигателей и других механизмов на локомотиве;

– силы, связанные с тягой локомотива и торможением поезда;

– аэродинамические силы;

– силы, возникающие при вписывании локомотива в кривые участки пути;

– силы соударения;

– силы, прикладываемые к элементам локомотива при ремонтно-аварийных работах.

Все перечисленные силы приводят к основным схемам их приложения: вертикальные, боковые, продольные, кососимметричные. Рассмотрим их более подробно.

Вертикальные силы.

Б.Вес оборудования (включает нагружающие расчитываемый объект силу тяжести электрического, механического и другого оборудования, размещенного внутри… В. Вес локомотива (брутто; вес экипажа и оборудования). Г.Динамические вертикальные нагрузки от колебаний экипажа. При этом от колебаний кузова динамические добавки к…

Боковые силы.

Б. Сила давления ветра. Определяется из расчета удельного давления ветра на боковую проекцию кузова (тележки), равного 500 Н/м2. Равнодействующая… B. Поперечные (рамные) силы, действующие при вписывании экипажа в кривые,… Продольные силы.

Основные материалы для изготовления кузова и рам тележек.

При использовании низколегированных сталей (например, 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1Д, 10ХСНД, 15ХСНД и т.д.) необходимо принимать во внимание их повышенную… «Нормы» рекомендуют для сталей использовать в расчетах допускаемые напряжения,… Обозначения в таблицах: σT— предел текучести; [σ] допускаемые напряжения растяжения-сжатия и изгиба;…

Расчеты рам и кузовов на статическую нагрузку.

Благодаря возможностям современных программ расчетные схемы могут учитывать практически все конструктивные особенности объекта, технологические… Любое материальное описание объекта проектирования, наделенного структурой,… – топология (определяет, из каких элементов состоит объект и какие из них взаимодействуют);

Особенности работы обшивки и стержневых элементов конструкции на устойчивость.

  (2.9) где σкр — критическое напряжение, при котором происходит потеря устойчивости; σ — действующее напряжение. …

Расчеты усталостной прочности.

–рамы тележек, надрессорные балки, промежуточные рамы, корпуса букс; –хребтовые, продольные боковые, основные поперечные и шкворневые балки,… –траверсы, подвески тяговых двигателей, тяговых приводов, карданных приводов, корпуса редукторов;

Тепловоз 2ТЭ116.

Секции соединены автосцепкой СА-3. Для перехода из секции в секцию в задней стенке холодильной камеры имеется переходная площадка. Все силовое и… На тепловозе применена дизель-генераторная установка 1А-9ДГ, размещенная в… Тепловозы 2ТЭ116, начиная с 1991 г., выпускаются с электродинамическим тормозом.

Тепловоз 2ТЭ10М.

Все оборудование тепловоза расположено в кузове с несущей главной рамой. Кузов тепловоза состоит из четырех основных частей: кабины машиниста или… Через люк на крыше проставки можно снять компрессор, а через люки на крыше… На тепловозах типа ТЭ10М, так же как и на тепловозах серий 2ТЭ10Л и 2ТЭ10В, в качестве силовой установки применен…

Тепловоз ТЭП1150.

Все силовое и вспомогательное оборудование тепловоза скомпоновано в легком несущем кузове. Компоновка оборудования в машинном отделении… Просторная и светлая кабина, высокоэффективная тепло- и шумоизоляция создают…  

Тепловоз ТЭП70.

Коломенский завод построил по этому проекту первый тепловоз, получивший обозначение ТЭП70-0001. Затем в 1974 – 1975 гг. были пос-троены тепловозы №… Кузов тепловоза несущей конструкции ферменно-раскосного типа, изгото-влен с… Кузов опирается на тележки двумя центральными маятниковыми опорами с резиновыми амортизаторами и четырьмя боковыми…

Электровоз ВЛ80к.

В кабинах обоих кузовов расположение оборудования одинаково. Со стороны машиниста в кабине электровоза расположен пульт управления, в который… Между лобовыми окнами расположен двусторонний светофор. Выше лобовых окон… В высоковольтной камере кузова со стороны кабины расположены панели № 1 и 3, блок силовых аппаратов, расщепитель фаз,…

Электровоз ВЛ10.

Однако переход к электровозам оказался непростым делом. Для освоения растущих перевозок на грузонапряженных линиях локомотивам ВЛ22м уже не хватало… По мере освоения восьмиосных машин производство шестиосных сокращалось и в… С 1961 года этот локомотив начал вытесняться новой, более совершенной машиной - электровозом серии ВЛ10. В отличие от…

Классификация систем рессорного подвешивания.

Рессорное подвешивание является одним из важнейших элементов ходовых частей. Нагрузка от массы кузова и тележки передается колесным парам через систему упругих элементов, балансиров и элементов, поглощающих энергию колебаний, называемую рессорным подвешиванием.

Рессорное подвешивание предназначено для уменьшения динамического воздействия колес на рельсы при движении по неровностям пути, динамических и ударных усилий, передаваемых от рельсов элементам тележки и кузова, для достижения необходимой плавности хода, определяемой по максимальным вертикальным или горизонтальным ускорениям в кабине и соответствующим частотам колебаний.

Следует различать обрессоренную и неподрессоренную части конструкции локомотивов. Обрессоренной частью называют ту часть конструкции локомотива, которая отделена от колесных пар рессорным подвешиванием, а неподрессоренной частью — колесные пары, буксы, частично рессорное подвешивание и другие элементы, не отделенные от рельсов упругими элементами. Когда колесная пара проходит неровности пути (стыки, стрелочные переводы и т. д.), неподрессоренные части получают ускорения до 25g. Возникновению динамических нагрузок способствуют также дефекты круга катания, эксцентричная посадка колеса на ось, неуравновешенность колесной пары и др. Рессорное подвешивание уменьшает ускорения обрессоренной части и вертикальные нагрузки на нее и путь, обеспечивает необходимую плавность хода локомотива, облегчает задачу правильного распределения нагрузки между колесными парами и обеспечивает также частичную передачу горизонтальных поперечных сил со стороны колес на раму тележки и кузов.

Рассмотрим движение колеса через неровность пути со скоростью ν (рис. 2.45). С момента встречи с неровностью в точке С и до подъема на вы­соту неровности h₀ колесо пройдет путь S и затратит на это время

(2.61)

 

 

 

 

Угол АСО, как опирающийся на диаметр, — прямой, а линия ВС — высота прямоугольного треугольника А СО. Следовательно,

откуда

Но для наших условий h₀² составляет менее 1 % от D_k h₀, и можно считать

(2.62)

Подставляя выражение (2.62) в формулу (2.61), получим

(2.63)

Для упрощения принимаем, что подъем колеса на неровность происходит с постоянным ускорением j_k = const. Фактический подъем, вследствие упругой осадки пути под действием дополнительной динамической нагрузки, равен h₁< h₀. Тогда

(2.64)

Подставляя значение t из формулы (2.63), получим

(2.65)

Согласно законам механики, динамическая нагрузка равна произведению массы на ускорение, т.е.

(2.66)

 

 

Подставляя выражение (2.65) в формулу (2.66), получим

(2.67)

У локомотива без рессорного подвешивания масса, получающая ускорение j_к, определяется статической нагрузкой П на колесо. Тогда динамическая нагрузка

(2.68)

Если неподрессоренный вес П_н, приходящийся на колесо, составляет только часть (обычно на более 25 %) нагрузки на колесо, то при жесткости упругого элемента ж динамическая нагрузка составит

(2.69)

Второй член уравнения (2.69) представляет собой дополнительную силу от сжатия упругого элемента на h₁ и по своей величине в сотни раз меньше первого члена, даже при небольших скоростях движения.

Наиболее часто встречаются симметричные неровности для обеих рельсовых ниток. Поэтому динамическая нагрузка от неровностей для колесной пары определяется уравнением

(2.70)

При жесткости пути ж_п динамическая нагрузка, прогибающая его дополнительно на величину (h₀— h₁), составит

(2.71)

Очевидно, что величины динамической перегрузки, определяемые по формулам (2.70) и (2.71), равны между собой, т.е.

(2.72)

откуда

(2.73)

Выражение (2.73) показывает, что с ростом скорости v величина h₁ резко убывает. Это вызывает быстрое прекращение интенсивного роста динамической нагрузки, которая затем практически стабилизируется.

При наезде колес на неровность действие упругого элемента (сила Р') на надрессорное строение с массой т' вызывает ускорение j', т.е. Р' = m'j', откуда

(2.74)

Извыражения (2.74), получим

(2.75)

Принимаем j'= const, тогда

(2.76)

Подставляя выражение (2.75) в формулу (2.76), получим

(2.77)

Из этого выражения следует, что время подъема надрессорного строения на высоту неровности не зависит ни от скорости движения, ни от величины неровности. Для данного надрессорного веса и определенной жесткости упругого элемента оно постоянно. Этим объясняется резкое смягчение силы удара, передающегося на над- рессорное строение, значительное запаздывание и уменьшение его колебаний по сравнению с колебаниями неподрессоренных масс, особенно ускорений, что обеспечивает плавность хода.

Следовательно, главное назначение рессорного подвешивания — уменьшать воздействие па надрессорное строение толчков и ударов, воспринимаемых колесами от пути.

Расчет выполнен без учета сил трения и справедлив только для рессорного подвешивания на пружинах при бесчелюстных буксовых узлах.

Классификация систем рессорного подвешивания.

Рессорное подвешивание тепловозов в целом и его узлы принято классифицировать по следующим признакам:

– по числу ступеней (ярусов) подвешивания (одно или двухступенчатое подвешивание);

– по числу групп (точек) подвешивания в составе экипажа или тележки (трехточечное или четырехточечное сбалансированное и индивидуальное подвешивание);

– по функциям, выполняемым элементами подвешивания (упругие элементы: спиральные пружины, тарельчатые пружины, тор- сионы; упругодемпфирующие элементы: листовые рессоры, резинометаллические элементы, пневмобаллоны; элементы, поглощающие энергию колебаний: фрикционные и гидравлические гасители колебаний; элементы, распределяющие усилия в системе: балансиры, подвески, валики и т.п.).

Для повышения плавности хода необходимо уменьшать общую жесткость подвешивания. Однако достичь этого снижением жесткости одного или группы упругих элементов не удается по условиям прочности или по конструктивным соображениям. В этом случае обрессоренную часть конструкции локомотива разделяют на несколько ступеней и соединяют одну с другой рессорным подвешиванием. Верхняя (вторая) ступень подвешивания распределяет вес кузова по тележкам. Нижняя (первая) ступень подвешивания распределяет вес локомотива от рам тележек на колесные пары.

При независимом индивидуальном подвешивании упругие элементы соседних колесных пар не соединяются между собой, и они работают самостоятельно. Такое подвешивание достаточно простое, но не обеспечивает правильного распределения веса между колесными парами. При таком подвешивании нагрузка на колесо определяется только стрелой прогиба соответствующего упругого элемента.

Упругими элементами могут служить листовые рессоры, цилиндрические витые пружины, резиновые амортизаторы, пневмобаллоны. Группа упругих элементов, объединенных между собой балансирами, составляет точку подвешивания.

Если соединить концы смежных упругих элементов балансирами, то получится сбалансированное рессорное подвешивание. Связывание балансирами всех упругих элементов на каждой стороне тележки дает две точки подвешивания, т.е. статически определимую в отношении опорных реакций систему, однако тележка сама по себе как пространственная система с опорами в одной поперечной плоскости становится неустойчивой. При сбалансировании полностью всех упругих элементов на каждой стороне тележки для создания продольной устойчивости тележки применяют расположение опор кузова в двух поперечных плоскостях.

Если кузов через упругие элементы опирается на боковины, комплекты упругих элементов на каждой стороне расставляют на расстоянии, обеспечивающем необходимый восстанавливающий момент упругих опор кузова при наклоне рамы тележки в продольной плоскости (галопировании). При маятниковых опорах продольная устойчивость тележек обеспечивается расстоянием между опорами.

Следует иметь в виду, что сбалансированное рессорное подвешивание может только распределять между колесами и поддерживать переданную нагрузку. Для равенства нагрузок по колесным парам необходимо так располагать на тележке опоры кузова, чтобы их нагрузка вместе с обрессоренным весом тележки давала равнодействующую, совпадающую с равнодействующей реакции рельсов от заданной проектной нагрузки.

 

Устройство рессорного подвешивания.

Нагрузка на буксы передается через балансиры 6. Пружины 2, расположенные по обе стороны листовой рессоры 1, передают нагрузку от рамы тележки на… На тепловозах со сбалансированным рессорным подвешиванием более поздних… Изложенное выше существенно снижает преимущества сбалансированной системы рессорного подвешивания в отношении…

Основные характеристики рессорного подвешивания.

Статический прогиб ступени подвешивания (2.80) где РСТ — нагрузка на ступень подвешивания; жст — жесткость ступени подвешивания.

Жесткость сложной системы подвешивания.

При нагружении упругих элементов предполагается, что прогибы прямо пропорциональны прилагаемым нагрузкам. Диаграмма изменения прогиба с увеличением… Работа, затраченная на прогиб упругого элемента δ'1, выражается площадью… (2.93)

Классификация тяговых устройств и их роль в реализации локомотивом силы тяги.

Тяговые устройства локомотивов предназначены для передачи от тележки к кузову продольных (тяговых и тормозных) и поперечных сил.

По конструкции тяговые устройства разнообразны. На рис. 2.80 показана схема классификации основных типов тяговых устройств, применяемых в локомотивах.

При движении локомотива происходит перераспределение нагрузок между колесными парами, вызванное вертикальными реакциями от действия на тележку моментов сил тяги и торможения. Появление этих моментов связано с различной высотой приложения к тележке сил тяги (на уровне головки рельса) и сопротивления движению (уровень автосцепки и шкворневого шарнира).

В практике локомотивостроения в качестве критерия оценки тяговых свойств введено понятие «использование сцепного веса», определяемое величиной статического коэффициента использования сцепного веса η_И. Наибольшая по сцеплению сила тяги локомотива находится в прямой зависимости от его сцепного веса G и коэффициента сцепления ψ. Однако расчеты и практика эксплуатации показывает, что не весь сцепной вес локомотива используется для создания силы тяги.

 

 

Сила тяги локомотива вычисляется по формуле

(2.172)

где ψ — расчетный коэффициент сцепления колес с рельсами,φ — коэффициент тяги.

Обычно считают, что на все колесные пары приходится одинаковая статическая нагрузка 2П, которая передается на рельсы, а поэтому колесные пары реализуют одинаковую силу тяги F_к. Возможное уменьшение нагрузки колесной пары учитывается коэффициентом разгрузки К_p.

(2.173)

Тогда коэффициент использования сцепного веса равен:

(2.174)

Для локомотивов с индивидуальным электрическим приводом колесных пар наименьший коэффициент использования сцепного веса определяется наиболее разгруженной колесной парой, так как именно она ограничивает силу тяги локомотива. В требованиях ОАО РЖД к новым локомотивам коэффициент использования сцепного веса должен быть η_и ≥ 0,92.

Для тепловозов с гидропередачей и групповым приводом, объединяющим колесные пары в единую механическую систему, теоретически коэффициент использования сцепного веса η_и = 1. При достижении предельного тягового момента по сцеплению на наиболее разгруженной оси она не буксует из-за ее механической связи через карданы и редукторы с остальными колесными парами. Практически из-за наличия в эксплуатации некоторой разности диаметров колесных пар коэффициент использования сцепного веса тепловозов с гидропередачей (ТГМ4, ТГМ6, ТГ22) равен η_И = 0,95—0,97.

Таким образом, для локомотивов с электрической передачей необходимо уменьшать разгрузку колесных пар при движении в тяговом режиме.

У локомотива с количеством п₀ колесных пар наименьшее значение коэффициента разгрузки К_р будет, если разгрузка распределена поровну между q = n₀ - 1 передними колесными парами, а вся догрузка сосредоточена на последней колесной паре, т.е.

(2.175)

где i— порядковый номер колесной пары; Н— высота оси автосцепки от уровня головок рельсов; х_i — продольные координаты колесных пар, причем начало координат находится за пределами полной колесной базы локомотива, например в вертикальной плоскости, проходящей через головку автосцепки.

Реализация такой схемы воздействия колесных пар на рельсы не всегда возможна из-за существенной догрузки последней колесной пары, когда значение ее нагрузки выходит за допустимые пределы, особенно это касается шестиосных экипажей.

Рассмотрим задачу использования сцепного веса для локомотива с горизонтальными продольными связями тележек с кузовом, т.е. передачу тяговых сил в горизонтальной плоскости, например, шкворневым тяговым устройством. Для упрощения принимаем, что упругие опоры кузова на каждую тележку выполнены в одной поперечной плоскости, проходящей через шкворень. Учет статической неопределенности системы второй ступени рессорного подвешивания (в двух поперечных плоскостях на каждой тележке, например, при четырех опорах кузова) вносит сравнительно небольшую поправку в результаты расчета и не меняет качественную картину исследуемого явления.

Для определения изменения нагрузок рассмотрим расчетную схему двухтележечного экипажа (рис. 2.81).

Согласно выражению (2.175) минимальный коэффициент разгрузки будет равен:

(2.176)

где 2l_к — база подвешивания кузова; 2l_T — база тележки.

Для определения изменения нагрузок от колесных пар на рельсы рассмотрим внешние силы, действующие на тележки и кузов в режиме тяги. Сила тяги локомотива F_кл , приложенная к автосцепке на высоте Н и равная сопротивлению движения состава W, создает опрокидывающий момент 4F_к(H — h_ш), который разгружает переднюю и догружает заднюю тележку:

(2.177)

 

 

где h_ш — высота от уровня головок рельсов до уровня передачи силы тяги в шкворневом устройстве.

На уровне головок рельсов на каждую колесную пару действует сила F_k. Реакция кузова 2F_k = W/2 действует на шкворень в противоположную сторону. Внешние силы, действующие на тележку, вызывают изменение нагрузок ΔП₁—ΔП₄ колесных пар на рельсы (показаны на рис. 2.81 в виде реакций рельсов на нагрузку от колесных пар).

Уравнение равновесия передней тележки:

(2.178)

задней тележки:

(2.179)

решая уравнения (2.177), (2.178) и (2.179), получим

(2.180)

Коэффициенты разгрузки колесных пар на рельсы равны для 1, 2, 3 и 4 пар соответственно:

(2.181)

 

(2.182)

 

Таким образом, ограничивающим в данном случае является коэффициент разгрузки первой колесной пары:

(2.183)

 

Как следует из выражений (2.177) и (2.180), момент тяговых сил, действующих на кузов, разгружает на одинаковую величину колесные пары передней тележки и нагружает колесные пары задней тележки, а момент тяговых сил, приложенных к шкворню, перераспределяет нагрузки по колесным парам в тележках.

При передаче тяговых сил шкворнем через шкворневую балку, расположенную сверху на раме тележки, величина h_шзначительно влияет на изменение нагрузки колесных пар, а величина Н - h_ш мало, так как 2l_к >> 2l_т и h_ш > Н - h_ш. Определяющим в этом случае является момент тяговых сил, приложенный в шкворне.

Существует несколько конструктивных решений в экипажной части для уменьшения отрицательного влияния действия тяговых сил между кузовом и тележкой на изменение нагрузок колесных пар.

Наиболее распространенное решение, которое применялось на грузовых тепловозах и маневровых (2ТЭЗ, 2ТЭ10Л, ТЭМ2, ТГМ4, ТГМ6)—это жесткие опоры кузова (роликовые, плоские). При этом рама тележки не может поворачиваться в продольной вертикальной плоскости относительно кузова, и перераспределения нагрузки по колесным парам тележки от продольных сил, приложенных к шкворню, не происходит.

На магистральных локомотивах (тепловозы ТЭП70, ТЭП80, ТЭ136, электровозы типа ВЛ80 и др.) применяется двухступенчатое рессорное подвешивание, а низкоопущенный шкворень несколько повышает коэффициент использования сцепного веса. Так, на тепловозе ТЭП70 плоскость передачи продольных сил от тележки к кузову при низкоопущенном шкворне, расположенном между первой и второй колесными парами, перенесена на уровень осей колесных пар.

В некоторых локомотивах применяют специальные пневмо- или гидродогружатели, устанавливаемые между рамой тележки и кузова. С помощью догружателей создается противомомент, компенсирующий действие тягового момента в шкворневом узле. Однако в этом случае необходимо применить систему автоматического регулирования давления воздуха или жидкости в цилиндрах в зависимости от величины силы тяги локомотива.

Существенно можно решить проблему применением одной или двух наклонных тяг, через которые передается сила тяги от тележек к кузову. В зависимости от схемы включения тяги могут работать только на растяжение или на растяжение и сжатие. В последнем случае, как правило, применяется одна наклонная тяга на тележку.

На рис. 2.82 показана схема четырехосного экипажа локомотива с наклонными тягами. В первоначальных конструкциях таких экипажей кузов с каждой тележкой соединялся двумя наклонными тягами, работающими только на растяжение. Конструктивно для этого применяются эллипсные отверстия в одном из шарниров наклонных тяг и возможность небольшого продольного смещения тележек относительно кузова. В режиме тяги тележки смещаются вперед, при этом передние тяги выключаются из работы, и передача тяговых сил от тележек на кузов осуществляется задними тягами, работающими на растяжение.

Рассмотрим схему передачи тяговых сил от первой тележки на кузов одной наклонной тягой (рис. 2.83). Горизонтальная составляющая 2F_К усилия в наклонной тяге 2F_Т создает опрокидывающий момент на раме тележки 2F_кh_т и соответственно изменяет нагрузки по колесным парам:

 

(2.184)

 

 

Тяговому опрокидывающему моменту противодействует восста­навливающий момент , который вызывает изменение нагрузок по колесным парам:

(2.185)

 

Коэффициенты разгрузки колесных пар определяются:

(2.186)

 

Если перенести силу 2F_Т по направлению ее действия в центр тележки с высотой h, то получим

(2.187)

что соответствует выражениям (2.186), поскольку

Полагая , или, что то же самое, , получим формулу

(2.188)

 

Смысл данной формулы состоит в следующем: наклонная продольная связь тележки с кузовом локомотива автоматически в любом тяговом режиме полностью компенсирует тяговые изменения нагрузки колесной пары на рельсы, если направление связи (тяги) проходит через середину продольной базы тележки на уровне головок рельсов, Таким образом, с помощью наклонных тяг можно обеспечить одинаковые нагрузки по колесным парам в одной тележке и тем самым значительно уменьшить изменение нагрузок колесных пар локомотива. У современных локомотивов с мягким двухступенчатым рессорным подвешиванием при применении наклонных тяг удается получить значения коэффициента использования сцепного веса

η_и ≥ 0,92.

 

Конструкция тяговых устройств.

Тяговое устройство с жестким шкворнем применялось на магистральных тепловозах 2ТЭЗ, 2ТЭ10Л, ТЭП10, а также на всех маневровых тележечных… Шкворень, кроме передачи продольных и поперечных сил, является еще и…  

Розділ 3. Тягові приводи

  §3.1. Назначение, классификация и общее устройство тяговых приводов. Механизмы, осуществляющие кинематическую и силовую связь между якорем тягового электродвигателя или выходным валом…

Конструкция опорно-центрового подвешивания тягового двигателя.

На рис. 3.14 зубчатое колесо двухсторонней косозубой передачи состоит из двух частей: центра 6 и венца 8. Венец двенадцатью болтами 7 крепят к…  

Конструкция опорно-рамного подвешивания тягового двигателя.

Тяговый привод с карданным валом, проходящим через полый вал якоря, применен на тепловозе 2ТЭ121 и электровозе ЭП10 (рис. 3.15). В этой передаче… Тяговый редуктор 2 — силовой. Он состоит из двух половин с разъемом по оси… Зубчатая муфта, карданный вал и резинокордные диски передачи компенсируют относительные вертикальные и продольные…

Выбор параметров зубчатого зацепления тягового редуктора.

Коррекция зубьев наиболее эффективно обеспечивает компактность передачи без снижения надежности. У некоррегированной шестерни, нарезанной… (3.3) где z1, z2— числа зубьев соответственно ведущего и ведомого колес.

Вспомогательные системы энергетической установки.

§4.3.Топливная система. Назначение системы. Топливная система предназначена для размещения запасов… Для питания тепловозных дизелей используют дизельное топливо по ГОСТ 305-82 с содержанием серы до 0,5 %. Топливо для…

Приборы контроля температуры и защиты дизеля от перегрева.

В тепловозе ТЭП70 к выходному трубопроводу подсоединен трубопровод терморегулятора, управляющего работой гидромотора вентилятора, который при…   Водяной (расширительный) бакпредназначен для размещения части увеличивающегося объема воды при повышении температуры в…

В инерционных воздухоочистителях пыль отделяется под действием сил инерции в результате изменения направления струи воздуха при обтекании препятствия или в криволинейном канале. При изменении направления движения потока воздуха частицы пыли вследствие сил инерции некоторое время двигаются в первоначальном направлении, что используется для отделения твердых частиц. В зависимости от способа удержания частиц пыли, достигающих поверхностей осаждения, воздухоочистители разделяют на сухие и мокрые.

При сухой инерционной очистке часть частиц при изменении направления воздушного потока достигает изгиба стенки корпуса или отражателя. При этом скорость их движения снижается, и они выпадают из потока в специальный пылесборный бункер. Сухие инерционные воздухоочистители просты по конструкции, однако эффективность очистки их недостаточна. Если пыль состоит из тяжелых частиц крупных размеров, то появляется упругий удар и отскок частиц, подхватываемых воздушным потоком вновь, что снижает коэффициент очистки. В целях устранения этого явления разработаны мокрые воздухоочистители, в которых поверхностью, воспринимающей удар частиц, является жидкость (чаще всего масло). В воздухоочистителях, использующих принцип мокрой очистки, процесс улавливания пыли зависит от скорости, массы и формы частиц. Мокрые воздухоочистители предназначены для первой ступени очистки. Во второй ступени дополнительно удерживаются частицы жидкости. Такие воздухоочистители широко применяют в практике локомотивостроения.

К инерционным относят также центробежные воздухоочистители, фильтры с различными набивками (контактные воздухоочистители) и т.п. Принцип центробежной очистки основан на использовании центробежных сил, которые отбрасывают частицы пыли к стенкам. Под действием этих сил, наряду с движением вместе с потоком, возникает относительное движение частиц внутри потока, направленное по радиусу от центра к периферии. Из устройств очистки воздуха, действующих по этому принципу, наиболее типичны циклоны (рис. 4.27).

Собранные на специальной панели и установленные в корпусе циклоны образуют мультициклонный блок (рис. 4.28). Испытания такого блока, выполненные во ВНИИЖТе, показали, что один блок с размерами 400x400x175 мм, состоящий из 52 воздухоочистителей, достигает эффективности очистки 85 % при аэродинамическом сопротивлении 500 Па. Номинальный расход воздуха через блок равнялся 4420 м³/ч.

Мультициклоны состоят из завихрителя 4 и разделителя 2. За- вихритель раскручивает поток воздуха, при этом пыль отбрасывается к цилиндрической стенке разделителя и через кольцевой зазор попадает в пылесборник, из которого она отсасывается специальным вентилятором. Чистый воздух по центральной трубе мультициклона попадает в камеру, из которой, проходя вторую ступень очистки, поступает к турбокомпрессору.

 

 

 

 

Контактная очистка воздуха происходит при столкновении частиц пыли с препятствиями, образованными фильтровальным материалом, покрытым вязкой жидкостью (обычно маслом). Такие воздухоочистители выполняют иногда двухступенчатыми, причем первой ступенью служит масляная ванна, а второй — кассета с набивкой из путанки (проволока, различные волокна, проволочные сетки, перфорированные листы). Набивка из сеток создает меньшее гидравлическое сопротивление, чем из перфорированных листов, а по сравнению с набивками из волокон более высокую механическую прочность. Воздух при своем движении поднимает слой масла на некоторую высоту и смачивает кассету. Струя запыленного воздуха, ударяясь о кассету, разбивается на мелкие струи, которые резко и многократно изменяют направление. Вследствие своей инерции струи ударяются о мелкие волокна фильтрующей кассеты, и на них осаждается пыль. Скорость υ_ч частицы в кассете зависит от размера и формы частицы пыли, турбулентности потока, площади поверхности и материала кассеты.

Фильтрацию запыленного потока воздуха осуществляют через пористые среды различных видов, поры которых меньше частиц пыли. Такие воздухоочистители легки и просты в обслуживании. Фетровый фильтр обеспечивает 100%-е улавливание всех частиц размером до 1 мкм. Из других материалов следует отметить двустороннюю байку в шелковой оболочке, применяемую при скорости воздуха через ткань до 0,10 м/с. Пылеемкость ткани при подводе воздуха снизу достигает 3 кг/м². Применение тканевых фильтров в тепловозах затруднено, так как такие фильтры чувствительны к попаданию влаги и масла на фильтрующие поверхности. При использовании особых тканей из синтетического волокна эти трудности можно преодолеть. Пористой средой может быть также бумага или картон специальных сортов, пропитанные синтетически-

ми смолами и гидрофобными веществами. Однако у таких фильт­ров сравнительно небольшая пылеемкость (около 0,6 кг/м²). Срок службы этих фильтров определяется в основном максимально до­пустимым сопротивлением, поскольку они не выдерживают более одного-двух циклов регенерации и не восстанавливают полностью свои первоначальные характеристики.

Воздухоочистители двигателей внутреннего сгорания.На отечественных тепловозах для обеспечения дизелей чистым воздухом устанавливают воздухоочистители различных типов и конструкций, у которых значительные габариты и масса. Так, масса воздухоочистителя дизеля мощностью 2200 кВт равна 600—700 кг.

В маслопленочных воздухоочистителях (МВ) применен контактный способ очистки с подачей масла на рабочую поверхность кассет энергией воздушного потока. Конструкции маслопленочных воздухоочистителей разнообразны и отличаются одна от другой траекторией движения воздушного потока, формой и расположением резервуара масляной ванны, а также фильтрующего устройства. Запыленный воздух в воздухоочиститель тепловозов типа 2М62У, ТЭП60, М62, 2М62У (рис. 4.29) поступает через воздухоприемное окно во входной патрубок 1 с криволинейным участком. Проходя через поддон 5, поток воздуха перемещается над поверхностью масла. Крупные частицы пыли выделяются из потока центробежными силами и задерживаются в масле. Воздух и мелкие частицы пыли увлекают слой масла и направляются к фильтрующим кассетам 2. Излишки масла стекают с рабочих поверхностей кассет под действием сил тяжести, смывая уловленную пыль, и через трубки 4 поступают в поддон 5. Для работы воздухоочистителей с масляной ванной характерен унос масла с постепенным уменьшением его уровня. Унос равен 1,5—4 г/ч на 700—800 кВт мощности. Снижение уровня масла отрицательно сказывается на работе воздухоочистителя. Одной из причин повышенного уноса масла является изменение нагрузочного режима двигателя. Поэтому в современных конструкциях воздухоочистителей с масляной ванной предусматривают устройства для регулирования уровня в ванне в зависимости от расхода воздуха.

Унифицированный тепловозный воздухоочиститель (УТВ) (рис. 4.30). Воздух очищается в кассете 2 с капроновой путанкой, помещенной в корпусе 1. Для подачи масла на кассету используется энергия сравнительно небольшой части воздушного потока, поступающего в воздухоочиститель.

 

 

Этот воздух проходит через маслоподающие циклоны и уносит из поддона 4 капли масла, которые смачивают набивку кассеты. Заслонка 7, устанавливающаяся под действием силы тяжести и аэродинамических сил, создаваемых потоком воздуха, автоматически регулирует количество воздуха, проходящего через маслоподающие циклоны, благодаря чему подача масла на кассету осуществляется на всех режимах работы дизеля. Масло, приникающее сквозь набивку, задерживается пакетом маслоулавливающих сеток 10 и по желобам стекает в масляную ванну поддона 4. Стеканию масла с улавливающей сетки способствуют наклонное (~10°) расположение воздухоочистителя и вертикальная стенка съемного листа 3, отделяющая полость стекания от полости подачи воздуха и масла на кассету.

Самоочищающиеся воздухоочистители (воздухоочистители непрерывного действия) в последнее время применяются все более широко. Фильтрующий элемент в большинстве случаев — сетка, смоченная в масле. При движении сетки через масляную ванну происходит непрерывная и автоматическая регенерация фильтрующих поверхностей.

Воздухоочиститель непрерывного действия (рис. 4.31) типа ФНД1 установлен в тепловозах 2ТЭ10В, 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ18, ТЭМ2У. В корпусе 1 воздухоочистителя расположены два фильтрующих элемента, через которые последовательно проходит воздух, причем первый элемент 2 вращается, а второй 3 установлен неподвижно. Фильтрующая кассета вращающегося элемента выполнена в виде диска с четырьмя секторообразными секциями, набраными из гофрированных сеток квадратного плетения.

 

На ободе колеса укреплена зубчатая храповая лента. Кассета вращается при помощи пневматического сервомотора 5, установленного в корпусе воздухоочистителя. Нижняя часть кассеты погружена в масло, которое заливают в ванну, образованную нижней частью корпуса воздухоочистителя. Запыленный воздух проходит через верхнюю часть кассеты; средняя ее часть образует самостоятельную зону, в которую стекает излишнее количество масла и где проводится продувка воздухом с небольшой скоростью. Неподвижный фильтрующий элемент 3 улавливает капли масла, присутствующие в потоке воздуха, прошедшем первую ступень очистки, и дополнительно очищает его от пыли. В холодное время года жалюзи воздухозаборника закрыты, а боковые жалюзи 4 открыты. При этом воздух забирается из машинного отделения, проходя только вторую ступень очистки через кассету 3.

Тип воздухоочистителя выбирают в зависимости от условий работы локомотива. При малой (менее 2 мг/м³) запыленности предпочтительнее воздухоочистители контактного действия. При повышенной запыленности воздуха наличие сухой первой ступени снижает количество пыли перед входом во вторую ступень до пределов, обуславливающих допустимые сроки ее регенерации. Пылеемкость воздухоочистителя рассчитывается для обеспечения его работы в течение времени, соответствующего периодичности проведения одного из видов планового обслуживания тепловоза.

Двухступенчатый воздухоочиститель (рис. 4.32) дизеля тепловоза ТЭП70БС, разработанный конструкторами Коломенского завода, устанавливается в крыше тепловоза над дизелем. Первая ступень инерционного действия состоит из двух блоков мультицикло- нов 5. Здесь воздух проходит предварительную очистку с эффективностью до 80 %. При этом пыль и другие загрязнения с частью воздуха (до 10 %) удаляются наружу с помощью мотор-вентиляторов 8. Вторую ступень образуют 24 картонных фильтрующих элемента 6 марки ФЭК 740.110.9560-10 ТУ 37.104.022—83, которые используются в автомобилях «КАМАЗ». Они обеспечивают эффективность очистки до 99,5 %. Наружный воздух поступает через жалюзи, проходит первую и вторую ступени очистки и через

патрубки 2 подвода воздуха попадает в компрессорную часть турбокомпрессора наддува дизель-генератора 1. Мультициклонные блоки не требуют обслуживания, обслуживание ФЭК заключается в продувке и, при необходимости, промывке в специальном растворе. Засоренность ФЭК контролируется индикаторами 9.

 

 

 

Основные характеристики воздухоочистителей приведены в табл. 4.4.

 

Основные характеристики воздухоочистителей

Воздухоочиститель	Коэффициент очистки воздуха	Гидравличе- ское сопро­тивление, кПа	Минимальный размер задержанных частиц пыли, мкм
Циклонно-сетчатый Маслопленочный Непрерывного действия Мультициклонный Двухступенчатый муль­тициклонный + ФЭК	0,97—0,98 0,98 0,98 0,8—0,85 0,995	5,8—6 0,22—2,4 1,5—2,2 0,5	5—10 2,5—3, 1—3 — 1—2

 

 

§4.6.Система выхлопа дизеля, глушители шума.

Устройство для отвода отработавших газов состоит из коллекторов и глушителя шума, на маневровых тепловозах их иногда называют искрогасителями.

Выпускные коллекторы. Отработавшие газы от рабочих цилиндров дизеля отводятся по выпускным коллекторам в турбокомпрессоры. При этом для магистральных локомотивов у дизеля устанавливается один коллектор на все цилиндры, в котором давление газов выравнивается, и турбокомпрессор работает при постоянном давлении. На маневровых локомотивах у дизеля может быть два и более коллекторов, создающих так называемую эжекционно-импульсную систему подвода газа к турбине турбокомпрессора.

Выпускные коллекторы охлаждаются водой. Конструкция коллектора с водяным охлаждением (дизеля типа Д49) показана на рис. 4.33. Коллектор состоит из двух секций 1 и 4. Между секциями установлена прокладка из асбостального листа. Каждая секция представляет собой сваренные из листовой стали двухстенные трубы, внутрь которых вставлены трубы из жаропрочной стали. Между наружной и промежуточной трубами образуется полость для перетока воды, охлаждающей коллектор. Вода поступает из крышек цилиндров через отверстия во фланцах коллектора. Соединение крышки с коллектором уплотнено резиновыми кольцами.

 

Коллектор к крышкам крепится болтами. Стыки между крышками цилиндров и фланцами уплотняются прокладками из ас- бостального листа. Для отвода воздуха и образовавшегося во время работы дизеля пара на патрубки каждого цилиндра установлены трубки 2. Вода от коллектора отводится в верхней части газовыпускных труб через фланец 6. На газовыпускных трубах установлены съемные компенсаторы 7, закрытые изоляцией из асбестовой ткани и стеклоткани. Наличие жаровых труб в коллекторах позволяет значительно снизить отвод тепла от выпускных газов в воду. Особенности водоохлаждаемых коллекторов: наименьшее количество компенсаторов (2 шт. на дизель), отсутствие поверхностей с температурой выше 60 °С, что обеспечивает необходимую пожаробезопасность в случае попадания на коллектор топлива или масла, уменьшение выделения тепла в машинное помещение.

В тепловозах ТЭМ2У и ЧМЭЗТ и других коллекторы дизелей — не охлаждаемые. Обычно такие коллекторы хорошо изолируют и закрывают металлическими ограждениями.

Охлаждение коллекторов, несмотря на установку жаровых труб, приводит к снижению температуры выхлопных газов и, следовательно, к уменьшению тепловой (потенциальной) энергии, преобразуемой в механическую энергию турбинным колесом турбокомпрессора. В целом это ухудшает экономические показатели дизеля, поэтому Коломенский завод работает над созданием неохлаждаемых коллекторов для мощных дизелей магистральных тепловозов. Как промежуточный вариант разработан охлаждаемый коллектор, у которого жаровая труба покрыта изоляцией. Это уменьшает тепловой поток, выделяемый в воду жаровой трубой.

Глушители шума.Требования к конструкции глушителей шума: гидравлическое сопротивление прохождению через него газа не более 500 мм вод. ст. (4900 Па), эффективное уменьшение шума на низких частотах в диапазоне 63—500 Гц.

В тепловозах устанавливаются глушители различных конструкций. По принципу гашения энергии выхлопных газов они делятся на два основных типа: реактивные и диффузорные. На рис. 4.34 показан глушитель реактивного типа тепловозов ТЭП70 и ТЭП80, а на рис. 4.35 — диффузорного типа тепловоза 2ТЭ116.

Глушитель шума тепловоза ТЭП80 (см. рис. 4.34) представляет собой цельносварную конструкцию овальной формы. Корпус 1 и обшивка 2 выполнены из листовой стали марки 20 толщиной соответственно 3 и 1,4 мм. Между корпусом 1 и обшивкой 2 находится теплоизоляционный материал 3 из супертонкого базальтового волокна (БСТВ-СП). Выхлопные газы входят в глушитель через один диффузор 4 в тепловозе ТЭП70 и через два одинаковых диффузора в тепловозе ТЭП80, а выходят через два прямоугольных патрубка 5. Расширение потока газов в диффузоре и затем дальнейшее внезапное расширение и поворот потока в большом объеме глушителя приводит к резкому уменьшению скорости газов и к завихрению струй газов при повороте. При этом происходит значительная потеря энергии газов и как следствие снижение шума.

Глушитель шума тепловоза 2ТЭ116 (рис. 4.35), сваренный из жаропрочной стали, состоит из корпуса 4, перепускных каналов 6, закрепленных в перегородке 5, разделяющей корпус на впускную и выпускную расширительные камеры, впускного 8 и выпускного 3 патрубков. Перепускные каналы и выпускной патрубок выполнены диффузорными. У впускного патрубка (инжектора) также есть диффузор. Между входным патрубком и фланцем выходного патрубка турбокомпрессора устанавливается специальный компенсатор сильфонного типа.

Снижение шума происходит в расширительных камерах, диффузорах перепускных каналов и выпускного патрубка, на косом срезе выпускного патрубка и в диффузоре инжектора из-за эффекта поглощения звука при расширении газового потока, интерференции звуковых волн, разделения ядра струи исходного газового потока на элементарные струи с последующим смешением их, прохождения звуковых волн через звукопоглощающие материалы. Примененный в тепловозе глушитель снижает уровень шума на 10—20 дБ в широком диапазоне частот и при этом увеличивает сопротивление на выпуске газов не более чем на 2940 Па (300 мм вод. ст.). Попадаемые в глушитель вместе с газами продукты неполного сгорания топлива и масла собираются в поддоне глушителя и отводятся по трубопроводу под раму тепловоза. Глушитель шума тепловоза ТЭ116 значительно сложнее по конструкции, однако у него меньшие габариты и вес.

 

Системи, що охолоджують пристрої і допоміжне устаткування локомотивів.

Охолоджуючі пристрої тепловозів.

 

§4.7. Охлаждающие устройства.

Назначение, типы и компоновочные решения.

Теплота работающего дизеля отводится от стенок цилиндров, поршней и других деталей, нагревающихся в результате контакта с горячими газами или… В тепловозных дизелях с наддувом с целью повышения их цилиндровой мощности… На тепловозах с гидропередачей охлаждающие устройства предназначаются и для охлаждения рабочей жидкости (масла)…

Конструкции, параметры и расчет водо- и масловоздушных секций радиаторов.

Конструкция, параметры и расчет водомасляных теплообменников.

Используемые в тепловозах водомасляные теплообменники различают по схемам движения воды и масла и по конструкции теплопередающей поверхности… Наиболее простыми (по конструкции и технологии изготовления) и надежными в… Для повышения интенсивности передачи теплоты в теплообменниках необходимо максимально уравнивать термические…

В F Н

τ_mах для обмотки якоря, °С 120 140 160

τ_max для обмотки возбуждения, °С 130 155 180

Чтобы поддерживать необходимые температурные условия работы электрического оборудования при любых возможных в эксплуатации режимах, на тепловозах установлены системы охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов.

Интенсивность выделения теплоты А (ккал/ч) в электрических машинах можно оценить по их коэффициентам полезного действия:

для тяговых и вспомогательных электродвигателей

(4.38)

для тяговых и вспомогательных генераторов

(4.39)

где Р_д и Р_г — мощности соответственно двигателя и генератора, кВт; η_д и η_г — КПД соответственно электродвигателя и генератора.

У современных однотипных тяговых электрических машин уровень КПД одинаков и стабилен: для тяговых электродвигателей η_д = 0,90—0,92; для тяговых генераторов η_г = 0,93—0,95.

В тепловозах с электрической передачей переменно-постоянного тока не менее важным, чем электрические машины, объектом систем охлаждения является полупроводниковая выпрямительная установка. Интенсивность выделения тепла А_ву в этой установке можно определить по формуле (4.39) с подстановкой в нее расчетной мощности Р_ву и расчетного КПД η_ву ≈ 0,985.

В тепловозах с электрической передачей переменного тока дополнительно выделяется тепло в преобразователе частоты. Интенсивность выделения тепла А _пч в этой установке можно принимать также по формуле (4.39), при этом расчетный КПД следует взять η_ПЧ ≈ 0,98.

Во всех без исключения системах охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов тепловозов охлаждающим рабочим телом является предварительно очищенный атмосферный воздух.

Технические требования к системам охлаждения. Основные требования к системам охлаждения сводятся к следующим:

– обеспечение работы тяговых электрических машин и аппаратов при температурах наружного воздуха от -50 до +40 °С (среднегодовая температура не выше 25 °С);

– гарантия защиты тяговых электрических машин и аппаратов от попадания в них загрязнений, существенно влияющих на надежность машин, т.е. обеспечение очистки охлаждающего воздуха;

– коэффициент очистки воздуха от пыли, проверенный на кварцевой пыли с удельной поверхностью 2800 см²/г, не менее 75—85 % при всех режимах работы системы;

– коэффициент очистки воздуха от капельной влаги и снега при номинальном режиме не менее 70 %;

– затраты мощности на работу системы не более 4—5 % эффективной мощности дизелей тепловоза.

Классификация систем охлаждения. Устанавливаемые в тепловозах системы охлаждения тяговых электрических машин классифицируют по многим признакам.

По размещению вентиляторов тяговые машины делят на само- вентилируемые (вентилятор встроен в машину и находится на ее валу) и с независимой вентиляцией (вентилятор установлен отдельно). Любая система охлаждения может быть вытяжной, если вентилятор размещен за машиной (по ходу воздуха) и нагнетательной, если вентилятор перед машиной.

По месту забора вентилирующего воздуха системы охлаждения делят на системы с внутренним (из кузова тепловоза) и с наружным забором воздуха. Наружное устройство для забора воздуха можно размещать на крыше тепловоза (забор воздуха сверху) или на боковых стенках кузова (забор воздуха сбоку). В последнем случае забор воздуха может быть с одной стороны локомотива или с обеих боковых сторон. Как правило, при наружном заборе воздуха предусматривают возможность временного перехода (например, при неблагоприятных атмосферных условиях) на внутренний забор воздуха.

По степени очистки воздуха системы могут быть без специальных устройств для очистки воздуха, с простейшими воздухоприемными устройствами (жалюзийные решетки) и более совершенными устройствами для очистки воздуха.

По степени централизации подачи воздуха различают системы индивидуальные, групповые и централизованные.

По степени регулирования расхода охлаждающего воздуха системы могут быть нерегулируемые, со ступенчатым (сезонным) и непрерывным (автоматическим) регулированием.

По способу регулирования расхода охлаждающего воздуха различают системы с дроссельным регулированием (воздухоприемные жалюзи, заслонки в воздуховодах) и с регулированием производительности вентилятора. Последний способ можно осуществлять регулированием частоты вращения ротора вентилятора (с помощью коробки передач, гидро- или электроприводы) или изменением аэродинамических характеристик вентилятора (поворотные лопатки и т.п.).

По характеру обслуживания воздухоочистительных устройств системы могут быть с периодическим и непрерывным удалением пыли.

Схемы систем охлаждения тяговых электрических машин.В тепловозостроении наиболее распространена смешанная схема (рис. 4.44, б), в которую входят индивидуальная для тягового генератора и две групповых для тяговых электродвигателей. Такая схема связана с компоновкой оборудования в современных тепловозах и раздачей мощности на привод вспомогательных механизмов карданными валами и распределительными редукторами. От последних энергия передается вентиляторам тяговых двигателей передней и задней тележек. Вентилятор тягового генератора приводится в действие непосредственно от дизеля. Такой тип системы ох­лаждения у многих отечественных тепловозов и, в частности, у тепловозов 2ТЭ10М, ТЭМ18, М62, ТЭП60, ТЭМ2У.

На грузовых тепловозах с электрической передачей переменнопостоянного тока (ТЭ109, ТЭ116) привод вентиляторов тяговых двигателей электрический, в систему охлаждения также входит индивидуальная система охлаждения полупроводниковых выпрямителей.

 

 

Групповые системы охлаждения тяговых электродвигателей на всех тепловозах в принципе одинаковы. Наружный воздух через воздушный фильтр в стенке кузова тепловоза и короткий всасывающий канал попадает в вентилятор, откуда через нагнетательные каналы распределяется по тяговым электродвигателям, после которых выбрасывается в атмосферу.

Некоторые тепловозы (ТЭП70, ТЭП80, ТЭ121, ТЭМ7, ТЭРА1) имеют централизованную систему охлаждения (рис. 4.44, в, 4.45), в которой все тяговые электрические машины и аппараты снабжаются воздухом от одной вентиляторной установки. Достоинства централизованных систем заключаются в сосредоточении в одном месте всего вентиляционного оборудования тепловоза. Это упрощает конструкцию привода вентиляторов от вала дизеля, очистку воздуха, значительно снижает вес привода и объем машинного отделения тепловоза, занятый этими устройствами. К достоинствам этих систем относится также возможность применения более совершенных в технико-экономическом отношении высокопроизво-дительных вентиляторов, например осевых, с более высоким КПД, чем у центробежных. Недостатками централизованных систем являются наличие дополнительных воздуховодов большой протяженности, увеличивающих вес и размеры системы, и повышение затрат мощности на преодоление аэродинамического сопротивления течению воздуха в воздуховодах.

 

Расчет и проектирование систем охлаждения.Расчет систем ох­лаждения сводится к определению производительности G и давления (напора) Н' вентилятора (вентиляторов), подбору его типа для спроектированной системы.

Определение необходимого количества воздуха. На основании сравнительного рассмотрения соответствующих технических данных общее количество воздуха, охлаждающего тяговые электрические машины, для тепловозов равно 11—12,2 м³/ч на каждый киловатт мощности (с учетом охлаждения выпрямительной установки тепловоза с передачей переменно-постоянного тока 12,4—12,7 м³/ч), для электровозов с передачей переменного тока 5,8—9 м³/ч. В целом для охлаждения тяговых электрических машин тепловоза затрачивается количество воздуха, более чем в 2 раза превышающее потребность дизеля в воздухе.

Интенсивность охлаждения тяговых электрических машин оценивают удельными величинами. Ниже приведены удельные расходы воздуха G/Р для тяговых электрических машин некоторых локомотивов.

 

Расход воздуха (м³/ч), необходимого для охлаждения электрических машин, определяют по следующим выражениям:

для двигателей

(4.40)

для генераторов

(4.41)

для выпрямительных установок

(4.42)

где с_рвз — удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·°С); ρ_вз — плотность воздуха, кг/м³; Δt — температура нагревания воздуха в электрических машинах и аппаратах. Экспериментально получено Δt_Эд = 20—25 °С; Δt_Г = 22—28 °С (большее значение для самовентилируемых генераторов);Δt_By = 10—12 °С.

Расчет сопротивления воздуховодов. Аэродинамическое сопротивление воздуховода образуется из сопротивления на входе до вентилятора (сопротивления защитных решеток и жалюзи, начальное сопротивление чистых воздухоочистительных устройств, предельное сопротивление воздухоочистителей) и сопротивления после вентилятора (сопротивления воздуховодов, отводов, дросселей, сопротивления тяговых электрических машин, потерь динамического давления на выходе из машин). Сопротивления, перечисленные выше, кроме сопротивления тяговых электрических машин, определяют из выражения

(4.43)

где ζ_i — коэффициент аэродинамического сопротивления элемента; υ_B3—скорость воздуха на выходе, м/с.

Для элементов воздуховодов коэффициент ζ_i может быть выбран по справочным данным. Аэродинамическое сопротивление тяговых машин

(4.44)

где G_ТМ — расход воздуха, идущего на вентиляцию тяговой машины; ζ_тм — коэффициент аэродинамического сопротивления.

Значение коэффициента ζ_тм для генератора ГП-300Б равно 21, для ГП-311Б и ГП-312 — 12, для ГС-501 А — 5,5.

Потери динамического давления Н'_Д на выходе из машины определяют по выражению (4.43). При этом принимают ζ_i = 1, а скорость υ_вз (в данном случае на выходе) может достигать 15—17 м/с

при Н'_Д = 140—170 Па. Полное сопротивление системы равно сумме всех аэродинамических сопротивлений. При этом полное давление, создаваемое вентилятором,

(4.45)

где k_н — коэффициент запаса по давлению, равный 1,0—1,05; H'_i — сумма аэродинамических сопротивлений элементов воздуховода.

При проектировании воздуховодов определяют их протяженность и сечения. Протяженность системы зависит от размещения оборудования локомотива и схемы системы охлаждения. Поперечные сечения воздуховодов выбирают с учетом расхода воздуха в данном сечении. Стремятся снизить скорость воздуха в воздуховодах, так как при этом снижаются потери давления. Установлено, что оптимальная скорость воздуха в воздуховодах 8 м/с. Однако она непостоянна на всем протяжении воздуховода: наибольшая скорость воздуха на выходе уменьшается по мере раздачи воздуха. В головных участках нагнетательных каналов тяговых двигателей скорость воздуха 20—30 м/с, а на ответвленных 4—12 м/с.

Воздухоочистители системы охлаждения электрических машин и аппаратов.В качестве первой ступени очистки воздуха для электрических машин применяют жалюзийные решетки (инерционные воздухоочистители), которые служат для предотвращения попадания в воздушную систему посторонних предметов и для отделения атмосферной влаги и пыли из воздушного потока. В некоторых случаях жалюзийные решетки (жалюзи) используют для выравнивания поля скоростей воздуха на входе. Во всех отечественных тепловозах применяют жалюзи с горизонтальным расположением створок и наклоном 45°. В зарубежной практике получили распространение жалюзи с вертикальным расположением створок.

Коэффициент очистки воздуха жалюзи с горизонтальным расположением створок составляет 25—35 %, а с вертикальным — 40—45 %.

Для дальнейшей очистки воздуха применяются фильтрующие элементы различного типа. На отечественных тепловозах применяют главным образом унифицированные многослойные проволочные кассеты с полиуретановой набивкой. На рис. 4.46 показан блок воздухоочистителя ЦВС тепловоза ТЭП70.

Воздухоочиститель представляет собой часть крыши кузова, в которой расположены двадцать две кассеты 3. Кассеты устанавливаются внутри каркаса крыши и в поперечном сечении тепловоза образуют собой арку, внутри которой находится всасывающий патрубок 5 вентилятора и люк 6, служащий для проведения работ по обдувке кассет сжатым воздухом для очистки при их загрязнении в процессе эксплуатации. Для постановки и выемки кассет предназначены специальные люки. Кассеты вставляются в пазы их каркаса и прижимаются от руки винтами 4. Загрязнение кассет контролируется дифференциальным манометром 2, закрепленным на наружной стенке воздухоочистителя.

Кассета воздухоочистителя (рис. 4.46, 6) состоит из наружного 12 и внутреннего 10 корпусов, сеток 8, 9, набивки 7 и уплотнения 11. К наружному корпусу кассеты прикреплена сетка 9, которая вместе с сеткой 8 представляет полиуретановую набивку от выдувания и повреждения.

На тепловозе ТЭП70БС вместо кассет установлены мультициклонные блоки.

 

Вентилятори.

 

§4.9. Вентиляторы охлаждающих устройств и систем, выбор основных параметров вентиляторов

Назначение вентиляторов— нагнетание или засасывание воздуха в системы вентиляции и охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов, тормозных резисторов электрического тормоза, а также через радиаторные секции холодильной камеры.

Наибольший объем воздуха в тепловозе потребляется для электрических машин и аппаратов, а также для охлаждения радиаторных секций.

В системах охлаждения тяговых электрических машин используют центробежные и осевые вентиляторы. Необходимую производительность вентилятора можно определить, используя следующие выражения:

для индивидуальной системы

(4.46)

для групповой системы

(4.47)

для централизованной системы

(4.48)

где G_тм, Gj — необходимый расход воздуха для вентиляции соответственно тяговой и j-й машины (аппарата или установки), определяем по формулам (5.42; 5.43; 5.44); k = 1,05—1,10 — коэффициент запаса по расходу воздуха; і — число однородных тяговых машин в группе, обслуживаемой одним вентилятором.

Расходы воздуха для некоторых серий тяговых электродвигателей, генераторов приведены выше. Для выпрямительных установок требуется расход воздуха 1,4—1,5 м³/с.

Для охлаждения тяговых электрических машин, выпрямительных установок, преобразователей частоты при индивидуальной и групповой системах применяются центробежные (табл. 4.9), а при ЦВС преимущественно осевые вентиляторы. Исключение в отечественной практике локомотивостроения — тепловоз ТЭРА1, где в ЦВС использован сдвоенный центробежный вентилятор.

 

 

 

 

Центробежные вентиляторыоборудованы рабочими колесами барабанного типа с лопатками, загнутыми вперед. Их аэродинамическая схема соответствует трем схемам общепромышленных вентиляторов: «Сирокко», Ц15-45 и Ц9-45. На рис. 4.47 приведены аэродинамические схемы вентиляторов Ц15-45 и Ц9-45.

Схема «Сирокко», примененная для вентиляторов тепловозов серий ТЭМ2, 2ТЭ116, наиболее проста в конструктивном отношении. Ротор типа «беличья клетка» состоит из 60 штампованных из листового дюралюминия лопаток небольшой относительной вы-

соты: h=0,06751D. Вентиляторы типа Ц9-55 отличаются меньшей относительной длиной лопаток, их профилем и переменной по длине лопатки высотой.

На тепловозах 2ТЭ10Л(В) применены вентиляторы типа Ц15-45, а на тепловозах ТЭП60, М62 типа Ц9-55. На базе вентилятора Ц9-44 разработан типовой ряд вентиляторов с диаметром рабочих колес 0,35; 0,42; 0,45 и 0,60 м.

Недостатком центробежных вентиляторов является относительно низкий КПД — 0,65—0,70.

Тип вентилятора выбирают, учитывая компоновку оборудования на локомотиве, размещение электрических машин и т.д. (по безразмерным характеристикам, рис. 4.48).

 

Осевые вентиляторы.Эти вентиляторы нашли применение в системах охлаждения воды и масла дизеля (табл. 4.10). При значительном расходовании воздуха и небольших сопротивлениях воздушных трактов холодильной камеры осевые вентиляторы экономичнее, компактнее и легче, чем центробежные. При применении ЦВС на магистральных тепловозах необходимо использование высокопроизводительных насосов для создания давления около 0,5 МПа.

 

 

 

На тепловозе ТЭП70 (рис. 4.49) установлен осевой вентилятор с проточной частью, состоящей из трех колес, через которые последовательно проходит воздух: направляющий аппарат 4, рабочее колесо 3, спрямляющий аппарат 2. Число оборотов рабочего колеса на номинальном режиме равно п_в = 2890 об/м. Основные параметры новых вентиляторов ЦВС приведены в табл. 5.10. КПД вентилятора 0,87—0,90.

Для охлаждения воды и масла дизеля, а также масла гидропередачи на отечественных тепловозах (см. табл. 4.10) применяют осевые вентиляторы с закрученными лопастями УК-2 и УК-2М, а также с прямыми незакрученными лопастями серии У. Максимальный КПД вентиляторов серии У равен 0,6—0,72. Применение закрученных лопаток у лопастей вентиляторов УК-2 и УК-2М повышает КПД до 0,8—0,83. У вентиляторов УК-2М (рис. 4.50) равномерная закрутка лопаток по длине, а у УК-2 — неравномерная. Указанные максимальные значения КПД были получены в ходе испытаний моделей вентиляторов с входным круглым коллектором на больших углах установки лопастей θ_п = 30°—35°. Однако в тепловозных условиях при наличии жалюзи за колесом и θ_П =18°—25° эффективность вентиляторных установок значительно ниже, КПД не превышает величины 0,6.

КПД вентиляторов растет с увеличением диаметра вентиляторного колеса, поэтому при конструировании необходимо его увеличивать. С другой стороны, при применении ступенчатого регулирования приходится устанавливать несколько вентиляторных колес (на тепловозе 2ТЭ116 — четыре).

С целью снижения расхода мощности на вспомогательные нужды на Коломенском заводе для охлаждающих устройств тепловозов ТЭП70, ТЭП70БС и ТЭП80 разработан новый экономичный вентилятор типа КТЗ-1 (рис. 4.51). У вентилятора диаметром D_в = 1,8 м 14 пластмассовых лопастей с переменными по длине шириной и углом закрутки. На выходе из вентилятора установлен спрямляющий аппарат, являющийся одновременно и верхними жалюзи.

 

 

 

 

 

 

Во ВНИКТИ были проведены сравнительные испытания в натурных условиях вентиляторных установок с вентиляторами типов УК-2М и КТЗ-1. При одинаковой производительности Q_В = 38 м³/с потребляемая мощность вентиляторной установки с вентилятором КТЗ-1 оказалась на 42 % меньше, чем с УК-2М, КПД достиг 0,85.

 

§4.10. Расчет вентилятора.

Исходными данными для расчета вентилятора являются расход воздуха и давление, соответствующие расчетному режиму холодильника. Расчет ведут в нижеприведенной последовательности.

1. Определяют среднюю температуру воздуха в шахте холодильника:

(4.49)

где п_с — число секций, входящих в шахту холодильника, обслуживаемого вентилятором; i— число групп секций, характеризующихся одинаковыми параметрами; F_c —поверхность теплообмена секции, м²; u_вз — расчетная массовая скорость в узком сечении секции, кг/м²с; t'_вз — температура воздуха на выходе из секций i-й группы, °С.

2. Определяют необходимый расход (м³/ч) воздуха вентилятором:

(4.50)

где F_взс — живое сечение секций для прохода воздуха, м²; ρ_взх — плотность воздуха перед входом в вентилятор, кг/м³. Снижение давления в шахте не учитывают.

3. Определяют скорость воздуха (м/с) в сечении, ометаемом лопастями вентилятора

(4.51)

где F_ом — площадь, ометаемая лопастями вентилятора, м²; D — диаметр вентиляторного колеса, м; d = d/D — относительный диаметр втулки вентилятора; d — диаметр втулки вентилятора, м.

4. Определяют степень поджатия потока

(4.52)

где F_фр — общая площадь фронта радиатора, обслуживаемая вентилятором, м²; А' — ширина радиатора (с одной стороны тепловоза), м; В'— высота шахты с радиаторами, м.

5. Определяют коэффициент аэродинамического сопротивления шахты:

(4.53)

6. Полное давление, создаваемое вентилятором,

(4.54)

где — аэродинамическое сопротивление соответственно боковых жалюзи, секций шахты холодильника и сетки или жалюзи на выходе из вентилятора, Па; υ_ом — средняя скорость воздуха в сечении, ометаемом лопастями вентилятора, м/с.

Аэродинамическое сопротивление боковых жалюзи

(4.55)

где ζ_ж—коэффициент сопротивления полностью открытых жалюзи,

ζ_ж ≈ 0,24; ρ_вз — плотность наружного воздуха перед фронтом боковых жалюзи при расчетной температуре, кг/м³;υ_бж — скорость воздуха перед фронтом боковых жалюзи:

(4.56)

где F_фрс— фронтальная поверхность секции, м².

Аэродинамическое сопротивление секции Δр_с подсчитывают в зависимости от конструкции секции и числа Рейнольдса (определенного при тепловом расчете):

(4.57)

где ζ_с— приведенный коэффициент сопротивления секции, рассчитывается по формуле

(4.58)

Аэродинамическое сопротивление шахты при однорядном расположении секций

(4.59)

Аэродинамическое сопротивление жалюзи можно ориентировочно принять равным

(4.60)

7. Задавая несколько произвольно выбранных значений угловой скорости вращения ω_к^-1 рабочего колеса вентилятора, подсчитывают для каждой из них окружную скорость внешних кромок лопаток рабочего колеса:

(4.61)

По условиям прочности ω < 120 м/с.

8. Площадь рабочего колеса вентилятора по внешнему диаметру

(4.62)

9. Относительный расход, соответствующий различным системам охлаждения, рассчитывают по выражению

(4.63)

10. Относительное давление рассчитывают по выражению

(4.64)

11. По полученным парным значениям на планшете безразмерной характеристики вентилятора (рис. 4.52) определяют несколько точек и соединяют их плавной линией. Эта линия является безразмерной характеристикой сети. Точки пересечения безразмерной характеристики сети с безразмерными характеристиками вентилятора при различных углах наклона лопаток являются рабочими точками вентилятора.

12. Для полученных рабочих точек находят по планшету характеристик вентилятора значения его КПД η_в и выбирают угол наклона лопаток, соответствующий наибольшему η_в. Рабочим участком аэродинамической характеристики вентилятора надо принимать ту ее часть, на которой η_В ≥ 0,8η_{в mах} при заданном угле наклона лопаток.

13. Мощность, потребляемую вентилятором, вычисляют по формуле

(4.65)

Мощность, отбираемая от дизеля на все вентиляторы холодильника,

(4.66)

где η_П — КПД привода вентилятора.

В реальных условиях работы тепловоза воздушный поток на входе в вентилятор неравномерный, поэтому фактический напор, развиваемый вентилятором, на 20—25 % меньше расчетного, что необходимо учитывать в расчете.

 

 

 

Примеррасчета вентилятора тепловоза. Выбираем вентилятор типа УК-2М, D_к = 1600 мм; d_в =720 мм; п_с = 12; шаг оребрения 2,3 мм; длина

секции 1,206 м; θ = 56,52; u_вз = 9 кг/(м²·с); t''_вз = 78,1 °С; F_с = 29,6 м²;

F_взс = 0,149 м²; Rе_вз = 1790; ρ_взх = 1,22 кг/м³.

1. Среднюю температуру воздуха в шахте холодильника принимаем

t_взш = t''_вз= 78,1 °С.

2. Необходимая производительность вентилятора (подача)

3. Скорость воздуха в сечении, ометаемом лопастями вентилятора,

где .

4. Степень поджатия потока

где A' = 2,624 м; В' = 1,9 м

5. Коэффициент аэродинамического сопротивления шахты

6. Полное давление, создаваемое вентилятором,

В этой формуле слагаемые определяют следующим образом: сопро­тивление боковых жалюзи

где скорость воздуха перед фронтом боковых жалюзи “вз 9 0Д49 , ,

 

аэродинамическое сопротивление секции

где ζ — приведенный коэффициент сопротивления секций, определяемый как

аэродинамическое сопротивление шахты

аэродинамическое сопротивление верхних жалюзи

7. Задаем несколько значений угловой скорости вращения рабочего колеса вентилятора:

Соответствующие окружные скорости верхних кромок лопаток рабочего колеса вентилятора .

8. Площадь рабочего колеса вентилятора по внешнему диаметру

9,10. Вычисляют относительные расходы и давление по формулам (4.63, 4.64), см. табл. 4.11.

11, 12. Полученные рабочие точки и соответствующие им КПД приведены в табл. 4.12.

Выбираем угол установки лопаток θ = 20°, так как он соответствует

η_в max =0,66.

 

 

 

Развернуть

Открыть в широком формате